chiark - git - mdw - catacomb/blob - progs/perftest.c

   1 /* -*-c-*-
   2  *
   3  * Measure performance of various operations (Unix-specific)
   4  *
   5  * (c) 2004 Straylight/Edgeware
   6  */
   7
   8 /*----- Licensing notice --------------------------------------------------*
   9  *
  10  * This file is part of Catacomb.
  11  *
  12  * Catacomb is free software; you can redistribute it and/or modify
  13  * it under the terms of the GNU Library General Public License as
  14  * published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
  15  * License, or (at your option) any later version.
  16  *
  17  * Catacomb is distributed in the hope that it will be useful,
  18  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  19  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  20  * GNU Library General Public License for more details.
  21  *
  22  * You should have received a copy of the GNU Library General Public
  23  * License along with Catacomb; if not, write to the Free
  24  * Software Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston,
  25  * MA 02111-1307, USA.
  26  */
  27
  28 /*----- Header files ------------------------------------------------------*/
  29
  30 #define _FILE_OFFSET_BITS 64
  31
  32 #include "config.h"
  33
  34 #include <errno.h>
  35 #include <limits.h>
  36 #include <math.h>
  37 #include <stdio.h>
  38 #include <string.h>
  39 #include <stdlib.h>
  40 #include <time.h>
  41
  42 #include <sys/types.h>
  43 #include <sys/time.h>
  44 #include <unistd.h>
  45
  46 #include <mLib/alloc.h>
  47 #include <mLib/dstr.h>
  48 #include <mLib/mdwopt.h>
  49 #include <mLib/quis.h>
  50 #include <mLib/report.h>
  51 #include <mLib/sub.h>
  52 #include <mLib/tv.h>
  53
  54 #include "rand.h"
  55 #include "mp.h"
  56 #include "mprand.h"
  57 #include "fibrand.h"
  58 #include "rsa.h"
  59 #include "mpmont.h"
  60 #include "mpbarrett.h"
  61 #include "dh.h"
  62 #include "pgen.h"
  63 #include "ec.h"
  64 #include "group.h"
  65
  66 #include "cc.h"
  67 #include "gcipher.h"
  68 #include "ghash.h"
  69 #include "gmac.h"
  70 #include "ectab.h"
  71 #include "ptab.h"
  72
  73 /*----- Options -----------------------------------------------------------*/
  74
  75 typedef struct opts {
  76   const char *name;                     /* Pre-configured named thing */
  77   unsigned fbits;                       /* Field size bits */
  78   unsigned gbits;                       /* Group size bits */
  79   unsigned n;                           /* Number of factors */
  80   unsigned i;                           /* Number of intervals (or zero) */
  81   double t;                             /* Time for each interval (secs) */
  82   unsigned f;                           /* Flags */
  83 #define OF_NOCHECK 1u                   /*   Don't do group checking */
  84 } opts;
  85
  86 /*----- Job switch --------------------------------------------------------*/
  87
  88 /* --- Barrett exponentiation --- */
  89
  90 typedef struct bar_ctx {
  91   size_t n;
  92   mpbarrett b;
  93   mp_expfactor *e;
  94 } bar_ctx;
  95
  96 static void *bar_init(opts *o)
  97 {
  98   bar_ctx *c = CREATE(bar_ctx);
