paragraph for gnunet devs that don't know how to use the web
[oweals/gnunet.git] / src / scalarproduct / gnunet-service-scalarproduct_bob.c
1 /*
2      This file is part of GNUnet.
3      Copyright (C) 2013, 2014, 2016 GNUnet e.V.
4
5      GNUnet is free software: you can redistribute it and/or modify it
6      under the terms of the GNU Affero General Public License as published
7      by the Free Software Foundation, either version 3 of the License,
8      or (at your option) any later version.
9
10      GNUnet is distributed in the hope that it will be useful, but
11      WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
12      MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
13      Affero General Public License for more details.
14     
15      You should have received a copy of the GNU Affero General Public License
16      along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
17  */
18 /**
19  * @file scalarproduct/gnunet-service-scalarproduct_bob.c
20  * @brief scalarproduct service implementation
21  * @author Christian M. Fuchs
22  * @author Christian Grothoff
23  */
24 #include "platform.h"
25 #include <limits.h>
26 #include <gcrypt.h>
27 #include "gnunet_util_lib.h"
28 #include "gnunet_core_service.h"
29 #include "gnunet_cadet_service.h"
30 #include "gnunet_applications.h"
31 #include "gnunet_protocols.h"
32 #include "gnunet_scalarproduct_service.h"
33 #include "gnunet_set_service.h"
34 #include "scalarproduct.h"
35 #include "gnunet-service-scalarproduct.h"
36
37 #define LOG(kind,...) GNUNET_log_from (kind, "scalarproduct-bob", __VA_ARGS__)
38
39
40 /**
41  * An encrypted element key-value pair.
42  */
43 struct MpiElement
44 {
45   /**
46    * Key used to identify matching pairs of values to multiply.
47    * Points into an existing data structure, to avoid copying
48    * and doubling memory use.
49    */
50   const struct GNUNET_HashCode *key;
51
52   /**
53    * Value represented (a).
54    */
55   gcry_mpi_t value;
56 };
57
58
59 /**
60  * A scalarproduct session which tracks an offer for a
61  * multiplication service by a local client.
62  */
63 struct BobServiceSession
64 {
65
66   /**
67    * (hopefully) unique transaction ID
68    */
69   struct GNUNET_HashCode session_id;
70
71   /**
72    * The client this request is related to.
73    */
74   struct GNUNET_SERVICE_Client *client;
75
76   /**
77    * Client message queue.
78    */
79   struct GNUNET_MQ_Handle *client_mq;
80
81   /**
82    * All non-0-value'd elements transmitted to us.
83    */
84   struct GNUNET_CONTAINER_MultiHashMap *intersected_elements;
85
86   /**
87    * Set of elements for which we will be conducting an intersection.
88    * The resulting elements are then used for computing the scalar product.
89    */
90   struct GNUNET_SET_Handle *intersection_set;
91
92   /**
93    * Set of elements for which will conduction an intersection.
94    * the resulting elements are then used for computing the scalar product.
95    */
96   struct GNUNET_SET_OperationHandle *intersection_op;
97
98   /**
99    * CADET port we are listening on.
100    */
101   struct GNUNET_CADET_Port *port;
102
103   /**
104    * a(Alice)
105    */
106   struct MpiElement *sorted_elements;
107
108   /**
109    * E(ai)(Bob) after applying the mask
110    */
111   struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext *e_a;
112
113   /**
114    * Bob's permutation p of R
115    */
116   struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext *r;
117
118   /**
119    * Bob's permutation q of R
120    */
121   struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext *r_prime;
122
123   /**
124    * Bob's "s"
125    */
126   struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext s;
127
128   /**
129    * Bob's "s'"
130    */
131   struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext s_prime;
132
133   /**
134    * Handle for our associated incoming CADET session, or NULL
135    * if we have not gotten one yet.
136    */
137   struct CadetIncomingSession *cadet;
138
139   /**
140    * How many elements will be supplied in total from the client.
141    */
142   uint32_t total;
143
144   /**
145    * Already transferred elements (received) for multipart
146    * messages from client. Always less than @e total.
147    */
148   uint32_t client_received_element_count;
149
150   /**
151    * How many elements actually are used for the scalar product.
152    * Size of the arrays in @e r and @e r_prime.  Also sometimes
153    * used as an index into the arrays during construction.
154    */
155   uint32_t used_element_count;
156
157   /**
158    * Counts the number of values received from Alice by us.
159    * Always less than @e used_element_count.
160    */
161   uint32_t cadet_received_element_count;
162
163   /**
164    * Counts the number of values transmitted from us to Alice.
165    * Always less than @e used_element_count.
166    */
167   uint32_t cadet_transmitted_element_count;
168
169   /**
170    * State of this session.   In
171    * #GNUNET_SCALARPRODUCT_STATUS_ACTIVE while operation is
172    * ongoing, afterwards in #GNUNET_SCALARPRODUCT_STATUS_SUCCESS or
173    * #GNUNET_SCALARPRODUCT_STATUS_FAILURE.
174    */
175   enum GNUNET_SCALARPRODUCT_ResponseStatus status;
176
177   /**
178    * Are we already in #destroy_service_session()?
179    */
180   int in_destroy;
181
182   /**
183    * The CADET channel.
184    */
185   struct GNUNET_CADET_Channel *channel;
186
187   /**
188    * Originator's peer identity. (Only for diagnostics.)
189    */
190   struct GNUNET_PeerIdentity peer;
191
192   /**
193    * Public key of the remote service.
194    */
195   struct GNUNET_CRYPTO_PaillierPublicKey remote_pubkey;
196
197   /**
198    * The message queue for this channel.
199    */
200   struct GNUNET_MQ_Handle *cadet_mq;
201
202 };
203
204
205
206 /**
207  * GNUnet configuration handle
208  */
209 static const struct GNUNET_CONFIGURATION_Handle *cfg;
210
211 /**
212  * Service's own public key
213  */
214 static struct GNUNET_CRYPTO_PaillierPublicKey my_pubkey;
215
216 /**
217  * Service's own private key
218  */
219 static struct GNUNET_CRYPTO_PaillierPrivateKey my_privkey;
220
221 /**
222  * Service's offset for values that could possibly be negative but are plaintext for encryption.
