]> Cypherpunks repositories - gostls13.git/commit
crypto/rsa: replace big.Int for encryption and decryption
authorLúcás Meier <cronokirby@gmail.com>
Tue, 8 Jun 2021 19:36:06 +0000 (21:36 +0200)
committerFilippo Valsorda <filippo@golang.org>
Sat, 19 Nov 2022 16:48:07 +0000 (16:48 +0000)
commit8a81fdf165facdcefa06531de5af98a4db343035
tree9956f51e8109120157dedfc92d1c87948cc34627
parent5f60f844beb0581a19cb425a3338d79d322a7db2
crypto/rsa: replace big.Int for encryption and decryption

Infamously, big.Int does not provide constant-time arithmetic, making
its use in cryptographic code quite tricky. RSA uses big.Int
pervasively, in its public API, for key generation, precomputation, and
for encryption and decryption. This is a known problem. One mitigation,
blinding, is already in place during decryption. This helps mitigate the
very leaky exponentiation operation. Because big.Int is fundamentally
not constant-time, it's unfortunately difficult to guarantee that
mitigations like these are completely effective.

This patch removes the use of big.Int for encryption and decryption,
replacing it with an internal nat type instead. Signing and verification
are also affected, because they depend on encryption and decryption.

Overall, this patch degrades performance by 55% for private key
operations, and 4-5x for (much faster) public key operations.
(Signatures do both, so the slowdown is worse than decryption.)

name                    old time/op  new time/op    delta
DecryptPKCS1v15/2048-8  1.50ms ± 0%    2.34ms ± 0%    +56.44%  (p=0.000 n=8+10)
DecryptPKCS1v15/3072-8  4.40ms ± 0%    6.79ms ± 0%    +54.33%  (p=0.000 n=10+9)
DecryptPKCS1v15/4096-8  9.31ms ± 0%   15.14ms ± 0%    +62.60%  (p=0.000 n=10+10)
EncryptPKCS1v15/2048-8  8.16µs ± 0%  355.58µs ± 0%  +4258.90%  (p=0.000 n=10+9)
DecryptOAEP/2048-8      1.50ms ± 0%    2.34ms ± 0%    +55.68%  (p=0.000 n=10+9)
EncryptOAEP/2048-8      8.51µs ± 0%  355.95µs ± 0%  +4082.75%  (p=0.000 n=10+9)
SignPKCS1v15/2048-8     1.51ms ± 0%    2.69ms ± 0%    +77.94%  (p=0.000 n=10+10)
VerifyPKCS1v15/2048-8   7.25µs ± 0%  354.34µs ± 0%  +4789.52%  (p=0.000 n=9+9)
SignPSS/2048-8          1.51ms ± 0%    2.70ms ± 0%    +78.80%  (p=0.000 n=9+10)
VerifyPSS/2048-8        8.27µs ± 1%  355.65µs ± 0%  +4199.39%  (p=0.000 n=10+10)

Keep in mind that this is without any assembly at all, and that further
improvements are likely possible. I think having a review of the logic
and the cryptography would be a good idea at this stage, before we
complicate the code too much through optimization.

The bulk of the work is in nat.go. This introduces two new types: nat,
representing natural numbers, and modulus, representing moduli used in
modular arithmetic.

A nat has an "announced size", which may be larger than its "true size",
the number of bits needed to represent this number. Operations on a nat
will only ever leak its announced size, never its true size, or other
information about its value. The size of a nat is always clear based on
how its value is set. For example, x.mod(y, m) will make the announced
size of x match that of m, since x is reduced modulo m.

Operations assume that the announced size of the operands match what's
expected (with a few exceptions). For example, x.modAdd(y, m) assumes
that x and y have the same announced size as m, and that they're reduced
modulo m.

Nats are represented over unsatured bits.UintSize - 1 bit limbs. This
means that we can't reuse the assembly routines for big.Int, which use
saturated bits.UintSize limbs. The advantage of unsaturated limbs is
that it makes Montgomery multiplication faster, by needing fewer
registers in a hot loop. This makes exponentiation faster, which
consists of many Montgomery multiplications.

Moduli use nat internally. Unlike nat, the true size of a modulus always
matches its announced size. When creating a modulus, any zero padding is
removed. Moduli will also precompute constants when created, which is
another reason why having a separate type is desirable.

Updates #20654

Co-authored-by: Filippo Valsorda <filippo@golang.org>
Change-Id: I73b61f87d58ab912e80a9644e255d552cbadcced
Reviewed-on: https://go-review.googlesource.com/c/go/+/326012
Run-TryBot: Filippo Valsorda <filippo@golang.org>
TryBot-Result: Gopher Robot <gobot@golang.org>
Reviewed-by: Roland Shoemaker <roland@golang.org>
Reviewed-by: Joedian Reid <joedian@golang.org>
src/crypto/rsa/example_test.go
src/crypto/rsa/nat.go [new file with mode: 0644]
src/crypto/rsa/nat_test.go [new file with mode: 0644]
src/crypto/rsa/pkcs1v15.go
src/crypto/rsa/pss.go
src/crypto/rsa/pss_test.go
src/crypto/rsa/rsa.go
src/crypto/rsa/rsa_test.go