  99   gprime_param gp;
 100   qd_parse qd;
 101   size_t i;
 102
 103   if (o->name) {
 104     qd.p = o->name;
 105     if (dh_parse(&qd, &gp))
 106       die(1, "bad prime group: %s", qd.e);
 107   } else {
 108     if (!o->fbits) o->fbits = 1024;
 109     dh_gen(&gp, o->gbits, o->fbits, 0, &rand_global, pgen_evspin, 0);
 110   }
 111   mpbarrett_create(&c->b, gp.p);
 112   if (!o->n) o->n = 1;
 113   c->n = o->n;
 114   c->e = xmalloc(c->n * sizeof(group_expfactor));
 115   for (i = 0; i < c->n; i++) {
 116     c->e[i].base = mprand_range(MP_NEW, gp.p, &rand_global, 0);
 117     c->e[i].exp = mprand_range(MP_NEW, gp.q, &rand_global, 0);
 118   }
 119   dh_paramfree(&gp);
 120   return (c);
 121 }
 122
 123 static void bar_run(void *cc)
 124 {
 125   bar_ctx *c = cc;
 126   mp *d = mpbarrett_exp(&c->b, MP_NEW, c->e[0].base, c->e[0].exp);
 127   MP_DROP(d);
 128 }
 129
 130 static void barsim_run(void *cc)
 131 {
 132   bar_ctx *c = cc;
 133   mp *d = mpbarrett_mexp(&c->b, MP_NEW, c->e, c->n);
 134   MP_DROP(d);
 135 }
 136
 137 /* --- Montgomery exponentiation --- */
 138
 139 typedef struct mont_ctx {
 140   size_t n;
 141   mpmont m;
 142   mp_expfactor *e;
 143 } mont_ctx;
 144
 145 static void *mont_init(opts *o)
 146 {
 147   mont_ctx *c = CREATE(mont_ctx);
 148   gprime_param gp;
 149   qd_parse qd;
 150   size_t i;
 151
 152   if (o->name) {
 153     qd.p = o->name;
 154     if (dh_parse(&qd, &gp))
 155       die(1, "bad prime group: %s", qd.e);
 156   } else {
 157     if (!o->fbits) o->fbits = 1024;
 158     dh_gen(&gp, o->gbits, o->fbits, 0, &rand_global, pgen_evspin, 0);
 159   }
 160   mpmont_create(&c->m, gp.p);
 161   if (!o->n) o->n = 1;
 162   c->n = o->n;
 163   c->e = xmalloc(c->n * sizeof(mp_expfactor));
 164   for (i = 0; i < c->n; i++) {
 165     c->e[i].base = mprand_range(MP_NEW, gp.p, &rand_global, 0);
 166     c->e[i].exp = mprand_range(MP_NEW, gp.q, &rand_global, 0);
 167   }
 168   dh_paramfree(&gp);
 169   return (c);
 170 }
 171
 172 static void mont_run(void *cc)
 173 {
 174   mont_ctx *c = cc;
 175   mp *d = mpmont_expr(&c->m, MP_NEW, c->e[0].base, c->e[0].exp);
 176   MP_DROP(d);
 177 }
 178
 179 static void montsim_run(void *cc)
 180 {
 181   mont_ctx *c = cc;
 182   mp *d = mpmont_mexpr(&c->m, MP_NEW, c->e, c->n);
 183   MP_DROP(d);
 184 }
 185
 186 /* --- Group exponentiation --- */
 187
 188 typedef struct gr_ctx {
 189   size_t n;
 190   group *g;
 191   group_expfactor *e;
 192 } gr_ctx;
 193
 194 static void *grp_init(opts *o)
 195 {
 196   gr_ctx *c = CREATE(gr_ctx);
 197   const char *e;
 198   gprime_param gp;
 199   qd_parse qd;
 200   size_t i;
 201
 202   if (o->name) {
 203     qd.p = o->name;
 204     if (dh_parse(&qd, &gp))
 205       die(1, "bad prime group: %s", qd.e);
 206   } else {
 207     if (!o->fbits) o->fbits = 1024;
 208     dh_gen(&gp, o->gbits, o->fbits, 0, &rand_global, pgen_evspin, 0);
 209   }
 210   c->g = group_prime(&gp);
 211   if (!(o->f & OF_NOCHECK) && (e = G_CHECK(c->g, &rand_global)) != 0)
 212     die(1, "bad group: %s", e);
 213   if (!o->n) o->n = 1;
 214   c->n = o->n;
 215   c->e = xmalloc(c->n * sizeof(group_expfactor));
 216   for (i = 0; i < c->n; i++) {