223  */
224 static gcry_mpi_t my_offset;
225
226 /**
227  * Handle to the CADET service.
228  */
229 static struct GNUNET_CADET_Handle *my_cadet;
230
231
232 /**
233  * Callback used to free the elements in the map.
234  *
235  * @param cls NULL
236  * @param key key of the element
237  * @param value the value to free
238  */
239 static int
240 free_element_cb (void *cls,
241                  const struct GNUNET_HashCode *key,
242                  void *value)
243 {
244   struct GNUNET_SCALARPRODUCT_Element *element = value;
245
246   GNUNET_free (element);
247   return GNUNET_OK;
248 }
249
250
251 /**
252  * Destroy session state, we are done with it.
253  *
254  * @param session the session to free elements from
255  */
256 static void
257 destroy_service_session (struct BobServiceSession *s)
258 {
259   unsigned int i;
260
261   if (GNUNET_YES == s->in_destroy)
262     return;
263   s->in_destroy = GNUNET_YES;
264   if (NULL != s->client)
265   {
266     struct GNUNET_SERVICE_Client *c = s->client;
267
268     s->client = NULL;
269     GNUNET_SERVICE_client_drop (c);
270   }
271   if (NULL != s->intersected_elements)
272   {
273     GNUNET_CONTAINER_multihashmap_iterate (s->intersected_elements,
274                                            &free_element_cb,
275                                            NULL);
276     GNUNET_CONTAINER_multihashmap_destroy (s->intersected_elements);
277     s->intersected_elements = NULL;
278   }
279   if (NULL != s->intersection_op)
280   {
281     GNUNET_SET_operation_cancel (s->intersection_op);
282     s->intersection_op = NULL;
283   }
284   if (NULL != s->intersection_set)
285   {
286     GNUNET_SET_destroy (s->intersection_set);
287     s->intersection_set = NULL;
288   }
289   if (NULL != s->e_a)
290   {
291     GNUNET_free (s->e_a);
292     s->e_a = NULL;
293   }
294   if (NULL != s->sorted_elements)
295   {
296     for (i=0;i<s->used_element_count;i++)
297       gcry_mpi_release (s->sorted_elements[i].value);
298     GNUNET_free (s->sorted_elements);
299     s->sorted_elements = NULL;
300   }
301   if (NULL != s->r)
302   {
303     GNUNET_free (s->r);
304     s->r = NULL;
305   }
306   if (NULL != s->r_prime)
307   {
308     GNUNET_free (s->r_prime);
309     s->r_prime = NULL;
310   }
311   if (NULL != s->port)
312   {
313     GNUNET_CADET_close_port (s->port);
314     s->port = NULL;
315   }
316   if (NULL != s->channel)
317   {
318     GNUNET_CADET_channel_destroy (s->channel);
319     s->channel = NULL;
320   }
321   GNUNET_free (s);
322 }
323
324
325 /**
326  * Notify the client that the session has succeeded or failed.  This
327  * message gets sent to Bob's client if the operation completed or
328  * Alice disconnected.
329  *
330  * @param session the associated client session to fail or succeed
331  */
332 static void
333 prepare_client_end_notification (struct BobServiceSession *session)
334 {
335   struct ClientResponseMessage *msg;
336   struct GNUNET_MQ_Envelope *e;
337
338   if (NULL == session->client_mq)
339     return; /* no client left to be notified */
340   GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
341               "Sending session-end notification with status %d to client for session %s\n",
342               session->status,
343               GNUNET_h2s (&session->session_id));
344   e = GNUNET_MQ_msg (msg,
345                      GNUNET_MESSAGE_TYPE_SCALARPRODUCT_RESULT);
346   msg->range = 0;
347   msg->product_length = htonl (0);
348   msg->status = htonl (session->status);
349   GNUNET_MQ_send (session->client_mq,
350                   e);
351 }
352
353
354 /**
355  * Function called whenever a channel is destroyed.  Should clean up
356  * any associated state.
357  *
358  * It must NOT call #GNUNET_CADET_channel_destroy() on the channel.
359  *
360  * @param cls the `struct BobServiceSession`
361  * @param channel connection to the other end (henceforth invalid)
362  */
363 static void
364 cb_channel_destruction (void *cls,
365                         const struct GNUNET_CADET_Channel *channel)
366 {
367   struct BobServiceSession *s = cls;
368
369   GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
370               "Peer disconnected, terminating session %s with peer %s\n",
371               GNUNET_h2s (&s->session_id),
372               GNUNET_i2s (&s->peer));
373   if (GNUNET_SCALARPRODUCT_STATUS_ACTIVE == s->status)
374   {
375     s->status = GNUNET_SCALARPRODUCT_STATUS_FAILURE;
376     prepare_client_end_notification (s);
377   }
378   s->channel = NULL;
379   destroy_service_session (s);
380 }
381
382
383 /**
384  * MQ finished giving our last message to CADET, now notify
385  * the client that we are finished.
386  */
387 static void
388 bob_cadet_done_cb (void *cls)
389 {
390   struct BobServiceSession *session = cls;
391
392   session->status = GNUNET_SCALARPRODUCT_STATUS_SUCCESS;
393   prepare_client_end_notification (session);
394 }
395
396
397 /**
398  * Maximum count of elements we can put into a multipart message
399  */
400 #define ELEMENT_CAPACITY ((GNUNET_CONSTANTS_MAX_CADET_MESSAGE_SIZE - 1 - sizeof (struct BobCryptodataMultipartMessage)) / sizeof (struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext))
401
402
403 /**
404  * Send a multipart chunk of a service response from Bob to Alice.
405  * This element only contains the two permutations of R, R'.
