- log
[oweals/gnunet.git] / src / secretsharing / gnunet-service-secretsharing.c
1 /*
2      This file is part of GNUnet.
3      (C) 2013 Christian Grothoff (and other contributing authors)
4
5      GNUnet is free software; you can redistribute it and/or modify
6      it under the terms of the GNU General Public License as published
7      by the Free Software Foundation; either version 3, or (at your
8      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      General Public License for more details.
14
15      You should have received a copy of the GNU General Public License
16      along with GNUnet; see the file COPYING.  If not, write to the
17      Free Software Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330,
18      Boston, MA 02111-1307, USA.
19 */
20
21 /**
22  * @file secretsharing/gnunet-service-secretsharing.c
23  * @brief secret sharing service
24  * @author Florian Dold
25  */
26 #include "platform.h"
27 #include "gnunet_util_lib.h"
28 #include "gnunet_time_lib.h"
29 #include "gnunet_signatures.h"
30 #include "gnunet_consensus_service.h"
31 #include "secretsharing.h"
32 #include "secretsharing_protocol.h"
33 #include <gcrypt.h>
34
35
36 #define EXTRA_CHECKS 1
37
38
39 /**
40  * Info about a peer in a key generation session.
41  */
42 struct KeygenPeerInfo
43 {
44   /**
45    * Peer identity of the peer.
46    */
47   struct GNUNET_PeerIdentity peer;
48
49   /**
50    * The peer's paillier public key.
51    * Freshly generated for each keygen session.
52    */
53   struct GNUNET_CRYPTO_PaillierPublicKey paillier_public_key;
54
55   /**
56    * The peer's commitment to his presecret.
57    */
58   gcry_mpi_t presecret_commitment;
59
60   /**
61    * Commitment to the preshare that is
62    * intended for our peer.
63    */
64   gcry_mpi_t preshare_commitment;
65
66   /**
67    * Sigma (exponentiated share) for this peer.
68    */
69   gcry_mpi_t sigma;
70
71   /**
72    * Did we successfully receive the round1 element
73    * of the peer?
74    */
75   int round1_valid;
76
77   /**
78    * Did we successfully receive the round2 element
79    * of the peer?
80    */
81   int round2_valid;
82 };
83
84
85 /**
86  * Information about a peer in a decrypt session.
87  */
88 struct DecryptPeerInfo
89 {
90   /**
91    * Identity of the peer.
92    */
93   struct GNUNET_PeerIdentity peer;
94
95   /**
96    * Original index in the key generation round.
97    * Necessary for computing the lagrange coefficients.
98    */
99   unsigned int original_index;
100
101   /**
102    * Set to the partial decryption of
103    * this peer, or NULL if we did not
104    * receive a partial decryption from this
105    * peer or the zero knowledge proof failed.
106    */
107   gcry_mpi_t partial_decryption;
108 };
109
110
111 /**
112  * Session to establish a threshold-shared secret.
113  */
114 struct KeygenSession
115 {
116   /**
117    * Keygen sessions are held in a linked list.
118    */
119   struct KeygenSession *next;
120
121   /**
122    * Keygen sessions are held in a linked list.
123    */
124   struct KeygenSession *prev;
125
126   /**
127    * Current consensus, used for both DKG rounds.
128    */
129   struct GNUNET_CONSENSUS_Handle *consensus;
130
131   /**
132    * Client that is interested in the result
133    * of this key generation session.
134    */
135   struct GNUNET_SERVER_Client *client;
136
137   /**
138    * Message queue for 'client'
139    */
140   struct GNUNET_MQ_Handle *client_mq;
141
142   /**
143    * Randomly generated coefficients of the polynomial for sharing our
144    * pre-secret, where 'preshares[0]' is our pre-secret.  Contains 'threshold'
145    * elements, thus represents a polynomial of degree 'threshold-1', which can
146    * be interpolated with 'threshold' data points.
147    *
148    * The pre-secret-shares 'i=1,...,num_peers' are given by evaluating this
149    * polyomial at 'i' for share i.
150    */
151   gcry_mpi_t *presecret_polynomial;
152
153   /**
154    * Minimum number of shares required to restore the secret.
155    * Also the number of coefficients for the polynomial representing
156    * the sharing.  Obviously, the polynomial then has degree threshold-1.
157    */
158   unsigned int threshold;
159
160   /**
161    * Total number of peers.
162    */
163   unsigned int num_peers;
164
165   /**
166    * Index of the local peer.
167    */
168   unsigned int local_peer;
169
170   /**
171    * Information about all participating peers.
172    * Array of size 'num_peers'.
173    */
174   struct KeygenPeerInfo *info;
175
176   /**
177    * List of all peers involved in the secret sharing session.
178    */
179   struct GNUNET_PeerIdentity *peers;
180
181   /**
182    * Identifier for this session.
183    */
184   struct GNUNET_HashCode session_id;
185
186   /**
187    * Paillier private key of our peer.
188    */
189   struct GNUNET_CRYPTO_PaillierPrivateKey paillier_private_key;
190
191   /**
192    * When would we like the key to be established?
193    */
194   struct GNUNET_TIME_Absolute deadline;
195
196   /**
197    * When does the DKG start?  Necessary to compute fractions of the
198    * operation's desired time interval.
199    */
200   struct GNUNET_TIME_Absolute start_time;
201
202   /**
203    * Index of the local peer in the ordered list
204    * of peers in the session.
205    */
206   unsigned int local_peer_idx;
207
208   /**
209    * Share of our peer.  Once preshares from other peers are received, they
210    * will be added to 'my'share.
211    */
212   gcry_mpi_t my_share;
213
214   /**
215    * Public key, will be updated when a round2 element arrives.
216    */
217   gcry_mpi_t public_key;
218 };
219
220
221 /**
222  * Session to cooperatively decrypt a value.
223  */
224 struct DecryptSession
225 {
226   /**
227    * Decrypt sessions are stored in a linked list.
228    */
229   struct DecryptSession *next;
230
231   /**
232    * Decrypt sessions are stored in a linked list.
233    */
234   struct DecryptSession *prev;
235
236   /**
237    * Handle to the consensus over partial decryptions.
238    */
239   struct GNUNET_CONSENSUS_Handle *consensus;
240
241   /**
242    * Client connected to us.
243    */
244   struct GNUNET_SERVER_Client *client;
245
246   /**
247    * Message queue for 'client'.
248    */
249   struct GNUNET_MQ_Handle *client_mq;
250
251   /**
252    * When should we start communicating for decryption?
253    */
254   struct GNUNET_TIME_Absolute start;
255
256   /**
257    * When would we like the ciphertext to be
258    * decrypted?
259    */
260   struct GNUNET_TIME_Absolute deadline;
261
262   /**
263    * Ciphertext we want to decrypt.
264    */
265   struct GNUNET_SECRETSHARING_Ciphertext ciphertext;
266
267   /**
268    * Share of the local peer.
269    * Containts other important information, such as
270    * the list of other peers.
271    */
272   struct GNUNET_SECRETSHARING_Share *share;
273
274   /**
275    * State information about other peers.
276    */
277   struct DecryptPeerInfo *info;
278 };
279
280
281 /**
282  * Decrypt sessions are held in a linked list.
283  */
284 static struct DecryptSession *decrypt_sessions_head;
285
286 /**
287  * Decrypt sessions are held in a linked list.
288  */
289 static struct DecryptSession *decrypt_sessions_tail;
290
291 /**
292  * Decrypt sessions are held in a linked list.
293  */
294 static struct KeygenSession *keygen_sessions_head;
295
296 /**
297  * Decrypt sessions are held in a linked list.
298  */
299 static struct KeygenSession *keygen_sessions_tail;
300
301 /**
302  * The ElGamal prime field order as libgcrypt mpi.
303  * Initialized in #init_crypto_constants.
304  */
305 static gcry_mpi_t elgamal_q;
306
307 /**
308  * Modulus of the prime field used for ElGamal.
309  * Initialized in #init_crypto_constants.
310  */
311 static gcry_mpi_t elgamal_p;
312
313 /**
314  * Generator for prime field of order 'elgamal_q'.
315  * Initialized in #init_crypto_constants.
316  */
317 static gcry_mpi_t elgamal_g;
318
319 /**
320  * Peer that runs this service.
321  */
322 static struct GNUNET_PeerIdentity my_peer;
323
324 /**
325  * Peer that runs this service.
326  */
327 static struct GNUNET_CRYPTO_EddsaPrivateKey *my_peer_private_key;
328
329 /**
330  * Configuration of this service.
331  */
332 static const struct GNUNET_CONFIGURATION_Handle *cfg;
333
334 /**
335  * Server for this service.