 217     c->e[i].base = G_CREATE(c->g);
 218     G_FROMINT(c->g, c->e[i].base,
 219               mprand_range(MP_NEW, gp.p, &rand_global, 0));
 220     c->e[i].exp = mprand_range(MP_NEW, gp.q, &rand_global, 0);
 221   }
 222   dh_paramfree(&gp);
 223   return (c);
 224 }
 225
 226 static void *grec_init(opts *o)
 227 {
 228   gr_ctx *c = CREATE(gr_ctx);
 229   const char *e;
 230   ec_info ei;
 231   ec p = EC_INIT;
 232   size_t i;
 233
 234   if (!o->name)
 235     die(1, "can't generate elliptic curves");
 236   if ((e = ec_getinfo(&ei, o->name)) != 0)
 237     die(1, "bad curve: %s", e);
 238   c->g = group_ec(&ei);
 239   if (!(o->f & OF_NOCHECK) && (e = G_CHECK(c->g, &rand_global)) != 0)
 240     die(1, "bad group: %s", e);
 241   if (!o->n) o->n = 1;
 242   c->n = o->n;
 243   c->e = xmalloc(c->n * sizeof(group_expfactor));
 244   for (i = 0; i < c->n; i++) {
 245     c->e[i].base = G_CREATE(c->g);
 246     ec_rand(ei.c, &p, &rand_global);
 247     G_FROMEC(c->g, c->e[i].base, &p);
 248     c->e[i].exp = mprand_range(MP_NEW, ei.r, &rand_global, 0);
 249   }
 250   EC_DESTROY(&p);
 251   return (c);
 252 }
 253
 254 static void gr_run(void *cc)
 255 {
 256   gr_ctx *c = cc;
 257   ge *x = G_CREATE(c->g);
 258   G_EXP(c->g, x, c->e[0].base, c->e[0].exp);
 259   G_DESTROY(c->g, x);
 260 }
 261
 262 static void grsim_run(void *cc)
 263 {
 264   gr_ctx *c = cc;
 265   ge *x = G_CREATE(c->g);
 266   G_MEXP(c->g, x, c->e, c->n);
 267   G_DESTROY(c->g, x);
 268 }
 269
 270 /* --- RSA --- */
 271
 272 typedef struct rsapriv_ctx {
 273   rsa_priv rp;
 274   rsa_privctx rpc;
 275   mp *m;
 276 } rsapriv_ctx;
 277
 278 static void *rsapriv_init(opts *o)
 279 {
 280   rsapriv_ctx *c = CREATE(rsapriv_ctx);
 281
 282   if (!o->fbits) o->fbits = 1024;
 283   rsa_gen(&c->rp, o->fbits, &rand_global, 0, pgen_evspin, 0);
 284   rsa_privcreate(&c->rpc, &c->rp, 0);
 285   c->m = mprand_range(MP_NEW, c->rp.n, &rand_global, 0);
 286   return (c);
 287 }
 288
 289 static void *rsaprivblind_init(opts *o)
 290 {
 291   rsapriv_ctx *c = CREATE(rsapriv_ctx);
 292
 293   if (!o->fbits) o->fbits = 1024;
 294   rsa_gen(&c->rp, o->fbits, &rand_global, 0, pgen_evspin, 0);
 295   rsa_privcreate(&c->rpc, &c->rp, fibrand_create(0));
 296   c->m = mprand_range(MP_NEW, c->rp.n, &rand_global, 0);
 297   return (c);
 298 }
 299
 300 static void rsapriv_run(void *cc)
 301 {
 302   rsapriv_ctx *c = cc;
 303   mp *d = rsa_privop(&c->rpc, MP_NEW, c->m);
 304   MP_DROP(d);
 305 }
 306
 307 typedef struct rsapub_ctx {
 308   rsa_pub rp;
 309   rsa_pubctx rpc;
 310   mp *m;
 311 } rsapub_ctx;
 312
 313 static void *rsapub_init(opts *o)
 314 {
 315   rsapub_ctx *c = CREATE(rsapub_ctx);
 316   rsa_priv rp;
 317
 318   if (!o->fbits) o->fbits = 1024;
 319   rsa_gen(&rp, o->fbits, &rand_global, 0, pgen_evspin, 0);
 320   c->rp.n = MP_COPY(rp.n);
 321   c->rp.e = MP_COPY(rp.e);
 322   rsa_privfree(&rp);
 323   rsa_pubcreate(&c->rpc, &c->rp);
 324   c->m = mprand_range(MP_NEW, c->rp.n, &rand_global, 0);
 325   return (c);
 326 }
 327
 328 static void rsapub_run(void *cc)
 329 {
 330   rsapub_ctx *c = cc;
 331   mp *d = rsa_pubop(&c->rpc, MP_NEW, c->m);
 332   MP_DROP(d);
 333 }
 334