406  *
407  * @param s the associated service session
408  */
409 static void
410 transmit_bobs_cryptodata_message_multipart (struct BobServiceSession *s)
411 {
412   struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext *payload;
413   struct BobCryptodataMultipartMessage *msg;
414   struct GNUNET_MQ_Envelope *e;
415   unsigned int i;
416   unsigned int j;
417   uint32_t todo_count;
418
419   while (s->cadet_transmitted_element_count != s->used_element_count)
420   {
421     todo_count = s->used_element_count - s->cadet_transmitted_element_count;
422     if (todo_count > ELEMENT_CAPACITY / 2)
423       todo_count = ELEMENT_CAPACITY / 2;
424
425     GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
426                 "Sending %u additional crypto values to Alice\n",
427                 (unsigned int) todo_count);
428     e = GNUNET_MQ_msg_extra (msg,
429                              todo_count * sizeof (struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext) * 2,
430                              GNUNET_MESSAGE_TYPE_SCALARPRODUCT_BOB_CRYPTODATA_MULTIPART);
431     msg->contained_element_count = htonl (todo_count);
432     payload = (struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext *) &msg[1];
433     for (i = s->cadet_transmitted_element_count, j = 0; i < s->cadet_transmitted_element_count + todo_count; i++)
434     {
435       //r[i][p] and r[i][q]
436       GNUNET_memcpy (&payload[j++],
437               &s->r[i],
438               sizeof (struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext));
439       GNUNET_memcpy (&payload[j++],
440               &s->r_prime[i],
441               sizeof (struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext));
442     }
443     s->cadet_transmitted_element_count += todo_count;
444     if (s->cadet_transmitted_element_count == s->used_element_count)
445       GNUNET_MQ_notify_sent (e,
446                              &bob_cadet_done_cb,
447                              s);
448     GNUNET_MQ_send (s->cadet_mq,
449                     e);
450   }
451   GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
452               "All values queued for Alice, Bob is done\n");
453 }
454
455
456 /**
457  * Bob generates the response message to be sent to Alice after
458  * computing the values (1), (2), S and S'.
459  *
460  *  (1)[]: $E_A(a_{pi(i)}) times E_A(- r_{pi(i)} - b_{pi(i)}) &= E_A(a_{pi(i)} - r_{pi(i)} - b_{pi(i)})$
461  *  (2)[]: $E_A(a_{pi'(i)}) times E_A(- r_{pi'(i)}) &= E_A(a_{pi'(i)} - r_{pi'(i)})$
462  *      S: $S := E_A(sum (r_i + b_i)^2)$
463  *     S': $S' := E_A(sum r_i^2)$
464  *
465  * @param s the associated requesting session with Alice
466  */
467 static void
468 transmit_bobs_cryptodata_message (struct BobServiceSession *s)
469 {
470   struct BobCryptodataMessage *msg;
471   struct GNUNET_MQ_Envelope *e;
472   struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext *payload;
473   unsigned int i;
474
475   s->cadet_transmitted_element_count
476     = ((GNUNET_CONSTANTS_MAX_CADET_MESSAGE_SIZE - 1 - sizeof (struct BobCryptodataMessage))
477        / sizeof (struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext) / 2) - 1;
478   if (s->cadet_transmitted_element_count > s->used_element_count)
479     s->cadet_transmitted_element_count = s->used_element_count;
480
481   e = GNUNET_MQ_msg_extra (msg,
482                            (2 + s->cadet_transmitted_element_count * 2)
483                            * sizeof (struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext),
484                            GNUNET_MESSAGE_TYPE_SCALARPRODUCT_BOB_CRYPTODATA);
485   msg->contained_element_count = htonl (s->cadet_transmitted_element_count);
486
487   GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
488               "Sending %u/%u crypto values to Alice\n",
489               (unsigned int) s->cadet_transmitted_element_count,
490               (unsigned int) s->used_element_count);
491
492   payload = (struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext *) &msg[1];
493   GNUNET_memcpy (&payload[0],
494                  &s->s,
495                  sizeof (struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext));
496   GNUNET_memcpy (&payload[1],
497                  &s->s_prime,
498                  sizeof (struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext));
499
500   payload = &payload[2];
501   // convert k[][]
502   for (i = 0; i < s->cadet_transmitted_element_count; i++)
503   {
504     //k[i][p] and k[i][q]
505     GNUNET_memcpy (&payload[i * 2],
506             &s->r[i],
507             sizeof (struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext));
508     GNUNET_memcpy (&payload[i * 2 + 1],
509             &s->r_prime[i],
510             sizeof (struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext));
511   }
512   if (s->cadet_transmitted_element_count == s->used_element_count)
513     GNUNET_MQ_notify_sent (e,
514                            &bob_cadet_done_cb,
515                            s);
516   GNUNET_MQ_send (s->cadet_mq,
517                   e);
518   transmit_bobs_cryptodata_message_multipart (s);
519 }
520 #undef ELEMENT_CAPACITY
521
522
523 /**
524  * Computes the square sum over a vector of a given length.
525  *
526  * @param vector the vector to compute over
527  * @param length the length of the vector
528  * @return an MPI value containing the calculated sum, never NULL
529  * TODO: code duplication with Alice!