336  */
337 static struct GNUNET_SERVER_Handle *srv;
338
339
340 /**
341  * Get the peer info belonging to a peer identity in a keygen session.
342  *
343  * @param ks The keygen session.
344  * @param peer The peer identity.
345  * @return The Keygen peer info, or NULL if the peer could not be found.
346  */
347 static struct KeygenPeerInfo *
348 get_keygen_peer_info (const struct KeygenSession *ks,
349                       const struct GNUNET_PeerIdentity *peer)
350 {
351   unsigned int i;
352   for (i = 0; i < ks->num_peers; i++)
353     if (0 == memcmp (peer, &ks->info[i].peer, sizeof (struct GNUNET_PeerIdentity)))
354       return &ks->info[i];
355   return NULL;
356 }
357
358
359 /**
360  * Get the peer info belonging to a peer identity in a decrypt session.
361  *
362  * @param ds The decrypt session.
363  * @param peer The peer identity.
364  * @return The decrypt peer info, or NULL if the peer could not be found.
365  */
366 static struct DecryptPeerInfo *
367 get_decrypt_peer_info (const struct DecryptSession *ds,
368                        const struct GNUNET_PeerIdentity *peer)
369 {
370   unsigned int i;
371   for (i = 0; i < ds->share->num_peers; i++)
372     if (0 == memcmp (peer, &ds->info[i].peer, sizeof (struct GNUNET_PeerIdentity)))
373       return &ds->info[i];
374   return NULL;
375 }
376
377
378 /**
379  * Interpolate between two points in time.
380  *
381  * @param start start time
382  * @param end end time
383  * @param num numerator of the scale factor
384  * @param denum denumerator of the scale factor
385  */
386 static struct GNUNET_TIME_Absolute
387 time_between (struct GNUNET_TIME_Absolute start,
388               struct GNUNET_TIME_Absolute end,
389               int num, int denum)
390 {
391   struct GNUNET_TIME_Absolute result;
392   uint64_t diff;
393
394   GNUNET_assert (start.abs_value_us <= end.abs_value_us);
395   diff = end.abs_value_us - start.abs_value_us;
396   result.abs_value_us = start.abs_value_us + ((diff * num) / denum);
397
398   return result;
399 }
400
401
402 /**
403  * Compare two peer identities.  Indended to be used with qsort or bsearch.
404  *
405  * @param p1 Some peer identity.
406  * @param p2 Some peer identity.
407  * @return 1 if p1 > p2, -1 if p1 < p2 and 0 if p1 == p2.
408  */
409 static int
410 peer_id_cmp (const void *p1, const void *p2)
411 {
412   return memcmp (p1, p2, sizeof (struct GNUNET_PeerIdentity));
413 }
414
415
416 /**
417  * Get the index of a peer in an array of peers
418  *
419  * @param haystack Array of peers.
420  * @param n Size of @a haystack.
421  * @param needle Peer to find
422  * @return Index of @a needle in @a haystack, or -1 if peer
423  *         is not in the list.
424  */
425 static int
426 peer_find (const struct GNUNET_PeerIdentity *haystack, unsigned int n,
427            const struct GNUNET_PeerIdentity *needle)
428 {
429   unsigned int i;
430   for (i = 0; i < n; i++)
431     if (0 == memcmp (&haystack[i], needle, sizeof (struct GNUNET_PeerIdentity)))
432       return i;
433   return -1;
434 }
435
436
437 /**
438  * Normalize the given list of peers, by including the local peer
439  * (if it is missing) and sorting the peers by their identity.
440  *
441  * @param listed Peers in the unnormalized list.
442  * @param num_listed Peers in the un-normalized list.
443  * @param[out] num_normalized Number of peers in the normalized list.
444  * @param[out] my_peer_idx Index of the local peer in the normalized list.
445  * @return Normalized list, must be free'd by the caller.
446  */
447 static struct GNUNET_PeerIdentity *
448 normalize_peers (struct GNUNET_PeerIdentity *listed,
449                  unsigned int num_listed,
450                  unsigned int *num_normalized,
451                  unsigned int *my_peer_idx)
452 {
453   unsigned int local_peer_in_list;
454   /* number of peers in the normalized list */
455   unsigned int n;
456   struct GNUNET_PeerIdentity *normalized;
457
458   local_peer_in_list = GNUNET_YES;
459   n = num_listed;
460   if (peer_find (listed, num_listed, &my_peer) < 0)
461   {
462     local_peer_in_list = GNUNET_NO;
463     n += 1;
464   }
465
466   normalized = GNUNET_new_array (n, struct GNUNET_PeerIdentity);
467
468   if (GNUNET_NO == local_peer_in_list)
469     normalized[n - 1] = my_peer;
470
471   memcpy (normalized, listed, num_listed * sizeof (struct GNUNET_PeerIdentity));
472   qsort (normalized, n, sizeof (struct GNUNET_PeerIdentity), &peer_id_cmp);
473
474   if (NULL != my_peer_idx)
475     *my_peer_idx = peer_find (normalized, n, &my_peer);
476   if (NULL != num_normalized)
477     *num_normalized = n;
478
479   return normalized;
480 }
481
482
483 /**
484  * Get a the j-th lagrange coefficient for a set of indices.
485  *
486  * @param[out] coeff the lagrange coefficient
487  * @param j lagrange coefficient we want to compute
488  * @param indices indices
489  * @param num number of indices in @a indices
490  */
491 static void
492 compute_lagrange_coefficient (gcry_mpi_t coeff, unsigned int j,
493                               unsigned int *indices,
494                               unsigned int num)
495 {
496   unsigned int i;
497   /* numerator */
498   gcry_mpi_t n;
499   /* denominator */
500   gcry_mpi_t d;
501   /* temp value for l-j */
502   gcry_mpi_t tmp;
503
504   GNUNET_assert (0 != coeff);
505
506   GNUNET_assert (0 != (n = gcry_mpi_new (0)));
507   GNUNET_assert (0 != (d = gcry_mpi_new (0)));
508   GNUNET_assert (0 != (tmp = gcry_mpi_new (0)));
509
510   gcry_mpi_set_ui (n, 1);
511   gcry_mpi_set_ui (d, 1);
512
513   for (i = 0; i < num; i++)
514   {
515     unsigned int l = indices[i];
516     if (l == j)
517       continue;
518     gcry_mpi_mul_ui (n, n, l + 1);
519     // d <- d * (l-j)
520     gcry_mpi_set_ui (tmp, l + 1);
521     gcry_mpi_sub_ui (tmp, tmp, j + 1);
522     gcry_mpi_mul (d, d, tmp);
523   }
524
525   // gcry_mpi_invm does not like negative numbers ...
526   gcry_mpi_mod (d, d, elgamal_q);
527
528   GNUNET_assert (gcry_mpi_cmp_ui (d, 0) > 0);
529
530   // now we do the actual division, with everything mod q, as we
531   // are not operating on elements from <g>, but on exponents
532   GNUNET_assert (0 != gcry_mpi_invm (d, d, elgamal_q));
533
534   gcry_mpi_mulm (coeff, n, d, elgamal_q);
535
536   gcry_mpi_release (n);
537   gcry_mpi_release (d);
538   gcry_mpi_release (tmp);
539 }
540
541
542 static void
543 decrypt_session_destroy (struct DecryptSession *ds)
544 {
545   GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "destroying decrypt session\n");
546
547   GNUNET_CONTAINER_DLL_remove (decrypt_sessions_head, decrypt_sessions_tail, ds);
548
549   if (NULL != ds->client_mq)
550   {
551     GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "destroying decrypt MQ\n");
552     GNUNET_MQ_destroy (ds->client_mq);
553     ds->client_mq = NULL;
554   }
555
556   if (NULL != ds->client)
557   {
558     GNUNET_SERVER_client_disconnect (ds->client);
559     ds->client = NULL;
560   }
561
562   GNUNET_free (ds);
563 }
564
565
566 static void
567 keygen_session_destroy (struct KeygenSession *ks)
568 {
569   GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "destroying keygen session\n");
570
571   GNUNET_CONTAINER_DLL_remove (keygen_sessions_head, keygen_sessions_tail, ks);
572
573   if (NULL != ks->client_mq)
574   {
575     GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "destroying keygen MQ\n");
576     GNUNET_MQ_destroy (ks->client_mq);
577     ks->client_mq = NULL;
578   }
579
580   if (NULL != ks->client)
581   {
582     GNUNET_SERVER_client_disconnect (ks->client);
583     ks->client = NULL;
584   }
585
586   GNUNET_free (ks);
587 }
588
589
590 /**
591  * Task run during shutdown.