 335 /* --- Symmetric encryption --- */
 336
 337 typedef struct ksched_ctx {
 338   const gccipher *c;
 339   octet *k;
 340   size_t ksz;
 341 } ksched_ctx;
 342
 343 static void *ksched_init(opts *o)
 344 {
 345   ksched_ctx *c = CREATE(ksched_ctx);
 346   if (!o->name)
 347     die(1, "must specify encryption scheme name");
 348   if ((c->c = gcipher_byname(o->name)) == 0)
 349     die(1, "encryption scheme `%s' not known", o->name);
 350   c->ksz = keysz(o->gbits/8, c->c->keysz);
 351   c->k = xmalloc(c->ksz);
 352   rand_get(RAND_GLOBAL, c->k, c->ksz);
 353   return (c);
 354 }
 355
 356 static void ksched_run(void *cc)
 357 {
 358   ksched_ctx *c = cc;
 359   gcipher *gc = GC_INIT(c->c, c->k, c->ksz);
 360   GC_DESTROY(gc);
 361 }
 362
 363 typedef struct enc_ctx {
 364   gcipher *c;
 365   octet *m;
 366   size_t sz;
 367   size_t n;
 368 } enc_ctx;
 369
 370 static void *enc_init(opts *o)
 371 {
 372   enc_ctx *c = CREATE(enc_ctx);
 373   const gccipher *cc;
 374   size_t ksz;
 375   octet *k;
 376   if (!o->name)
 377     die(1, "must specify encryption scheme name");
 378   if ((cc = gcipher_byname(o->name)) == 0)
 379     die(1, "encryption scheme `%s' not known", o->name);
 380   ksz = keysz(0, cc->keysz);
 381   k = xmalloc(ksz);
 382   rand_get(RAND_GLOBAL, k, ksz);
 383   c->c = GC_INIT(cc, k, ksz);
 384   xfree(k);
 385   c->sz = o->gbits ? o->gbits : 65536;
 386   c->n = o->n ? o->n : 16;
 387   c->m = xmalloc(c->sz);
 388   return (c);
 389 }
 390
 391 static void enc_run(void *cc)
 392 {
 393   enc_ctx *c = cc;
 394   size_t i;
 395   for (i = 0; i < c->n; i++)
 396     GC_ENCRYPT(c->c, c->m, c->m, c->sz);
 397 }
 398
 399 /* --- Hashing --- */
 400
 401 typedef struct hash_ctx {
 402   const gchash *h;
 403   octet *m;
 404   size_t sz;
 405   size_t n;
 406 } hash_ctx;
 407
 408 static void *hash_init(opts *o)
 409 {
 410   hash_ctx *c = CREATE(hash_ctx);
 411   if (!o->name)
 412     die(1, "must specify hash function name");
 413   if ((c->h = ghash_byname(o->name)) == 0)
 414     die(1, "hash function `%s' not known", o->name);
 415   c->sz = o->gbits ? o->gbits : 65536;
 416   c->n = o->n ? o->n : 16;
 417   c->m = xmalloc(c->sz);
 418   return (c);
 419 }
 420
 421 static void hash_run(void *cc)
 422 {
 423   hash_ctx *c = cc;
 424   size_t i;
 425   ghash *h = GH_INIT(c->h);
 426   for (i = 0; i < c->n; i++)
 427     GH_HASH(h, c->m, c->sz);
 428   GH_DONE(h, 0);
 429   GH_DESTROY(h);
 430 }
 431
 432 /* --- Job table --- */
 433
 434 typedef struct jobops {
 435   const char *name;
 436   void *(*init)(opts *);
 437   void (*run)(void *);
 438 } jobops;
 439
 440 static const jobops jobtab[] = {
 441   { "g-prime-exp",              grp_init,               gr_run },
 442   { "g-ec-mul",                 grec_init,              gr_run },
 443   { "g-prime-exp-sim",          grp_init,               grsim_run },
 444   { "g-ec-mul-sim",             grec_init,              grsim_run },
 445   { "barrett-exp",              bar_init,               bar_run },
 446   { "barrett-exp-sim",          bar_init,               barsim_run },
 447   { "mont-exp",                 mont_init,              mont_run },