530  */
531 static gcry_mpi_t
532 compute_square_sum (const gcry_mpi_t *vector,
533                     uint32_t length)
534 {
535   gcry_mpi_t elem;
536   gcry_mpi_t sum;
537   uint32_t i;
538
539   GNUNET_assert (NULL != (sum = gcry_mpi_new (0)));
540   GNUNET_assert (NULL != (elem = gcry_mpi_new (0)));
541   for (i = 0; i < length; i++)
542   {
543     gcry_mpi_mul (elem, vector[i], vector[i]);
544     gcry_mpi_add (sum, sum, elem);
545   }
546   gcry_mpi_release (elem);
547   return sum;
548 }
549
550
551 /**
552  * Compute the values
553  *  (1)[]: $E_A(a_{pi(i)}) otimes E_A(- r_{pi(i)} - b_{pi(i)}) &= E_A(a_{pi(i)} - r_{pi(i)} - b_{pi(i)})$
554  *  (2)[]: $E_A(a_{pi'(i)}) otimes E_A(- r_{pi'(i)}) &= E_A(a_{pi'(i)} - r_{pi'(i)})$
555  *      S: $S := E_A(sum (r_i + b_i)^2)$
556  *     S': $S' := E_A(sum r_i^2)$
557  *
558  * @param request the requesting session + bob's requesting peer
559  * @return #GNUNET_OK on success
560  */
561 static int
562 compute_service_response (struct BobServiceSession *session)
563 {
564   uint32_t i;
565   unsigned int *p;
566   unsigned int *q;
567   uint32_t count;
568   gcry_mpi_t *rand;
569   gcry_mpi_t tmp;
570   const struct MpiElement *b;
571   struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext *a;
572   struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext *r;
573   struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext *r_prime;
574
575   count = session->used_element_count;
576   a = session->e_a;
577   b = session->sorted_elements;
578   q = GNUNET_CRYPTO_random_permute (GNUNET_CRYPTO_QUALITY_WEAK,
579                                     count);
580   p = GNUNET_CRYPTO_random_permute (GNUNET_CRYPTO_QUALITY_WEAK,
581                                     count);
582   rand = GNUNET_malloc (sizeof (gcry_mpi_t) * count);
583   for (i = 0; i < count; i++)
584     GNUNET_assert (NULL != (rand[i] = gcry_mpi_new (0)));
585   r = GNUNET_malloc (sizeof (struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext) * count);
586   r_prime = GNUNET_malloc (sizeof (struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext) * count);
587
588   for (i = 0; i < count; i++)
589   {
590     int32_t svalue;
591
592     svalue = (int32_t) GNUNET_CRYPTO_random_u32 (GNUNET_CRYPTO_QUALITY_WEAK,
593                                                  UINT32_MAX);
594     // long to gcry_mpi_t
595     if (svalue < 0)
596       gcry_mpi_sub_ui (rand[i],
597                        rand[i],
598                        - svalue);
599     else
600       rand[i] = gcry_mpi_set_ui (rand[i], svalue);
601   }
602
603   tmp = gcry_mpi_new (0);
604   // encrypt the element
605   // for the sake of readability I decided to have dedicated permutation
606   // vectors, which get rid of all the lookups in p/q.
607   // however, ap/aq are not absolutely necessary but are just abstraction
608   // Calculate Kp = E(S + a_pi) (+) E(S - r_pi - b_pi)
609   for (i = 0; i < count; i++)
610   {
611     // E(S - r_pi - b_pi)
612     gcry_mpi_sub (tmp, my_offset, rand[p[i]]);
613     gcry_mpi_sub (tmp, tmp, b[p[i]].value);
614     GNUNET_assert (2 ==
615                    GNUNET_CRYPTO_paillier_encrypt (&session->remote_pubkey,
616                                                    tmp,
617                                                    2,
618                                                    &r[i]));
619
620     // E(S - r_pi - b_pi) * E(S + a_pi) ==  E(2*S + a - r - b)
621     if (GNUNET_OK !=
622         GNUNET_CRYPTO_paillier_hom_add (&session->remote_pubkey,
623                                         &r[i],
624                                         &a[p[i]],
625                                         &r[i]))
626     {
627       GNUNET_break_op (0);
628       goto error_cleanup;
629     }
630   }
631
632   // Calculate Kq = E(S + a_qi) (+) E(S - r_qi)
633   for (i = 0; i < count; i++)
634   {
635     // E(S - r_qi)
636     gcry_mpi_sub (tmp, my_offset, rand[q[i]]);
637     GNUNET_assert (2 ==
638                    GNUNET_CRYPTO_paillier_encrypt (&session->remote_pubkey,
639                                                    tmp,
640                                                    2,
641                                                    &r_prime[i]));
642
643     // E(S - r_qi) * E(S + a_qi) == E(2*S + a_qi - r_qi)
644     if (GNUNET_OK !=
645         GNUNET_CRYPTO_paillier_hom_add (&session->remote_pubkey,
646                                         &r_prime[i],
647                                         &a[q[i]],
648                                         &r_prime[i]))
649     {
650       GNUNET_break_op (0);
651       goto error_cleanup;
652     }
653   }
654   gcry_mpi_release (tmp);
655
656   // Calculate S' =  E(SUM( r_i^2 ))
657   tmp = compute_square_sum (rand, count);
658   GNUNET_assert (1 ==
659                  GNUNET_CRYPTO_paillier_encrypt (&session->remote_pubkey,
660                                                  tmp,
661                                                  1,
662                                                  &session->s_prime));
663   gcry_mpi_release (tmp);
664
665   // Calculate S = E(SUM( (r_i + b_i)^2 ))
666   for (i = 0; i < count; i++)
667     gcry_mpi_add (rand[i], rand[i], b[i].value);
668   tmp = compute_square_sum (rand, count);
669   GNUNET_assert (1 ==
670                  GNUNET_CRYPTO_paillier_encrypt (&session->remote_pubkey,
671                                                  tmp,
672                                                  1,
673                                                  &session->s));
674   gcry_mpi_release (tmp);
675
676   session->r = r;
677   session->r_prime = r_prime;
678
679   for (i = 0; i < count; i++)
680     gcry_mpi_release (rand[i]);
681   GNUNET_free (session->e_a);
682   session->e_a = NULL;
683   GNUNET_free (p);
684   GNUNET_free (q);
685   GNUNET_free (rand);
686   return GNUNET_OK;
687
688  error_cleanup:
689   GNUNET_free (r);
690   GNUNET_free (r_prime);
691   gcry_mpi_release (tmp);
692   GNUNET_free (p);
693   GNUNET_free (q);
694   for (i = 0; i < count; i++)
695     gcry_mpi_release (rand[i]);
696   GNUNET_free (rand);
697   return GNUNET_SYSERR;
698 }
699
700
701 /**
702  * Iterator to copy over messages from the hash map
703  * into an array for sorting.