592  *
593  * @param cls unused
594  * @param tc unused
595  */
596 static void
597 cleanup_task (void *cls, const struct GNUNET_SCHEDULER_TaskContext *tc)
598 {
599   while (NULL != decrypt_sessions_head)
600     decrypt_session_destroy (decrypt_sessions_head);
601
602   while (NULL != keygen_sessions_head)
603     keygen_session_destroy (keygen_sessions_head);
604 }
605
606
607
608 /**
609  * Generate the random coefficients of our pre-secret polynomial
610  *
611  * @param ks the session
612  */
613 static void
614 generate_presecret_polynomial (struct KeygenSession *ks)
615 {
616   int i;
617   gcry_mpi_t v;
618
619   GNUNET_assert (NULL == ks->presecret_polynomial);
620   ks->presecret_polynomial = GNUNET_new_array (ks->threshold, gcry_mpi_t);
621   for (i = 0; i < ks->threshold; i++)
622   {
623     v = ks->presecret_polynomial[i] = gcry_mpi_new (GNUNET_SECRETSHARING_ELGAMAL_BITS);
624     GNUNET_assert (NULL != v);
625     // Randomize v such that 0 < v < elgamal_q.
626     // The '- 1' is necessary as bitlength(q) = bitlength(p) - 1.
627     do 
628     {
629       gcry_mpi_randomize (v, GNUNET_SECRETSHARING_ELGAMAL_BITS - 1, GCRY_WEAK_RANDOM);
630     } while ((gcry_mpi_cmp_ui (v, 0) == 0) || (gcry_mpi_cmp (v, elgamal_q) >= 0));
631   }
632 }
633
634
635 /**
636  * Consensus element handler for round one.
637  * We should get one ephemeral key for each peer.
638  *
639  * @param cls Closure (keygen session).
640  * @param element The element from consensus, or
641  *                NULL if consensus failed.
642  */
643 static void
644 keygen_round1_new_element (void *cls,
645                            const struct GNUNET_SET_Element *element)
646 {
647   const struct GNUNET_SECRETSHARING_KeygenCommitData *d;
648   struct KeygenSession *ks = cls;
649   struct KeygenPeerInfo *info;
650
651   if (NULL == element)
652   {
653     GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_WARNING, "round1 consensus failed\n");
654     return;
655   }
656
657   /* elements have fixed size */
658   if (element->size != sizeof (struct GNUNET_SECRETSHARING_KeygenCommitData))
659   {
660     GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_WARNING,
661                 "keygen commit data with wrong size (%u) in consensus, "
662                 " %u expected\n",
663                 element->size, sizeof (struct GNUNET_SECRETSHARING_KeygenCommitData));
664     return;
665   }
666
667   GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_INFO, "got round1 element\n");
668
669   d = element->data;
670   info = get_keygen_peer_info (ks, &d->peer);
671
672   if (NULL == info)
673   {
674     GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_WARNING, "keygen commit data with wrong peer identity (%s) in consensus\n",
675                 GNUNET_i2s (&d->peer));
676     return;
677   }
678
679   /* Check that the right amount of data has been signed. */
680   if (d->purpose.size !=
681       htonl (element->size - offsetof (struct GNUNET_SECRETSHARING_KeygenCommitData, purpose)))
682   {
683     GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_WARNING, "keygen commit data with wrong signature purpose size in consensus\n");
684     return;
685   }
686
687   if (GNUNET_OK != GNUNET_CRYPTO_eddsa_verify (GNUNET_SIGNATURE_PURPOSE_SECRETSHARING_DKG1,
688                                                &d->purpose, &d->signature, &d->peer.public_key))
689   {
690     GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_WARNING, "keygen commit data with invalid signature in consensus\n");
691     return;
692   }
693   info->paillier_public_key = d->pubkey;
694   GNUNET_CRYPTO_mpi_scan_unsigned (&info->presecret_commitment, &d->commitment, 512 / 8);
695   info->round1_valid = GNUNET_YES;
696 }
697
698
699 /**
700  * Evaluate the polynomial with coefficients @a coeff at @a x.
701  * The i-th element in @a coeff corresponds to the coefficient of x^i.
702  *
703  * @param[out] z result of the evaluation
704  * @param coeff array of coefficients
705  * @param num_coeff number of coefficients
706  * @param x where to evaluate the polynomial
707  * @param m what group are we operating in?
708  */
709 static void
710 horner_eval (gcry_mpi_t z, gcry_mpi_t *coeff, unsigned int num_coeff, gcry_mpi_t x, gcry_mpi_t m)
711 {
712   unsigned int i;
713
714   gcry_mpi_set_ui (z, 0);
715   for (i = 0; i < num_coeff; i++)
716   {
717     // z <- zx + c
718     gcry_mpi_mul (z, z, x);
719     gcry_mpi_addm (z, z, coeff[num_coeff - i - 1], m);
720   }
721 }
722
723
724 static void
725 keygen_round2_conclude (void *cls)
726 {
727   struct KeygenSession *ks = cls;
728   struct GNUNET_SECRETSHARING_SecretReadyMessage *m;
729   struct GNUNET_MQ_Envelope *ev;
730   size_t share_size;
731   unsigned int i;
732   unsigned int j;
733   struct GNUNET_SECRETSHARING_Share *share;
734
735   GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_INFO, "round2 conclude\n");
736
737   share = GNUNET_new (struct GNUNET_SECRETSHARING_Share);
738
739   share->num_peers = 0;
740
741   for (i = 0; i < ks->num_peers; i++)
742     if (GNUNET_YES == ks->info[i].round2_valid)
743       share->num_peers++;
744
745   share->peers = GNUNET_new_array (share->num_peers, struct GNUNET_PeerIdentity);
746   share->sigmas =
747       GNUNET_new_array (share->num_peers, struct GNUNET_SECRETSHARING_FieldElement);
748   share->original_indices = GNUNET_new_array (share->num_peers, uint16_t);
749
750   /* maybe we're not even in the list of peers? */
751   share->my_peer = share->num_peers;
752
753   j = 0; /* running index of valid peers */
754   for (i = 0; i < ks->num_peers; i++)
755   {
756     if (GNUNET_YES == ks->info[i].round2_valid)
757     {
758       share->peers[j] = ks->info[i].peer;
759       GNUNET_CRYPTO_mpi_print_unsigned (&share->sigmas[j],
760                                         GNUNET_SECRETSHARING_ELGAMAL_BITS / 8,
761                                         ks->info[i].sigma);
762       share->original_indices[i] = j;
763       if (0 == memcmp (&share->peers[i], &my_peer, sizeof (struct GNUNET_PeerIdentity)))
764         share->my_peer = j;
765       j += 1;
766     }
767   }
768
769   if (share->my_peer == share->num_peers)
770   {
771     GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_INFO, "P%u: peer identity not in share\n", ks->local_peer_idx);
772   }
773
774   GNUNET_CRYPTO_mpi_print_unsigned (&share->my_share, GNUNET_SECRETSHARING_ELGAMAL_BITS / 8,
775                                     ks->my_share);
776   GNUNET_CRYPTO_mpi_print_unsigned (&share->public_key, GNUNET_SECRETSHARING_ELGAMAL_BITS / 8,
777                                     ks->public_key);
778
779   GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_INFO, "keygen completed with %u peers\n", share->num_peers);
780
781   /* Write the share. If 0 peers completed the dkg, an empty
782    * share will be sent. */
783
784   m = GNUNET_malloc (sizeof (struct GNUNET_SECRETSHARING_SecretReadyMessage) +
785                      ks->num_peers * sizeof (struct GNUNET_PeerIdentity));
786
787   GNUNET_assert (GNUNET_OK == GNUNET_SECRETSHARING_share_write (share, NULL, 0, &share_size));
788
789   GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "writing share of size %u\n",
790               (unsigned int) share_size);
791
792   ev = GNUNET_MQ_msg_extra (m, share_size,
793                             GNUNET_MESSAGE_TYPE_SECRETSHARING_CLIENT_SECRET_READY);
794
795   GNUNET_assert (GNUNET_OK == GNUNET_SECRETSHARING_share_write (share, &m[1], share_size, NULL));
796
797   GNUNET_MQ_send (ks->client_mq, ev);
798 }
799
800
801 /**
802  * Insert round 2 element in the consensus, consisting of
803  * (1) The exponentiated pre-share polynomial coefficients A_{i,l}=g^{a_{i,l}}
804  * (2) The exponentiated pre-shares y_{i,j}=g^{s_{i,j}}