 448   { "mont-exp-sim",             mont_init,              montsim_run },
 449   { "rsa-priv",                 rsapriv_init,           rsapriv_run },
 450   { "rsa-priv-blind",           rsaprivblind_init,      rsapriv_run },
 451   { "rsa-pub",                  rsapub_init,            rsapub_run },
 452   { "ksched",                   ksched_init,            ksched_run },
 453   { "enc",                      enc_init,               enc_run },
 454   { "hash",                     hash_init,              hash_run },
 455   { 0,                          0,                      0 }
 456 };
 457
 458 /*----- Main code ---------------------------------------------------------*/
 459
 460 void version(FILE *fp)
 461 {
 462   pquis(fp, "$, Catacomb " VERSION "\n");
 463 }
 464
 465 static void usage(FILE *fp)
 466 {
 467   pquis(fp, "Usage: $ [-options] job\n");
 468 }
 469
 470 static void help(FILE *fp)
 471 {
 472   version(fp);
 473   putc('\n', fp);
 474   usage(fp);
 475   pquis(fp, "\n\
 476 Various performance tests.\n\
 477 \n\
 478 Options:\n\
 479 \n\
 480 -h, --help              Show this help text.\n\
 481 -v, --version           Show program version number.\n\
 482 -u, --usage             Show terse usage message.\n\
 483 -l, --list [ITEM...]    List all the various names of things.\n\
 484 \n\
 485 -C, --name=NAME         Select curve/DH-group/enc/hash name.\n\
 486 -b, --field-bits        Field size for g-prime and rsa.\n\
 487 -q, --no-check          Don't check field/group for validity.\n\
 488 -B, --group-bits        Group size for g-prime; key size for ksched;\n\
 489                           data size for enc and hash.\n\
 490 -n, --factors=COUNT     Number of factors for {exp,mul}-sim.\n\
 491 -i, --intervals=COUNT   Number of intervals to run for.  [0; forever]\n\
 492 -t, --time=TIME         Length of an interval in seconds.  [1]\n\
 493 ");
 494 }
 495
 496 #define LISTS(LI)                                                       \
 497   LI("Lists", list,                                                     \
 498      listtab[i].name, listtab[i].name)                                  \
 499   LI("Jobs", job,                                                       \
 500      jobtab[i].name, jobtab[i].name)                                    \
 501   LI("Elliptic curves", ec,                                             \
 502      ectab[i].name, ectab[i].name)                                      \
 503   LI("Diffie-Hellman groups", dh,                                       \
 504      ptab[i].name, ptab[i].name)                                        \
 505   LI("Encryption algorithms", cipher,                                   \
 506      gciphertab[i], gciphertab[i]->name)                                \
 507   LI("Hash functions", hash,                                            \
 508      ghashtab[i], ghashtab[i]->name)
 509
 510 MAKELISTTAB(listtab, LISTS)
 511
 512 static unsigned uarg(const char *what, const char *p)
 513 {
 514   char *q;
 515   unsigned long u;
 516   errno = 0;
 517   u = strtoul(p, &q, 0);
 518   if (*q || u > UINT_MAX || q == p || errno)
 519     die(1, "bad %s `%s'", what, p);
 520   return (u);
 521 }