704  *
705  * @param cls the `struct BobServiceSession *`
706  * @param key the key (unused)
707  * @param value the `struct GNUNET_SCALARPRODUCT_Element *`
708  * TODO: code duplication with Alice!
709  */
710 static int
711 copy_element_cb (void *cls,
712                  const struct GNUNET_HashCode *key,
713                  void *value)
714 {
715   struct BobServiceSession *s = cls;
716   struct GNUNET_SCALARPRODUCT_Element *e = value;
717   gcry_mpi_t mval;
718   int64_t val;
719
720   mval = gcry_mpi_new (0);
721   val = (int64_t) GNUNET_ntohll (e->value);
722   if (0 > val)
723     gcry_mpi_sub_ui (mval, mval, -val);
724   else
725     gcry_mpi_add_ui (mval, mval, val);
726   s->sorted_elements [s->used_element_count].value = mval;
727   s->sorted_elements [s->used_element_count].key = &e->key;
728   s->used_element_count++;
729   return GNUNET_OK;
730 }
731
732
733 /**
734  * Compare two `struct MpiValue`s by key for sorting.
735  *
736  * @param a pointer to first `struct MpiValue *`
737  * @param b pointer to first `struct MpiValue *`
738  * @return -1 for a < b, 0 for a=b, 1 for a > b.
739  * TODO: code duplication with Alice!
740  */
741 static int
742 element_cmp (const void *a,
743              const void *b)
744 {
745   const struct MpiElement *ma = a;
746   const struct MpiElement *mb = b;
747
748   return GNUNET_CRYPTO_hash_cmp (ma->key,
749                                  mb->key);
750 }
751
752
753 /**
754  * Intersection operation and receiving data via CADET from
755  * Alice are both done, compute and transmit our reply via
756  * CADET.
757  *
758  * @param s session to transmit reply for.
759  */
760 static void
761 transmit_cryptographic_reply (struct BobServiceSession *s)
762 {
763   struct GNUNET_CADET_Channel *channel;
764
765   /* TODO: code duplication with Alice! */
766   LOG (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
767        "Received everything, building reply for Alice\n");
768   s->sorted_elements
769     = GNUNET_malloc (GNUNET_CONTAINER_multihashmap_size (s->intersected_elements) *
770                      sizeof (struct MpiElement));
771   s->used_element_count = 0;
772   GNUNET_CONTAINER_multihashmap_iterate (s->intersected_elements,
773                                          &copy_element_cb,
774                                          s);
775   qsort (s->sorted_elements,
776          s->used_element_count,
777          sizeof (struct MpiElement),
778          &element_cmp);
779   if (GNUNET_OK !=
780       compute_service_response (s))
781   {
782     channel = s->channel;
783     s->channel = NULL;
784     GNUNET_CADET_channel_destroy (channel);
785     return;
786   }
787   transmit_bobs_cryptodata_message (s);
788 }
789
790
791 /**
792  * Check a multipart-chunk of a request from another service to
793  * calculate a scalarproduct with us.
794  *
795  * @param cls the `struct BobServiceSession *`
796  * @param msg the actual message
797  * @return #GNUNET_OK to keep the connection open,
798  *         #GNUNET_SYSERR to close it (signal serious error)
799  */
800 static int
801 check_alices_cryptodata_message (void *cls,
802                                  const struct AliceCryptodataMessage *msg)
803 {
804   struct BobServiceSession *s = cls;
805   uint32_t contained_elements;
806   size_t msg_length;
807   uint16_t msize;
808   unsigned int max;
809
810   msize = ntohs (msg->header.size);
811   contained_elements = ntohl (msg->contained_element_count);
812   /* Our intersection may still be ongoing, but this is nevertheless
813      an upper bound on the required array size */
814   max = GNUNET_CONTAINER_multihashmap_size (s->intersected_elements);
815   msg_length = sizeof (struct AliceCryptodataMessage)
816     + contained_elements * sizeof (struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext);
817   if ( (msize != msg_length) ||
818        (0 == contained_elements) ||
819        (contained_elements > UINT16_MAX) ||
820        (max < contained_elements + s->cadet_received_element_count) )
821   {
822     GNUNET_break_op (0);
823     return GNUNET_SYSERR;
824   }
825   return GNUNET_OK;
826 }
827
828
829 /**
830  * Handle a multipart-chunk of a request from another service to
831  * calculate a scalarproduct with us.
832  *
833  * @param cls the `struct BobServiceSession *`
834  * @param msg the actual message
835  */
836 static void
837 handle_alices_cryptodata_message (void *cls,
838                                   const struct AliceCryptodataMessage *msg)
839 {
840   struct BobServiceSession *s = cls;
841   const struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext *payload;
842   uint32_t contained_elements;
843   unsigned int max;
844
845   contained_elements = ntohl (msg->contained_element_count);
846   /* Our intersection may still be ongoing, but this is nevertheless
847      an upper bound on the required array size */
848   max = GNUNET_CONTAINER_multihashmap_size (s->intersected_elements);
849   GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
850               "Received %u crypto values from Alice\n",
851               (unsigned int) contained_elements);
852
853   payload = (const struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext *) &msg[1];
854   if (NULL == s->e_a)
855     s->e_a = GNUNET_new_array (max,
856                                struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext);
857   GNUNET_memcpy (&s->e_a[s->cadet_received_element_count],
858                  payload,
859                  sizeof (struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext) * contained_elements);
860   s->cadet_received_element_count += contained_elements;
861
862   if ( (s->cadet_received_element_count == max) &&
863        (NULL == s->intersection_op) )
864   {
865     /* intersection has finished also on our side, and
866        we got the full set, so we can proceed with the
867        CADET response(s) */
868     transmit_cryptographic_reply (s);
869   }
870   GNUNET_CADET_receive_done (s->channel);
871 }
872
873
874 /**
875  * Callback for set operation results. Called for each element
876  * that needs to be removed from the result set.