805  * (3) The encrypted pre-shares Y_{i,j}
806  * (4) The zero knowledge proof for fairness of
807  *     the encryption
808  *
809  * @param ks session to use
810  */
811 static void
812 insert_round2_element (struct KeygenSession *ks)
813 {
814   struct GNUNET_SET_Element *element;
815   struct GNUNET_SECRETSHARING_KeygenRevealData *d;
816   unsigned char *pos;
817   unsigned char *last_pos;
818   size_t element_size;
819   unsigned int i;
820   gcry_mpi_t idx;
821   gcry_mpi_t v;
822   gcry_mpi_t c;
823
824   GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "P%u: Inserting round2 element\n",
825               ks->local_peer_idx);
826
827   GNUNET_assert (NULL != (v = gcry_mpi_new (GNUNET_SECRETSHARING_ELGAMAL_BITS)));
828   GNUNET_assert (NULL != (idx = gcry_mpi_new (GNUNET_SECRETSHARING_ELGAMAL_BITS)));
829   GNUNET_assert (NULL != (c = gcry_mpi_new (GNUNET_SECRETSHARING_ELGAMAL_BITS)));
830
831   element_size = (sizeof (struct GNUNET_SECRETSHARING_KeygenRevealData) +
832                   GNUNET_SECRETSHARING_ELGAMAL_BITS / 8 * ks->num_peers +
833                   sizeof (struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext) * ks->num_peers +
834                   GNUNET_SECRETSHARING_ELGAMAL_BITS / 8 * ks->threshold);
835
836   element = GNUNET_malloc (sizeof (struct GNUNET_SET_Element) + element_size);
837   element->size = element_size;
838   element->data = (void *) &element[1];
839
840   d = (void *) element->data;
841   d->peer = my_peer;
842
843   // start inserting vector elements
844   // after the fixed part of the element's data
845   pos = (void *) &d[1];
846   last_pos = pos + element_size;
847
848   // exponentiated pre-shares
849   for (i = 0; i < ks->num_peers; i++)
850   {
851     ptrdiff_t remaining = last_pos - pos;
852     GNUNET_assert (remaining > 0);
853     gcry_mpi_set_ui (idx, i + 1);
854     // evaluate the polynomial
855     horner_eval (v, ks->presecret_polynomial, ks->threshold, idx, elgamal_q);
856     // take g to the result
857     gcry_mpi_powm (v, elgamal_g, v, elgamal_p);
858     GNUNET_CRYPTO_mpi_print_unsigned (pos, GNUNET_SECRETSHARING_ELGAMAL_BITS / 8, v);
859     pos += GNUNET_SECRETSHARING_ELGAMAL_BITS / 8;
860   }
861
862   GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "P%u: computed exp preshares\n",
863               ks->local_peer_idx);
864
865   // encrypted pre-shares
866   for (i = 0; i < ks->num_peers; i++)
867   {
868     ptrdiff_t remaining = last_pos - pos;
869     struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext *ciphertext;
870
871     GNUNET_assert (remaining > 0);
872     ciphertext = (void *) pos;
873     memset (ciphertext, 0, sizeof *ciphertext);
874     if (GNUNET_YES == ks->info[i].round1_valid)
875     {
876       gcry_mpi_set_ui (idx, i + 1);
877       // evaluate the polynomial
878       horner_eval (v, ks->presecret_polynomial, ks->threshold, idx, elgamal_q);
879       // encrypt the result
880       GNUNET_CRYPTO_paillier_encrypt (&ks->info[i].paillier_public_key, v, 0, ciphertext);
881     }
882     pos += sizeof *ciphertext;
883   }
884
885   GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "P%u: computed enc preshares\n",
886               ks->local_peer_idx);
887
888   // exponentiated coefficients
889   for (i = 0; i < ks->threshold; i++)
890   {
891     ptrdiff_t remaining = last_pos - pos;
892     GNUNET_assert (remaining > 0);
893     gcry_mpi_powm (v, elgamal_g, ks->presecret_polynomial[i], elgamal_p);
894     GNUNET_CRYPTO_mpi_print_unsigned (pos, GNUNET_SECRETSHARING_ELGAMAL_BITS / 8, v);
895     pos += GNUNET_SECRETSHARING_ELGAMAL_BITS / 8;
896   }
897
898   GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "P%u: computed exp coefficients\n",
899               ks->local_peer_idx);
900
901   d->purpose.size = htonl (element_size - offsetof (struct GNUNET_SECRETSHARING_KeygenRevealData, purpose));
902   d->purpose.purpose = htonl (GNUNET_SIGNATURE_PURPOSE_SECRETSHARING_DKG2);
903   GNUNET_CRYPTO_eddsa_sign (my_peer_private_key, &d->purpose, &d->signature);
904
905   GNUNET_CONSENSUS_insert (ks->consensus, element, NULL, NULL);
906   GNUNET_free (element); /* FIXME: maybe stack-allocate instead? */
907
908   gcry_mpi_release (v);
909   gcry_mpi_release (idx);
910 }
911
912
913 static gcry_mpi_t
914 keygen_reveal_get_exp_preshare (struct KeygenSession *ks,
915                                 const struct GNUNET_SECRETSHARING_KeygenRevealData *d,
916                                 unsigned int idx)
917 {
918   unsigned char *pos;
919   gcry_mpi_t exp_preshare;
920
921   GNUNET_assert (idx < ks->num_peers);
922
923   GNUNET_assert (NULL != (exp_preshare = gcry_mpi_new (0)));
924
925   pos = (void *) &d[1];
926   // skip exponentiated pre-shares we don't want
927   pos += GNUNET_SECRETSHARING_ELGAMAL_BITS / 8 * idx;
928   GNUNET_CRYPTO_mpi_scan_unsigned (&exp_preshare, pos, GNUNET_SECRETSHARING_ELGAMAL_BITS / 8);
929   return exp_preshare;
930 }
931
932 static gcry_mpi_t
933 keygen_reveal_get_exp_coeff (struct KeygenSession *ks,
934                              const struct GNUNET_SECRETSHARING_KeygenRevealData *d,
935                              unsigned int idx)
936 {
937   unsigned char *pos;
938   gcry_mpi_t exp_coeff;
939
940   GNUNET_assert (idx < ks->threshold);
941   GNUNET_assert (NULL != (exp_coeff = gcry_mpi_new (0)));
942
943   pos = (void *) &d[1];
944   // skip exponentiated pre-shares
945   pos += GNUNET_SECRETSHARING_ELGAMAL_BITS / 8 * ks->num_peers;
946   // skip encrypted pre-shares
947   pos += sizeof (struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext) * ks->num_peers;
948   // skip exp. coeffs we are not interested in
949   pos += GNUNET_SECRETSHARING_ELGAMAL_BITS / 8 * idx;
950   // the first exponentiated coefficient is the public key share
951   GNUNET_CRYPTO_mpi_scan_unsigned (&exp_coeff, pos, GNUNET_SECRETSHARING_ELGAMAL_BITS / 8);
952   return exp_coeff;
953 }
954
955
956 static struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext *
957 keygen_reveal_get_enc_preshare (struct KeygenSession *ks,
958                                 const struct GNUNET_SECRETSHARING_KeygenRevealData *d,
959                                 unsigned int idx)
960 {
961   unsigned char *pos;
962
963   GNUNET_assert (idx < ks->num_peers);
964
965   pos = (void *) &d[1];
966   // skip exponentiated pre-shares
967   pos += GNUNET_SECRETSHARING_ELGAMAL_BITS / 8 * ks->num_peers;
968   // skip encrypted pre-shares we're not interested in
969   pos += sizeof (struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext) * idx;
970   return (struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext *) pos;
971 }
972
973
974 static void
975 keygen_round2_new_element (void *cls,
976                            const struct GNUNET_SET_Element *element)
977 {
978   struct KeygenSession *ks = cls;
979   const struct GNUNET_SECRETSHARING_KeygenRevealData *d;
980   struct KeygenPeerInfo *info;
981   size_t expected_element_size;
982   unsigned int j;
983   gcry_mpi_t tmp;
984   gcry_mpi_t public_key_share;
985   gcry_mpi_t preshare;
986
987   if (NULL == element)
988   {
989     GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_WARNING, "round2 consensus failed\n");
990     return;
991   }
992
993   expected_element_size = (sizeof (struct GNUNET_SECRETSHARING_KeygenRevealData) +
994                   GNUNET_SECRETSHARING_ELGAMAL_BITS / 8 * ks->num_peers +
995                   sizeof (struct GNUNET_CRYPTO_PaillierCiphertext) * ks->num_peers +
996                   GNUNET_SECRETSHARING_ELGAMAL_BITS / 8 * ks->threshold);
997
998   if (element->size != expected_element_size)
999   {
1000     GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_WARNING,
1001                 "keygen round2 data with wrong size (%u) in consensus, "
