【PHP8.x】sodium_crypto_core_ristretto255_scalar_negate()関数の使い方

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1<?php
2
3/**
4 * Ristretto255 スカラーの符号を反転させる (negate) 方法を示します。
5 *
6 * この関数は、Ristretto255 楕円曲線暗号で用いられるスカラー値の符号を反転させる
7 * `sodium_crypto_core_ristretto255_scalar_negate` の基本的な使い方を実演します。
8 * スカラーの符号反転は、暗号学的な減算操作（例: `A - B` は `A + (-B)` として計算可能）
9 * の基礎となる重要な操作です。
10 */
11function demonstrateRistretto255ScalarNegation(): void
12{
13    // ランダムな Ristretto255 スカラー (32バイトのバイナリ文字列) を生成します。
14    $scalarA = sodium_crypto_core_ristretto255_scalar_random();
15    echo "元のスカラー (Hex): " . bin2hex($scalarA) . PHP_EOL;
16
17    // スカラーの符号を反転させます (negate)。
18    // これは、有限体上での -scalarA を計算します。
19    $negatedScalarA = sodium_crypto_core_ristretto255_scalar_negate($scalarA);
20    echo "符号反転後のスカラー (Hex): " . bin2hex($negatedScalarA) . PHP_EOL;
21
22    // 符号反転が正しく行われたことを検証します。
23    // 元のスカラーと符号反転後のスカラーを足すと、ゼロスカラーになるはずです。
24    $zeroScalar = sodium_crypto_core_ristretto255_scalar_zero();
25    $sum = sodium_crypto_core_ristretto255_scalar_add($scalarA, $negatedScalarA);
26
27    echo "元スカラーと符号反転スカラーの合計 (Hex): " . bin2hex($sum) . PHP_EOL;
28    echo "ゼロスカラー (Hex): " . bin2hex($zeroScalar) . PHP_EOL;
29
30    if (hash_equals($sum, $zeroScalar)) {
31        echo "検証成功: 元のスカラーと符号反転スカラーの合計はゼロスカラーに等しいです。" . PHP_EOL;
32    } else {
33        echo "検証失敗: 合計がゼロスカラーと一致しません。" . PHP_EOL;
34    }
35
36    // キーワード 'crypto_core_ristretto255_sub' についての補足:
37    // Ristretto255 スカラーの直接的な減算関数 (例: sodium_crypto_core_ristretto255_scalar_sub)
38    // は存在しませんが、減算 (例: 'a - b') は、'b' を符号反転させてから 'a' に加算することで
39    // 実行できます (すなわち 'a + (-b)')。この例は、'negate' が減算の構成要素であることを示しています。
40}
41
42// Sodium 拡張がロードされていることを確認します。
43if (!extension_loaded('sodium')) {
44    echo "エラー: 'sodium' 拡張がロードされていません。PHPの設定を確認してください。" . PHP_EOL;
45    exit(1);
46}
47
48// デモンストレーション関数を実行します。
49demonstrateRistretto255ScalarNegation();

PHP 8のsodium_crypto_core_ristretto255_scalar_negate関数は、Ristretto255楕円曲線暗号で使用されるスカラー値の符号を反転させるために利用されます。スカラーとは、暗号計算で用いられる特別な数値のことで、この関数は与えられたスカラーの「負」の値を計算する役割を果たします。

引数 $s には、符号を反転させたい元のスカラー値をバイナリ文字列として渡します。関数は処理後、符号が反転された新しいスカラー値をバイナリ文字列として返します。

サンプルコードでは、まずランダムなスカラーを生成し、そのスカラーをsodium_crypto_core_ristretto255_scalar_negate関数に渡して符号を反転させています。その後、元のスカラーと符号反転後のスカラーを足し合わせると、結果がゼロスカラーになることを確認し、符号反転が正しく行われたことを検証しています。

この符号反転操作は、暗号学的な減算（例えばA - B）を実行する上で非常に重要です。Ristretto255スカラーに直接的な減算関数（キーワードで触れられているcrypto_core_ristretto255_subのような機能）は存在しませんが、A - Bという計算はA + (-B)として実現できます。ここで(-B)の部分をこのnegate関数で計算することで、減算を実現しているのです。このように、本関数はより複雑な暗号演算の基礎となる要素として活用されます。