877  *
878  * @param cls closure with the `struct BobServiceSession`
879  * @param element a result element, only valid if status is #GNUNET_SET_STATUS_OK
880  * @param current_size current set size
881  * @param status what has happened with the set intersection?
882  */
883 static void
884 cb_intersection_element_removed (void *cls,
885                                  const struct GNUNET_SET_Element *element,
886                                  uint64_t current_size,
887                                  enum GNUNET_SET_Status status)
888 {
889   struct BobServiceSession *s = cls;
890   struct GNUNET_SCALARPRODUCT_Element *se;
891
892   switch (status)
893   {
894   case GNUNET_SET_STATUS_OK:
895     /* this element has been removed from the set */
896     se = GNUNET_CONTAINER_multihashmap_get (s->intersected_elements,
897                                             element->data);
898     GNUNET_assert (NULL != se);
899     LOG (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
900          "Removed element with key %s and value %lld\n",
901          GNUNET_h2s (&se->key),
902          (long long) GNUNET_ntohll (se->value));
903     GNUNET_assert (GNUNET_YES ==
904                    GNUNET_CONTAINER_multihashmap_remove (s->intersected_elements,
905                                                          element->data,
906                                                          se));
907     GNUNET_free (se);
908     return;
909   case GNUNET_SET_STATUS_DONE:
910     s->intersection_op = NULL;
911     GNUNET_break (NULL == s->intersection_set);
912     GNUNET_CADET_receive_done (s->channel);
913     LOG (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
914          "Finished intersection, %d items remain\n",
915          GNUNET_CONTAINER_multihashmap_size (s->intersected_elements));
916     if (s->client_received_element_count ==
917         GNUNET_CONTAINER_multihashmap_size (s->intersected_elements))
918     {
919       /* CADET transmission from Alice is also already done,
920          start with our own reply */
921       transmit_cryptographic_reply (s);
922     }
923     return;
924   case GNUNET_SET_STATUS_HALF_DONE:
925     /* unexpected for intersection */
926     GNUNET_break (0);
927     return;
928   case GNUNET_SET_STATUS_FAILURE:
929     /* unhandled status code */
930     LOG (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
931          "Set intersection failed!\n");
932     s->intersection_op = NULL;
933     if (NULL != s->intersection_set)
934     {
935       GNUNET_SET_destroy (s->intersection_set);
936       s->intersection_set = NULL;
937     }
938     s->status = GNUNET_SCALARPRODUCT_STATUS_FAILURE;
939     prepare_client_end_notification (s);
940     return;
941   default:
942     GNUNET_break (0);
943     return;
944   }
945 }
946
947
948 /**
949  * We've paired up a client session with an incoming CADET request.
950  * Initiate set intersection work.
951  *
952  * @param s client session to start intersection for
953  */
954 static void
955 start_intersection (struct BobServiceSession *s)
956 {
957   GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
958               "Got session with key %s and %u elements, starting intersection.\n",
959               GNUNET_h2s (&s->session_id),
960               (unsigned int) s->total);
961
962   s->intersection_op
963     = GNUNET_SET_prepare (&s->peer,
964                           &s->session_id,
965                           NULL,
966                           GNUNET_SET_RESULT_REMOVED,
967                           (struct GNUNET_SET_Option[]) {{ 0 }},
968                           &cb_intersection_element_removed,
969                           s);
970   if (GNUNET_OK !=
971       GNUNET_SET_commit (s->intersection_op,
972                          s->intersection_set))
973   {
974     GNUNET_break (0);
975     s->status = GNUNET_SCALARPRODUCT_STATUS_FAILURE;
976     prepare_client_end_notification (s);
977     return;
978   }
979   GNUNET_SET_destroy (s->intersection_set);
980   s->intersection_set = NULL;
981 }
982
983
984 /**
985  * Handle a request from Alice to calculate a scalarproduct with us (Bob).
986  *
987  * @param cls the `struct BobServiceSession *`
988  * @param msg the actual message
989  */
990 static void
991 handle_alices_computation_request (void *cls,
992                                    const struct ServiceRequestMessage *msg)
993 {
994   struct BobServiceSession *s = cls;
995
996   s->session_id = msg->session_id; // ??
997   s->remote_pubkey = msg->public_key;
998   if (s->client_received_element_count == s->total)
999     start_intersection (s);
1000 }
1001
1002
1003 /**
1004  * Function called for inbound channels on Bob's end.  Does some
1005  * preliminary initialization, more happens after we get Alice's first
1006  * message.
1007  *
1008  * @param cls closure with the `struct BobServiceSession`
1009  * @param channel new handle to the channel
1010  * @param initiator peer that started the channel
1011  * @return session associated with the channel
1012  */
1013 static void *
1014 cb_channel_incoming (void *cls,
1015                      struct GNUNET_CADET_Channel *channel,
1016                      const struct GNUNET_PeerIdentity *initiator)
1017 {
1018   struct BobServiceSession *s = cls;
1019
1020   GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
1021               "New incoming channel from peer %s.\n",
1022               GNUNET_i2s (initiator));
1023   GNUNET_CADET_close_port (s->port);
1024   s->port = NULL;
1025   s->channel = channel;
1026   s->peer = *initiator;
1027   s->cadet_mq = GNUNET_CADET_get_mq (s->channel);
1028   return s;
1029 }
1030
1031
1032 /**
1033  * We're receiving additional set data. Check it is well-formed.
1034  *
1035  * @param cls identification of the client
1036  * @param msg the actual message
1037  * @return #GNUNET_OK if @a msg is well-formed
1038  */
1039 static int
1040 check_bob_client_message_multipart (void *cls,
1041                                     const struct ComputationBobCryptodataMultipartMessage *msg)
1042 {
1043   struct BobServiceSession *s = cls;
1044   uint32_t contained_count;
1045   uint16_t msize;
1046
1047   msize = ntohs (msg->header.size);
1048   contained_count = ntohl (msg->element_count_contained);
1049   if ( (msize != (sizeof (struct ComputationBobCryptodataMultipartMessage) +
1050                   contained_count * sizeof (struct GNUNET_SCALARPRODUCT_Element))) ||
1051        (0 == contained_count) ||
1052        (UINT16_MAX < contained_count) ||
1053        (s->total == s->client_received_element_count) ||
1054        (s->total < s->client_received_element_count + contained_count) )
1055   {
1056     GNUNET_break (0);
1057     return GNUNET_SYSERR;
1058   }
1059   return GNUNET_OK;
1060 }
1061
1062
1063 /**
1064  * We're receiving additional set data. Add it to our
1065  * set and if we are done, initiate the transaction.