1002                 " %u expected\n",
1003                 element->size, expected_element_size);
1004     return;
1005   }
1006
1007   d = (const void *) element->data;
1008
1009   info = get_keygen_peer_info (ks, &d->peer);
1010
1011   if (NULL == info)
1012   {
1013     GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_WARNING, "keygen commit data with wrong peer identity (%s) in consensus\n",
1014                 GNUNET_i2s (&d->peer));
1015     return;
1016   }
1017
1018   if (GNUNET_NO == info->round1_valid)
1019   {
1020     GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_WARNING,
1021                 "ignoring round2 element from peer with invalid round1 element (%s)\n",
1022                 GNUNET_i2s (&d->peer));
1023     return;
1024   }
1025
1026   if (GNUNET_YES == info->round2_valid)
1027   {
1028     GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_WARNING,
1029                 "ignoring duplicate round2 element (%s)\n",
1030                 GNUNET_i2s (&d->peer));
1031     return;
1032   }
1033
1034   GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_INFO, "got round2 element\n");
1035
1036   if (ntohl (d->purpose.size) !=
1037       element->size - offsetof (struct GNUNET_SECRETSHARING_KeygenRevealData, purpose))
1038   {
1039     GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_WARNING, "keygen reveal data with wrong signature purpose size in consensus\n");
1040     return;
1041   }
1042
1043   if (GNUNET_OK != GNUNET_CRYPTO_eddsa_verify (GNUNET_SIGNATURE_PURPOSE_SECRETSHARING_DKG2,
1044                                                &d->purpose, &d->signature, &d->peer.public_key))
1045   {
1046     GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_WARNING, "keygen reveal data with invalid signature in consensus\n");
1047     return;
1048   }
1049
1050   public_key_share = keygen_reveal_get_exp_coeff (ks, d, 0);
1051   info->preshare_commitment = keygen_reveal_get_exp_preshare (ks, d, ks->local_peer_idx);
1052
1053   if (NULL == ks->public_key)
1054   {
1055     GNUNET_assert (NULL != (ks->public_key = gcry_mpi_new (0)));
1056     gcry_mpi_set_ui (ks->public_key, 1);
1057   }
1058   gcry_mpi_mulm (ks->public_key, ks->public_key, public_key_share, elgamal_p);
1059
1060   GNUNET_assert (NULL != (preshare = gcry_mpi_new (0)));
1061   GNUNET_CRYPTO_paillier_decrypt (&ks->paillier_private_key,
1062                                   &ks->info[ks->local_peer_idx].paillier_public_key,
1063                                   keygen_reveal_get_enc_preshare (ks, d, ks->local_peer_idx),
1064                                   preshare);
1065
1066   GNUNET_assert (NULL != (tmp = gcry_mpi_new (0)));
1067   gcry_mpi_powm (tmp, elgamal_g, preshare, elgamal_p);
1068
1069   // TODO: restore a valid secret from the decryption (the hard part, solving SVP with gauss)
1070   if (0 != gcry_mpi_cmp (tmp, info->preshare_commitment))
1071   {
1072     GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_WARNING, "P%u: Got invalid presecret from P%u\n",
1073                 (unsigned int) ks->local_peer_idx, (unsigned int) (info - ks->info));
1074     return;
1075   }
1076
1077   if (NULL == ks->my_share)
1078   {
1079     GNUNET_assert (NULL != (ks->my_share = gcry_mpi_new (0)));
1080   }
1081   gcry_mpi_addm (ks->my_share, ks->my_share, preshare, elgamal_q);
1082
1083   for (j = 0; j < ks->num_peers; j++)
1084   {
1085     gcry_mpi_t presigma;
1086     if (NULL == ks->info[j].sigma)
1087     {
1088       GNUNET_assert (NULL != (ks->info[j].sigma = gcry_mpi_new (0)));
1089       gcry_mpi_set_ui (ks->info[j].sigma, 1);
1090     }
1091     presigma = keygen_reveal_get_exp_preshare (ks, d, j);
1092     gcry_mpi_mulm (ks->info[j].sigma, ks->info[j].sigma, presigma, elgamal_p);
1093   }
1094
1095   gcry_mpi_t prod;
1096   GNUNET_assert (NULL != (prod = gcry_mpi_new (0)));
1097   gcry_mpi_t j_to_k;
1098   GNUNET_assert (NULL != (j_to_k = gcry_mpi_new (0)));
1099   // validate that the polynomial sharing matches the additive sharing
1100   for (j = 0; j < ks->num_peers; j++)
1101   {
1102     unsigned int k;
1103     gcry_mpi_t tmp;
1104     gcry_mpi_t exp_preshare;
1105     gcry_mpi_set_ui (prod, 1);
1106     for (k = 0; k < ks->threshold; k++)
1107     {
1108       // Using pow(double,double) is a bit sketchy.
1109       // We count players from 1, but shares from 0.
1110       gcry_mpi_set_ui (j_to_k, (unsigned int) pow(j+1, k)); 
1111       tmp = keygen_reveal_get_exp_coeff (ks, d, k);
1112       gcry_mpi_powm (tmp, tmp, j_to_k, elgamal_p);
1113       gcry_mpi_mulm (prod, prod, tmp, elgamal_p);
1114     }
1115     exp_preshare = keygen_reveal_get_exp_preshare (ks, d, j);
1116     gcry_mpi_mod (exp_preshare, exp_preshare, elgamal_p);
1117     if (0 != gcry_mpi_cmp (prod, exp_preshare))
1118     {
1119       GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_WARNING, "P%u: reveal data from P%u incorrect\n",
1120                   ks->local_peer_idx, j);
1121       /* no need for further verification, round2 stays invalid ... */
1122       return;
1123     }
1124   }
1125
1126   // TODO: verify proof of fair encryption (once implemented)
1127   
1128   info->round2_valid = GNUNET_YES;
1129 }
1130
1131
1132 /**
1133  * Called when the first consensus round has concluded.
1134  * Will initiate the second round.
1135  *
1136  * @param cls closure
1137  */
1138 static void
1139 keygen_round1_conclude (void *cls)
1140 {
1141   struct KeygenSession *ks = cls;
1142
1143   GNUNET_CONSENSUS_destroy (ks->consensus);
1144
1145   ks->consensus = GNUNET_CONSENSUS_create (cfg, ks->num_peers, ks->peers, &ks->session_id,
1146                                            time_between (ks->start_time, ks->deadline, 1, 2),
1147                                            ks->deadline,
1148                                            keygen_round2_new_element, ks);
1149
1150   insert_round2_element (ks);
1151
1152   GNUNET_CONSENSUS_conclude (ks->consensus,
1153                              keygen_round2_conclude,
1154                              ks);
1155 }
1156
1157
1158 /**
1159  * Insert the ephemeral key and the presecret commitment
1160  * of this peer in the consensus of the given session.
1161  *
1162  * @param ks session to use
1163  */
1164 static void
1165 insert_round1_element (struct KeygenSession *ks)
1166 {
1167   struct GNUNET_SET_Element *element;
1168   struct GNUNET_SECRETSHARING_KeygenCommitData *d;
1169   // g^a_{i,0}
1170   gcry_mpi_t v;
1171   // big-endian representation of 'v'
1172   unsigned char v_data[GNUNET_SECRETSHARING_ELGAMAL_BITS / 8];
1173
1174   element = GNUNET_malloc (sizeof *element + sizeof *d);
1175   d = (void *) &element[1];
1176   element->data = d;
1177   element->size = sizeof *d;
1178
1179   d->peer = my_peer;
1180
1181   GNUNET_assert (0 != (v = gcry_mpi_new (GNUNET_SECRETSHARING_ELGAMAL_BITS)));
1182
1183   gcry_mpi_powm (v, elgamal_g, ks->presecret_polynomial[0], elgamal_p);
1184
1185   GNUNET_CRYPTO_mpi_print_unsigned (v_data, GNUNET_SECRETSHARING_ELGAMAL_BITS / 8, v);
1186
1187   GNUNET_CRYPTO_hash (v_data, GNUNET_SECRETSHARING_ELGAMAL_BITS / 8, &d->commitment);
1188
1189   d->pubkey = ks->info[ks->local_peer_idx].paillier_public_key;
1190
1191   d->purpose.size = htonl ((sizeof *d) - offsetof (struct GNUNET_SECRETSHARING_KeygenCommitData, purpose));
1192   d->purpose.purpose = htonl (GNUNET_SIGNATURE_PURPOSE_SECRETSHARING_DKG1);
1193   GNUNET_assert (GNUNET_OK == GNUNET_CRYPTO_eddsa_sign (my_peer_private_key, &d->purpose, &d->signature));
1194
1195   GNUNET_CONSENSUS_insert (ks->consensus, element, NULL, NULL);
1196
1197   gcry_mpi_release (v);
1198   GNUNET_free (element);
1199 }
1200
1201
1202 /**
1203  * Functions with this signature are called whenever a message is
1204  * received.