 522
 523 static double farg(const char *what, const char *p)
 524 {
 525   char *q;
 526   double f;
 527   errno = 0;
 528   f = strtod(p, &q);
 529   if (*q || q == p || errno)
 530     die(1, "bad %s `%s'", what, p);
 531   return (f);
 532 }
 533
 534 int main(int argc, char *argv[])
 535 {
 536   int i;
 537   opts o = { 0 };
 538   const jobops *j;
 539   struct timeval tv_next, tv_now;
 540   double t, ttot;
 541   unsigned n;
 542   unsigned long ii;
 543   clock_t c_start, c_stop;
 544   double itot;
 545   void *p;
 546
 547   ego(argv[0]);
 548   o.t = 1;
 549   for (;;) {
 550     static const struct option opts[] = {
 551       { "help",         0,              0,      'h' },
 552       { "version",      0,              0,      'v' },
 553       { "usage",        0,              0,      'u' },
 554       { "list",         0,              0,      'l' },
 555       { "name",         OPTF_ARGREQ,    0,      'C' },
 556       { "field-bits",   OPTF_ARGREQ,    0,      'b' },
 557       { "group-bits",   OPTF_ARGREQ,    0,      'B' },
 558       { "factors",      OPTF_ARGREQ,    0,      'n' },
 559       { "intervals",    OPTF_ARGREQ,    0,      'i' },
 560       { "time",         OPTF_ARGREQ,    0,      't' },
 561       { "no-check",     0,              0,      'q' },
 562       { 0,              0,              0,      0 }
 563     };
 564
 565     i = mdwopt(argc, argv, "hvulC:b:B:n:i:t:q", opts, 0, 0, 0);
 566     if (i < 0) break;
 567     switch (i) {
 568       case 'h': help(stdout); exit(0);
 569       case 'v': version(stdout); exit(0);
 570       case 'u': usage(stdout); exit(0);
 571       case 'l': exit(displaylists(listtab, argv + optind));
 572       case 'C': o.name = optarg; break;
 573       case 'b': o.fbits = uarg("field bits", optarg); break;
 574       case 'B': o.gbits = uarg("subgroup bits", optarg); break;
 575       case 'n': o.n = uarg("factor count", optarg); break;
 576       case 'i': o.i = uarg("interval count", optarg); break;
 577       case 't': o.t = farg("interval length", optarg); break;
 578       case 'q': o.f |= OF_NOCHECK; break;
 579       default: usage(stderr); exit(1);
 580     }
 581   }
 582   if (optind + 1 != argc) { usage(stderr); exit(1); }
 583
 584   for (j = jobtab; j->name; j++)
 585     if (strcmp(j->name, argv[optind]) == 0) break;
 586   if (!j->name) die(1, "unknown job type `%s'", argv[optind]);
 587   p = j->init(&o);
 588
 589   n = 0;
 590   ttot = itot =  0;
 591   gettimeofday(&tv_now, 0);
 592   do {
 593     tv_addl(&tv_next, &tv_now, o.t, fmod(o.t * MILLION, MILLION));
 594     ii = 0;
 595     c_start = clock();
 596     do {
 597       j->run(p);
 598       ii++;
 599       gettimeofday(&tv_now, 0);
 600     } while (TV_CMP(&tv_now, <, &tv_next));
 601     c_stop = clock();
 602     t = (double)(c_stop - c_start)/CLOCKS_PER_SEC;
 603     itot += ii;
 604     ttot += t;
 605     printf("%5u: did = %5lu; /sec = %5f; avg /sec = %5f\n",
 606            n, ii, ii/t, itot/ttot);
 607     fflush(stdout);
 608     n++;
 609   } while (!o.i || n < o.i);
 610
 611   return (0);
 612 }
 613
 614 /*----- That's all, folks -------------------------------------------------*/