1066  *
1067  * @param cls identification of the client
1068  * @param msg the actual message
1069  */
1070 static void
1071 handle_bob_client_message_multipart (void *cls,
1072                                      const struct ComputationBobCryptodataMultipartMessage *msg)
1073 {
1074   struct BobServiceSession *s = cls;
1075   uint32_t contained_count;
1076   const struct GNUNET_SCALARPRODUCT_Element *elements;
1077   struct GNUNET_SET_Element set_elem;
1078   struct GNUNET_SCALARPRODUCT_Element *elem;
1079
1080   contained_count = ntohl (msg->element_count_contained);
1081   elements = (const struct GNUNET_SCALARPRODUCT_Element *) &msg[1];
1082   for (uint32_t i = 0; i < contained_count; i++)
1083   {
1084     elem = GNUNET_new (struct GNUNET_SCALARPRODUCT_Element);
1085     GNUNET_memcpy (elem,
1086                    &elements[i],
1087                    sizeof (struct GNUNET_SCALARPRODUCT_Element));
1088     if (GNUNET_SYSERR ==
1089         GNUNET_CONTAINER_multihashmap_put (s->intersected_elements,
1090                                            &elem->key,
1091                                            elem,
1092                                            GNUNET_CONTAINER_MULTIHASHMAPOPTION_UNIQUE_ONLY))
1093     {
1094       GNUNET_break (0);
1095       GNUNET_free (elem);
1096       continue;
1097     }
1098     set_elem.data = &elem->key;
1099     set_elem.size = sizeof (elem->key);
1100     set_elem.element_type = 0;
1101     GNUNET_SET_add_element (s->intersection_set,
1102                             &set_elem,
1103                             NULL, NULL);
1104   }
1105   s->client_received_element_count += contained_count;
1106   GNUNET_SERVICE_client_continue (s->client);
1107   if (s->total != s->client_received_element_count)
1108   {
1109     /* more to come */
1110     return;
1111   }
1112   if (NULL == s->channel)
1113   {
1114     /* no Alice waiting for this request, wait for Alice */
1115     return;
1116   }
1117   start_intersection (s);
1118 }
1119
1120
1121 /**
1122  * Handler for Bob's a client request message.  Check @a msg is
1123  * well-formed.
1124  *
1125  * @param cls identification of the client
1126  * @param msg the actual message
1127  * @return #GNUNET_OK if @a msg is well-formed
1128  */
1129 static int
1130 check_bob_client_message (void *cls,
1131                           const struct BobComputationMessage *msg)
1132 {
1133   struct BobServiceSession *s = cls;
1134   uint32_t contained_count;
1135   uint32_t total_count;
1136   uint16_t msize;
1137
1138   if (GNUNET_SCALARPRODUCT_STATUS_INIT != s->status)
1139   {
1140     GNUNET_break (0);
1141     return GNUNET_SYSERR;
1142   }
1143   msize = ntohs (msg->header.size);
1144   total_count = ntohl (msg->element_count_total);
1145   contained_count = ntohl (msg->element_count_contained);
1146   if ( (0 == total_count) ||
1147        (0 == contained_count) ||
1148        (UINT16_MAX < contained_count) ||
1149        (msize != (sizeof (struct BobComputationMessage) +
1150                   contained_count * sizeof (struct GNUNET_SCALARPRODUCT_Element))) )
1151   {
1152     GNUNET_break_op (0);
1153     return GNUNET_SYSERR;
1154   }
1155   return GNUNET_OK;
1156 }
1157
1158
1159 /**
1160  * Handler for Bob's a client request message.  Bob is in the response
1161  * role, keep the values + session and waiting for a matching session
1162  * or process a waiting request from Alice.
1163  *
1164  * @param cls identification of the client
1165  * @param msg the actual message
1166  */
1167 static void
1168 handle_bob_client_message (void *cls,
1169                            const struct BobComputationMessage *msg)
1170 {
1171   struct BobServiceSession *s = cls;
1172   struct GNUNET_MQ_MessageHandler cadet_handlers[] = {
1173     GNUNET_MQ_hd_fixed_size (alices_computation_request,
1174                              GNUNET_MESSAGE_TYPE_SCALARPRODUCT_SESSION_INITIALIZATION,
1175                              struct ServiceRequestMessage,
1176                              NULL),
1177     GNUNET_MQ_hd_var_size (alices_cryptodata_message,
1178                            GNUNET_MESSAGE_TYPE_SCALARPRODUCT_ALICE_CRYPTODATA,
1179                            struct AliceCryptodataMessage,
1180                            NULL),
1181     GNUNET_MQ_handler_end ()
1182   };
1183   uint32_t contained_count;
1184   uint32_t total_count;
1185   const struct GNUNET_SCALARPRODUCT_Element *elements;
1186   struct GNUNET_SET_Element set_elem;
1187   struct GNUNET_SCALARPRODUCT_Element *elem;
1188
1189   total_count = ntohl (msg->element_count_total);
1190   contained_count = ntohl (msg->element_count_contained);
1191
1192   s->status = GNUNET_SCALARPRODUCT_STATUS_ACTIVE;
1193   s->total = total_count;
1194   s->client_received_element_count = contained_count;
1195   s->session_id = msg->session_key;
1196   elements = (const struct GNUNET_SCALARPRODUCT_Element *) &msg[1];
1197   s->intersected_elements
1198     = GNUNET_CONTAINER_multihashmap_create (s->total,
1199                                             GNUNET_YES);
1200   s->intersection_set
1201     = GNUNET_SET_create (cfg,
1202                          GNUNET_SET_OPERATION_INTERSECTION);
1203   for (uint32_t i = 0; i < contained_count; i++)
1204   {
1205     if (0 == GNUNET_ntohll (elements[i].value))
1206       continue;
1207     elem = GNUNET_new (struct GNUNET_SCALARPRODUCT_Element);