1205  *
1206  * @param cls closure
1207  * @param client identification of the client
1208  * @param message the actual message
1209  */
1210 static void handle_client_keygen (void *cls,
1211                                   struct GNUNET_SERVER_Client *client,
1212                                   const struct GNUNET_MessageHeader
1213                                   *message)
1214 {
1215   const struct GNUNET_SECRETSHARING_CreateMessage *msg =
1216       (const struct GNUNET_SECRETSHARING_CreateMessage *) message;
1217   struct KeygenSession *ks;
1218   unsigned int i;
1219
1220   GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_INFO, "client requested key generation\n");
1221
1222   ks = GNUNET_new (struct KeygenSession);
1223
1224   /* FIXME: check if client already has some session */
1225
1226   GNUNET_CONTAINER_DLL_insert (keygen_sessions_head, keygen_sessions_tail, ks);
1227
1228   ks->client = client;
1229   ks->client_mq = GNUNET_MQ_queue_for_server_client (client);
1230
1231   ks->deadline = GNUNET_TIME_absolute_ntoh (msg->deadline);
1232   ks->threshold = ntohs (msg->threshold);
1233   ks->num_peers = ntohs (msg->num_peers);
1234
1235   ks->peers = normalize_peers ((struct GNUNET_PeerIdentity *) &msg[1], ks->num_peers,
1236                                &ks->num_peers, &ks->local_peer_idx);
1237
1238
1239   GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_INFO, "first round of consensus with %u peers\n", ks->num_peers);
1240   ks->consensus = GNUNET_CONSENSUS_create (cfg, ks->num_peers, ks->peers, &msg->session_id,
1241                                            GNUNET_TIME_absolute_ntoh (msg->start),
1242                                            GNUNET_TIME_absolute_ntoh (msg->deadline),
1243                                            keygen_round1_new_element, ks);
1244
1245   ks->info = GNUNET_new_array (ks->num_peers, struct KeygenPeerInfo);
1246
1247   for (i = 0; i < ks->num_peers; i++)
1248     ks->info[i].peer = ks->peers[i];
1249
1250   GNUNET_CRYPTO_paillier_create (&ks->info[ks->local_peer_idx].paillier_public_key,
1251                                  &ks->paillier_private_key);
1252
1253   GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "P%u: Generated paillier key pair\n", ks->local_peer_idx);
1254
1255   generate_presecret_polynomial (ks);
1256
1257   GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "P%u: Generated presecret polynomial\n", ks->local_peer_idx);
1258
1259   insert_round1_element (ks);
1260
1261   GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "P%u: Concluding for round 1\n", ks->local_peer_idx);
1262
1263   GNUNET_CONSENSUS_conclude (ks->consensus,
1264                              keygen_round1_conclude,
1265                              ks);
1266
1267   GNUNET_SERVER_receive_done (client, GNUNET_OK);
1268
1269   GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "P%u: Waiting for round 1 elements ...\n", ks->local_peer_idx);
1270 }
1271
1272
1273 /**
1274  * Called when the partial decryption consensus concludes.
1275  */
1276 static void
1277 decrypt_conclude (void *cls)
1278 {
1279   struct DecryptSession *ds = cls;
1280   struct GNUNET_SECRETSHARING_DecryptResponseMessage *msg;
1281   struct GNUNET_MQ_Envelope *ev;
1282   gcry_mpi_t lagrange;
1283   gcry_mpi_t m;
1284   gcry_mpi_t tmp;
1285   gcry_mpi_t c_2;
1286   gcry_mpi_t prod;
1287   unsigned int *indices;
1288   unsigned int num;
1289   unsigned int i;
1290   unsigned int j;
1291
1292   GNUNET_assert (0 != (lagrange = gcry_mpi_new (0)));
1293   GNUNET_assert (0 != (m = gcry_mpi_new (0)));
1294   GNUNET_assert (0 != (tmp = gcry_mpi_new (0)));
1295   GNUNET_assert (0 != (prod = gcry_mpi_new (0)));
1296
1297   num = 0;
1298   for (i = 0; i < ds->share->num_peers; i++)
1299     if (NULL != ds->info[i].partial_decryption)
1300       num++;
1301
1302   indices = GNUNET_malloc (num * sizeof (unsigned int));
1303   j = 0;
1304   for (i = 0; i < ds->share->num_peers; i++)
1305     if (NULL != ds->info[i].partial_decryption)
1306       indices[j++] = ds->info[i].original_index;
1307
1308   GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_INFO, "P%u: decrypt conclude, with %u peers\n",
1309               ds->share->my_peer, num);
1310
1311   gcry_mpi_set_ui (prod, 1);
1312   for (i = 0; i < num; i++)
1313   {
1314
1315     GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_INFO, "P%u: index of %u: %u\n",
1316                 ds->share->my_peer, i, indices[i]);
1317     compute_lagrange_coefficient (lagrange, indices[i], indices, num);
1318     // w_i^{\lambda_i}
1319     gcry_mpi_powm (tmp, ds->info[indices[i]].partial_decryption, lagrange, elgamal_p);
1320
1321     // product of all exponentiated partiel decryptions ...
1322     gcry_mpi_mulm (prod, prod, tmp, elgamal_p);
1323   }
1324
1325   GNUNET_CRYPTO_mpi_scan_unsigned (&c_2, ds->ciphertext.c2_bits, GNUNET_SECRETSHARING_ELGAMAL_BITS / 8);
1326
1327   GNUNET_assert (0 != gcry_mpi_invm (prod, prod, elgamal_p));
1328   gcry_mpi_mulm (m, c_2, prod, elgamal_p);
1329   ev = GNUNET_MQ_msg (msg, GNUNET_MESSAGE_TYPE_SECRETSHARING_CLIENT_DECRYPT_DONE);
1330   GNUNET_CRYPTO_mpi_print_unsigned (&msg->plaintext, GNUNET_SECRETSHARING_ELGAMAL_BITS / 8, m);
1331   msg->success = htonl (1);
1332   GNUNET_MQ_send (ds->client_mq, ev);
1333
1334   GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_INFO, "sent decrypt done to client\n");
1335
1336   // FIXME: what if not enough peers participated?
1337 }
1338
1339
1340 /**
1341  * Get a string representation of an MPI.
1342  * The caller must free the returned string.
1343  *
1344  * @param mpi mpi to convert to a string
1345  * @return string representation of @a mpi, must be free'd by the caller
1346  */
1347 static char *
1348 mpi_to_str (gcry_mpi_t mpi)
1349 {
1350   unsigned char *buf;
1351
1352   GNUNET_assert (0 == gcry_mpi_aprint (GCRYMPI_FMT_HEX, &buf, NULL, mpi));
1353   return (char *) buf;
1354 }
1355
1356
1357 /**
1358  * Called when a new partial decryption arrives.