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1<?php
2
3/**
4 * Ristretto255スカラーの否定操作をデモンストレーションします。
5 *
6 * この関数は、`sodium_crypto_core_ristretto255_scalar_negate` 関数を用いて、
7 * Ristretto255曲線におけるスカラーの否定（モジュロ演算による符号反転）を示します。
8 * `string $s` を引数に取り、`-s mod L` (LはRistretto255曲線の位数) に相当する
9 * 32バイトのバイナリ文字列を返します。
10 *
11 * キーワード `crypto_core_ristretto255_scalar_reduce` との関連性を示すため、
12 * 否定されたスカラーが既に正規化された形式であることを `sodium_crypto_core_ristretto255_scalar_reduce`
13 * 関数を用いて検証します。`reduce` 関数はスカラーを `s mod L` の形式に正規化します。
14 */
15function demonstrateRistretto255ScalarNegation(): void
16{
17    // PHP Sodium 拡張が利用可能かを確認します。
18    if (!extension_loaded('sodium')) {
19        echo "エラー: PHP Sodium 拡張がロードされていません。このスクリプトは動作しません。\n";
20        return;
21    }
22
23    echo "Ristretto255 スカラーの否定と正規化のデモンストレーション\n\n";
24
25    // 暗号学的に安全なランダムなRistretto255スカラーを生成します。
26    // スカラーは、暗号学的な演算で使用される特別な整数（ここでは32バイトのバイナリ文字列）です。
27    $originalScalar = sodium_crypto_core_ristretto255_scalar_random();
28    echo "元のスカラー (Hex): " . bin2hex($originalScalar) . "\n";
29
30    // 生成したスカラーを否定します。これは -s mod L を計算する操作です。
31    $negatedScalar = sodium_crypto_core_ristretto255_scalar_negate($originalScalar);
32    echo "否定されたスカラー (Hex): " . bin2hex($negatedScalar) . "\n";
33
34    // キーワードに関連する `reduce` 関数を使用して、
35    // 否定されたスカラーが既に正規化されていることを確認します。
36    // `sodium_crypto_core_ristretto255_scalar_reduce` はスカラーを位数 L を法として正規化する関数です。
37    // `negate` 関数は結果を正規化された形式で返すため、`reduce` を適用しても通常は値が変化しません。
38    $reducedNegatedScalar = sodium_crypto_core_ristretto255_scalar_reduce($negatedScalar);
39    echo "否定されたスカラーを reduce (正規化) 後 (Hex): " . bin2hex($reducedNegatedScalar) . "\n";
40
41    if ($negatedScalar === $reducedNegatedScalar) {
42        echo "\n検証結果: 否定されたスカラーは既に正規化された形式であり、`reduce` 関数を適用しても変化しませんでした。\n";
43    } else {
44        // このパスは通常実行されません。
45        echo "\n検証結果: 予期せぬエラー - 否定されたスカラーが `reduce` 関数適用後に変化しました。\n";
46    }
47}
48
49// デモンストレーション関数を実行します。
50demonstrateRistretto255ScalarNegation();

sodium_crypto_core_ristretto255_scalar_negate 関数は、PHPのSodium拡張機能の一つで、Ristretto255曲線上のスカラーの否定演算を行います。引数 $s には、否定したい32バイトのRistretto255スカラー（暗号学的な特別な整数）をバイナリ文字列で指定します。この関数は、スカラー $s をRistretto255曲線の位数Lでモジュロ演算により否定（-s mod L に相当する符号反転）した結果を32バイトのバイナリ文字列で返します。

サンプルコードでは、まずランダムなスカラーを生成し、本関数で否定しています。その後、キーワードである sodium_crypto_core_ristretto255_scalar_reduce 関数を使い、否定されたスカラーが正規化されていることを検証します。reduce 関数はスカラーを特定の範囲に正規化しますが、negate 関数の戻り値は常に正規化された形式のため、通常、reduce を適用しても値は変化しません。これは関数の正確な挙動を示すものです。