1208     GNUNET_memcpy (elem,
1209             &elements[i],
1210             sizeof (struct GNUNET_SCALARPRODUCT_Element));
1211     if (GNUNET_SYSERR ==
1212         GNUNET_CONTAINER_multihashmap_put (s->intersected_elements,
1213                                            &elem->key,
1214                                            elem,
1215                                            GNUNET_CONTAINER_MULTIHASHMAPOPTION_UNIQUE_ONLY))
1216     {
1217       GNUNET_break (0);
1218       GNUNET_free (elem);
1219       continue;
1220     }
1221     set_elem.data = &elem->key;
1222     set_elem.size = sizeof (elem->key);
1223     set_elem.element_type = 0;
1224     GNUNET_SET_add_element (s->intersection_set,
1225                             &set_elem,
1226                             NULL, NULL);
1227     s->used_element_count++;
1228   }
1229   GNUNET_SERVICE_client_continue (s->client);
1230   /* We're ready, open the port */
1231   s->port = GNUNET_CADET_open_port (my_cadet,
1232                                     &msg->session_key,
1233                                     &cb_channel_incoming,
1234                                     s,
1235                                     NULL,
1236                                     &cb_channel_destruction,
1237                                     cadet_handlers);
1238   if (NULL == s->port)
1239   {
1240     GNUNET_break (0);
1241     GNUNET_SERVICE_client_drop (s->client);
1242     return;
1243   }
1244 }
1245
1246
1247 /**
1248  * Task run during shutdown.
1249  *
1250  * @param cls unused
1251  */
1252 static void
1253 shutdown_task (void *cls)
1254 {
1255   GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
1256               "Shutting down, initiating cleanup.\n");
1257   // FIXME: we have to cut our connections to CADET first!
1258   if (NULL != my_cadet)
1259   {
1260     GNUNET_CADET_disconnect (my_cadet);
1261     my_cadet = NULL;
1262   }
1263 }
1264
1265
1266 /**
1267  * A client connected.
1268  *
1269  * Setup the associated data structure.
1270  *
1271  * @param cls closure, NULL
1272  * @param client identification of the client
1273  * @param mq message queue to communicate with @a client
1274  * @return our `struct BobServiceSession`
1275  */
1276 static void *
1277 client_connect_cb (void *cls,
1278                    struct GNUNET_SERVICE_Client *client,
1279                    struct GNUNET_MQ_Handle *mq)
1280 {
1281   struct BobServiceSession *s;
1282
1283   s = GNUNET_new (struct BobServiceSession);
1284   s->client = client;
1285   s->client_mq = mq;
1286   return s;
1287 }
1288
1289
1290 /**
1291  * A client disconnected.
1292  *
1293  * Remove the associated session(s), release data structures
1294  * and cancel pending outgoing transmissions to the client.
1295  *
1296  * @param cls closure, NULL
1297  * @param client identification of the client
1298  * @param app_cls our `struct BobServiceSession`
1299  */
1300 static void
1301 client_disconnect_cb (void *cls,
1302                       struct GNUNET_SERVICE_Client *client,
1303                       void *app_cls)
1304 {
1305   struct BobServiceSession *s = app_cls;
1306
1307   GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG,
1308               "Client disconnected from us.\n");
1309   s->client = NULL;
1310   destroy_service_session (s);
1311 }
1312
1313
1314 /**
1315  * Initialization of the program and message handlers
1316  *
1317  * @param cls closure
1318  * @param c configuration to use
1319  * @param service the initialized service
1320  */
1321 static void
1322 run (void *cls,
1323      const struct GNUNET_CONFIGURATION_Handle *c,
1324      struct GNUNET_SERVICE_Handle *service)
1325 {
1326   cfg = c;
1327   /*
1328     offset has to be sufficiently small to allow computation of:
1329     m1+m2 mod n == (S + a) + (S + b) mod n,
1330     if we have more complex operations, this factor needs to be lowered */
1331   my_offset = gcry_mpi_new (GNUNET_CRYPTO_PAILLIER_BITS / 3);
1332   gcry_mpi_set_bit (my_offset,
1333                     GNUNET_CRYPTO_PAILLIER_BITS / 3);
1334
1335   GNUNET_CRYPTO_paillier_create (&my_pubkey,
1336                                  &my_privkey);
1337   my_cadet = GNUNET_CADET_connect (cfg);
1338   GNUNET_SCHEDULER_add_shutdown (&shutdown_task,
1339                                  NULL);
1340   if (NULL == my_cadet)
1341   {
1342     GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_ERROR,
1343                 _("Connect to CADET failed\n"));
1344     GNUNET_SCHEDULER_shutdown ();
1345     return;
1346   }
1347 }
1348
1349
1350 /**
1351  * Define "main" method using service macro.
1352  */
1353 GNUNET_SERVICE_MAIN
1354 ("scalarproduct-bob",
1355  GNUNET_SERVICE_OPTION_NONE,
1356  &run,
1357  &client_connect_cb,
1358  &client_disconnect_cb,
1359  NULL,
1360  GNUNET_MQ_hd_var_size (bob_client_message,
1361                         GNUNET_MESSAGE_TYPE_SCALARPRODUCT_CLIENT_TO_BOB,
1362                         struct BobComputationMessage,
1363                         NULL),
1364 GNUNET_MQ_hd_var_size (bob_client_message_multipart,
1365                        GNUNET_MESSAGE_TYPE_SCALARPRODUCT_CLIENT_MULTIPART_BOB,
1366                        struct ComputationBobCryptodataMultipartMessage,
1367                        NULL),
1368  GNUNET_MQ_handler_end ());
1369
1370
1371 /* end of gnunet-service-scalarproduct_bob.c */