1359  */
1360 static void
1361 decrypt_new_element (void *cls,
1362                      const struct GNUNET_SET_Element *element)
1363 {
1364   struct DecryptSession *session = cls;
1365   const struct GNUNET_SECRETSHARING_DecryptData *d;
1366   struct DecryptPeerInfo *info;
1367   struct GNUNET_HashCode challenge_hash;
1368
1369   /* nizk response */
1370   gcry_mpi_t r;
1371   /* nizk challenge */
1372   gcry_mpi_t challenge;
1373   /* nizk commit1, g^\beta */
1374   gcry_mpi_t commit1;
1375   /* nizk commit2, c_1^\beta */
1376   gcry_mpi_t commit2;
1377   /* homomorphic commitment to the peer's share,
1378    * public key share */
1379   gcry_mpi_t sigma;
1380   /* partial decryption we received */
1381   gcry_mpi_t w;
1382   /* ciphertext component #1 */
1383   gcry_mpi_t c1;
1384   /* temporary variable (for comparision) #1 */
1385   gcry_mpi_t tmp1;
1386   /* temporary variable (for comparision) #2 */
1387   gcry_mpi_t tmp2;
1388
1389   if (NULL == element)
1390   {
1391     GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_ERROR, "decryption failed\n");
1392     /* FIXME: destroy */
1393     return;
1394   }
1395
1396   if (element->size != sizeof *d)
1397   {
1398     GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_ERROR, "element of wrong size in decrypt consensus\n");
1399     return;
1400   }
1401
1402   d = element->data;
1403
1404   info = get_decrypt_peer_info (session, &d->peer);
1405   
1406   if (NULL == info)
1407   {
1408     GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_ERROR, "decrypt element from invalid peer (%s)\n",
1409                 GNUNET_i2s (&d->peer));
1410     return;
1411   }
1412
1413   if (NULL != info->partial_decryption)
1414   {
1415     GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_ERROR, "decrypt element duplicate\n",
1416                 GNUNET_i2s (&d->peer));
1417     return;
1418   }
1419
1420   if (0 != memcmp (&d->ciphertext, &session->ciphertext, sizeof (struct GNUNET_SECRETSHARING_Ciphertext)))
1421   {
1422     GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_WARNING, "P%u: got decrypt element with non-matching ciphertext from P%u\n",
1423                 (unsigned int) session->share->my_peer, (unsigned int) (info - session->info));
1424
1425     return;
1426   }
1427
1428
1429   GNUNET_CRYPTO_hash (offsetof (struct GNUNET_SECRETSHARING_DecryptData, ciphertext) + (char *) d,
1430                       offsetof (struct GNUNET_SECRETSHARING_DecryptData, nizk_response) - 
1431                           offsetof (struct GNUNET_SECRETSHARING_DecryptData, ciphertext),
1432                       &challenge_hash);
1433
1434   GNUNET_CRYPTO_mpi_scan_unsigned (&challenge, &challenge_hash,
1435                                    sizeof (struct GNUNET_HashCode));
1436
1437   GNUNET_CRYPTO_mpi_scan_unsigned (&sigma, &session->share->sigmas[info - session->info],
1438                                    sizeof (struct GNUNET_SECRETSHARING_FieldElement));
1439
1440   GNUNET_CRYPTO_mpi_scan_unsigned (&c1, session->ciphertext.c1_bits,
1441                                    sizeof (struct GNUNET_SECRETSHARING_FieldElement));
1442
1443   GNUNET_CRYPTO_mpi_scan_unsigned (&commit1, &d->nizk_commit1,
1444                                    sizeof (struct GNUNET_SECRETSHARING_FieldElement));
1445
1446   GNUNET_CRYPTO_mpi_scan_unsigned (&commit2, &d->nizk_commit2,
1447                                    sizeof (struct GNUNET_SECRETSHARING_FieldElement));
1448
1449   GNUNET_CRYPTO_mpi_scan_unsigned (&r, &d->nizk_response,
1450                                    sizeof (struct GNUNET_SECRETSHARING_FieldElement));
1451
1452   GNUNET_CRYPTO_mpi_scan_unsigned (&w, &d->partial_decryption,
1453                                    sizeof (struct GNUNET_SECRETSHARING_FieldElement));
1454
1455   GNUNET_assert (NULL != (tmp1 = gcry_mpi_new (0)));
1456   GNUNET_assert (NULL != (tmp2 = gcry_mpi_new (0)));
1457
1458   // tmp1 = g^r
1459   gcry_mpi_powm (tmp1, elgamal_g, r, elgamal_p);
1460
1461   // tmp2 = g^\beta * \sigma^challenge
1462   gcry_mpi_powm (tmp2, sigma, challenge, elgamal_p);
1463   gcry_mpi_mulm (tmp2, tmp2, commit1, elgamal_p);
1464
1465   if (0 != gcry_mpi_cmp (tmp1, tmp2))
1466   {
1467     char *tmp1_str;
1468     char *tmp2_str;
1469     tmp1_str = mpi_to_str (tmp1);
1470     tmp2_str = mpi_to_str (tmp2);
1471     GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_WARNING, "P%u: Received invalid partial decryption from P%u (eqn 1), expected %s got %s\n",
1472                 session->share->my_peer, info - session->info, tmp1_str, tmp2_str);
1473     GNUNET_free (tmp1_str);
1474     GNUNET_free (tmp2_str);
1475     // return;
1476   }
1477
1478
1479   gcry_mpi_powm (tmp1, c1, r, elgamal_p);
1480
1481   gcry_mpi_powm (tmp2, w, challenge, elgamal_p);
1482   gcry_mpi_mulm (tmp2, tmp2, commit2, elgamal_p);
1483
1484
1485   if (0 != gcry_mpi_cmp (tmp1, tmp2))
1486   {
1487     GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_WARNING, "P%u: Received invalid partial decryption from P%u (eqn 2)\n",
1488                 session->share->my_peer, info - session->info);
1489     // return;
1490   }
1491
1492
1493   GNUNET_CRYPTO_mpi_scan_unsigned (&info->partial_decryption, &d->partial_decryption,
1494                                    GNUNET_SECRETSHARING_ELGAMAL_BITS / 8);
1495 }
1496
1497
1498 static void
1499 insert_decrypt_element (struct DecryptSession *ds)
1500 {
1501   struct GNUNET_SECRETSHARING_DecryptData d;
1502   struct GNUNET_SET_Element element;
1503   /* our share */
1504   gcry_mpi_t s;
1505   /* partial decryption with our share */
1506   gcry_mpi_t w;
1507   /* first component of the elgamal ciphertext */
1508   gcry_mpi_t c1;
1509   /* nonce for dlog zkp */
1510   gcry_mpi_t beta;
1511   gcry_mpi_t tmp;
1512   gcry_mpi_t challenge;
1513   gcry_mpi_t sigma;
1514   struct GNUNET_HashCode challenge_hash;
1515
1516   /* make vagrind happy until we implement the real deal ... */
1517   memset (&d, 0, sizeof d);
1518
1519   GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "P%u: Inserting decrypt element\n",
1520               ds->share->my_peer);
1521
1522   GNUNET_assert (ds->share->my_peer < ds->share->num_peers);
1523
1524   GNUNET_CRYPTO_mpi_scan_unsigned (&c1, &ds->ciphertext.c1_bits,
1525                                    GNUNET_SECRETSHARING_ELGAMAL_BITS / 8);
1526   GNUNET_CRYPTO_mpi_scan_unsigned (&s, &ds->share->my_share,
1527                                    GNUNET_SECRETSHARING_ELGAMAL_BITS / 8);
1528   GNUNET_CRYPTO_mpi_scan_unsigned (&sigma, &ds->share->sigmas[ds->share->my_peer],
1529                                    GNUNET_SECRETSHARING_ELGAMAL_BITS / 8);
1530
1531   GNUNET_assert (NULL != (w = gcry_mpi_new (0)));
1532   GNUNET_assert (NULL != (beta = gcry_mpi_new (0)));
1533   GNUNET_assert (NULL != (tmp = gcry_mpi_new (0)));
1534
1535   // FIXME: unnecessary, remove once crypto works
1536   gcry_mpi_powm (tmp, elgamal_g, s, elgamal_p);
1537   if (0 != gcry_mpi_cmp (tmp, sigma))
1538   {
1539     char *sigma_str = mpi_to_str (sigma);
1540     char *tmp_str = mpi_to_str (tmp);
1541     char *s_str = mpi_to_str (s);
1542     GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_ERROR, "Share of P%u is invalid, ref sigma %s, "
1543                 "computed sigma %s, s %s\n",
1544                 ds->share->my_peer,
1545                 sigma_str, tmp_str, s_str);
1546     GNUNET_free (sigma_str);
1547     GNUNET_free (tmp_str);
1548     GNUNET_free (s_str);
1549   }
1550
1551   gcry_mpi_powm (w, c1, s, elgamal_p);
1552
1553   element.data = (void *) &d;
1554   element.size = sizeof (struct GNUNET_SECRETSHARING_DecryptData);
1555   element.type = 0;
1556
1557   d.ciphertext = ds->ciphertext;
1558   d.peer = my_peer;
1559   GNUNET_CRYPTO_mpi_print_unsigned (&d.partial_decryption, GNUNET_SECRETSHARING_ELGAMAL_BITS / 8, w);
1560
1561   // create the zero knowledge proof
1562   // randomly choose beta such that 0 < beta < q
1563   do 
1564   {
1565     gcry_mpi_randomize (beta, GNUNET_SECRETSHARING_ELGAMAL_BITS - 1, GCRY_WEAK_RANDOM);
1566   } while ((gcry_mpi_cmp_ui (beta, 0) == 0) || (gcry_mpi_cmp (beta, elgamal_q) >= 0));
1567   // tmp = g^beta
1568   gcry_mpi_powm (tmp, elgamal_g, beta, elgamal_p);
1569   GNUNET_CRYPTO_mpi_print_unsigned (&d.nizk_commit1, GNUNET_SECRETSHARING_ELGAMAL_BITS / 8, tmp);
1570   // tmp = (c_1)^beta
1571   gcry_mpi_powm (tmp, c1, beta, elgamal_p);
1572   GNUNET_CRYPTO_mpi_print_unsigned (&d.nizk_commit2, GNUNET_SECRETSHARING_ELGAMAL_BITS / 8, tmp);
1573
1574   // the challenge is the hash of everything up to the response
1575   GNUNET_CRYPTO_hash (offsetof (struct GNUNET_SECRETSHARING_DecryptData, ciphertext) + (char *) &d,
1576                       offsetof (struct GNUNET_SECRETSHARING_DecryptData, nizk_response) - 
1577                           offsetof (struct GNUNET_SECRETSHARING_DecryptData, ciphertext),
1578                       &challenge_hash);
1579
1580   GNUNET_CRYPTO_mpi_scan_unsigned (&challenge, &challenge_hash,
1581                                    sizeof (struct GNUNET_HashCode));
1582
1583   // compute the response in tmp,
1584   // tmp = (c * s + beta) mod q
1585   gcry_mpi_mulm (tmp, challenge, s, elgamal_q);
1586   gcry_mpi_addm (tmp, tmp, beta, elgamal_q);
1587
1588   GNUNET_CRYPTO_mpi_print_unsigned (&d.nizk_response, GNUNET_SECRETSHARING_ELGAMAL_BITS / 8, tmp);
1589
1590   d.purpose.size = htonl (element.size - offsetof (struct GNUNET_SECRETSHARING_DecryptData, purpose));
1591   d.purpose.purpose = htonl (GNUNET_SIGNATURE_PURPOSE_SECRETSHARING_DECRYPTION);
1592   
1593   GNUNET_CRYPTO_eddsa_sign (my_peer_private_key, &d.purpose, &d.signature);
1594
1595   GNUNET_CONSENSUS_insert (ds->consensus, &element, NULL, NULL);
1596   GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "P%u: Inserting decrypt element done!\n",
1597               ds->share->my_peer);
1598 }
1599
1600
1601 /**
1602  * Functions with this signature are called whenever a message is
1603  * received.
1604  *
1605  * @param cls closure
1606  * @param client identification of the client
1607  * @param message the actual message
1608  */
1609 static void handle_client_decrypt (void *cls,
1610                                    struct GNUNET_SERVER_Client *client,
1611                                    const struct GNUNET_MessageHeader
1612                                    *message)
1613 {
1614   const struct GNUNET_SECRETSHARING_DecryptRequestMessage *msg =
1615       (const void *) message;
1616   struct DecryptSession *ds;
1617   struct GNUNET_HashCode session_id;
1618   unsigned int i;
1619
1620   ds = GNUNET_new (struct DecryptSession);
1621   // FIXME: check if session already exists
1622   GNUNET_CONTAINER_DLL_insert (decrypt_sessions_head, decrypt_sessions_tail, ds);
1623   ds->client = client;
1624   ds->client_mq = GNUNET_MQ_queue_for_server_client (client);
1625   ds->start = GNUNET_TIME_absolute_ntoh (msg->start);
1626   ds->deadline = GNUNET_TIME_absolute_ntoh (msg->deadline);
1627   ds->ciphertext = msg->ciphertext;
1628
1629   ds->share = GNUNET_SECRETSHARING_share_read (&msg[1], ntohs (msg->header.size) - sizeof *msg, NULL);
1630   // FIXME: probably should be break rather than assert
1631   GNUNET_assert (NULL != ds->share);
1632
1633   // FIXME: this is probably sufficient, but kdf/hash with all values would be nicer ...
1634   GNUNET_CRYPTO_hash (&msg->ciphertext, sizeof (struct GNUNET_SECRETSHARING_Ciphertext), &session_id);
1635
1636   ds->consensus = GNUNET_CONSENSUS_create (cfg,
1637                                            ds->share->num_peers,
1638                                            ds->share->peers,
1639                                            &session_id,
1640                                            ds->start,
1641                                            ds->deadline,
1642                                            &decrypt_new_element,
1643                                            ds);
1644
1645
1646   ds->info = GNUNET_new_array (ds->share->num_peers, struct DecryptPeerInfo);
1647   for (i = 0; i < ds->share->num_peers; i++)
1648   {
1649     ds->info[i].peer = ds->share->peers[i];
1650     ds->info[i].original_index = ds->share->original_indices[i];
1651   }
1652
1653   insert_decrypt_element (ds);
1654
1655   GNUNET_CONSENSUS_conclude (ds->consensus, decrypt_conclude, ds);
1656
1657   GNUNET_SERVER_receive_done (client, GNUNET_OK);
1658
1659   GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_INFO, "decrypting with %u peers\n",
1660               ds->share->num_peers);
1661 }
1662
1663
1664 static void
1665 init_crypto_constants (void)
1666 {
1667   GNUNET_assert (0 == gcry_mpi_scan (&elgamal_q, GCRYMPI_FMT_HEX,
1668                                      GNUNET_SECRETSHARING_ELGAMAL_Q_HEX, 0, NULL));
1669   GNUNET_assert (0 == gcry_mpi_scan (&elgamal_p, GCRYMPI_FMT_HEX,
1670                                      GNUNET_SECRETSHARING_ELGAMAL_P_HEX, 0, NULL));
1671   GNUNET_assert (0 == gcry_mpi_scan (&elgamal_g, GCRYMPI_FMT_HEX,
1672                                      GNUNET_SECRETSHARING_ELGAMAL_G_HEX, 0, NULL));
1673 }
1674
1675
1676 static struct KeygenSession *
1677 keygen_session_get (struct GNUNET_SERVER_Client *client)
1678 {
1679   struct KeygenSession *ks;
1680   for (ks = keygen_sessions_head; NULL != ks; ks = ks->next)
1681     if (ks->client == client)
1682       return ks;
1683   return NULL;
1684 }
1685
1686 static struct DecryptSession *
1687 decrypt_session_get (struct GNUNET_SERVER_Client *client)
1688 {
1689   struct DecryptSession *ds;
1690   for (ds = decrypt_sessions_head; NULL != ds; ds = ds->next)
1691     if (ds->client == client)
1692       return ds;
1693   return NULL;
1694 }
1695
1696
1697 /**
1698  * Clean up after a client has disconnected
1699  *
1700  * @param cls closure, unused
1701  * @param client the client to clean up after
1702  */
1703 static void
1704 handle_client_disconnect (void *cls, struct GNUNET_SERVER_Client *client)
1705 {
1706   struct KeygenSession *ks;
1707   struct DecryptSession *ds;
1708
1709   GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_DEBUG, "handling client disconnect\n");
1710
1711   ks = keygen_session_get (client);
1712   if (NULL != ks)
1713     keygen_session_destroy (ks);
1714
1715   ds = decrypt_session_get (client);
1716   if (NULL != ds)
1717     decrypt_session_destroy (ds);
1718 }
1719
1720
1721 /**
1722  * Process template requests.
1723  *
1724  * @param cls closure
1725  * @param server the initialized server
1726  * @param c configuration to use
1727  */
1728 static void
1729 run (void *cls, struct GNUNET_SERVER_Handle *server,
1730      const struct GNUNET_CONFIGURATION_Handle *c)
1731 {
1732   static const struct GNUNET_SERVER_MessageHandler handlers[] = {
1733     {handle_client_keygen, NULL, GNUNET_MESSAGE_TYPE_SECRETSHARING_CLIENT_GENERATE, 0},
1734     {handle_client_decrypt, NULL, GNUNET_MESSAGE_TYPE_SECRETSHARING_CLIENT_DECRYPT, 0},
1735     {NULL, NULL, 0, 0}
1736   };
1737   cfg = c;
1738   srv = server;
1739   my_peer_private_key = GNUNET_CRYPTO_eddsa_key_create_from_configuration (c);
1740   if (NULL == my_peer_private_key)
1741   {
1742     GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_ERROR, "could not access host private key\n");
1743     GNUNET_break (0);
1744     GNUNET_SCHEDULER_shutdown ();
1745     return;
1746   }
1747   init_crypto_constants ();
1748   if (GNUNET_OK != GNUNET_CRYPTO_get_peer_identity (cfg, &my_peer))
1749   {
1750     GNUNET_log (GNUNET_ERROR_TYPE_ERROR, "could not retrieve host identity\n");
1751     GNUNET_break (0);
1752     GNUNET_SCHEDULER_shutdown ();
1753     return;
1754   }
1755   GNUNET_SERVER_add_handlers (server, handlers);
1756   GNUNET_SERVER_disconnect_notify (server, &handle_client_disconnect, NULL);
1757   GNUNET_SCHEDULER_add_delayed (GNUNET_TIME_UNIT_FOREVER_REL, &cleanup_task,
1758                                 NULL);
1759 }
1760
1761
1762 /**
1763  * The main function for the template service.
1764  *
1765  * @param argc number of arguments from the command line
1766  * @param argv command line arguments
1767  * @return 0 ok, 1 on error
1768  */
1769 int
1770 main (int argc, char *const *argv)
1771 {
1772   return (GNUNET_OK ==
1773           GNUNET_SERVICE_run (argc, argv, "secretsharing",
1774                               GNUNET_SERVICE_OPTION_NONE, &run, NULL)) ? 0 : 1;
1775 }
1776