Ring项目中P-384和P-521曲线算法的Rust化改造

在密码学库Ring的开发过程中，团队正在推进一个重要技术改进：将P-384和P-521椭圆曲线算法的高层C代码逐步迁移到Rust实现。这项工作不仅涉及语言层面的转换，更包含算法优化和代码架构的重新设计。

背景与目标

P-384和P-521是美国国家标准与技术研究院(NIST)定义的两种椭圆曲线，广泛应用于TLS等安全协议中。Ring库原先使用C语言实现这些曲线的核心运算，现在计划将其逐步迁移到Rust，以获得更好的内存安全性、更现代的代码维护性以及Rust生态系统带来的优势。

分阶段迁移策略

项目采用渐进式迁移方案，确保每个阶段都能独立验证正确性和性能：

第一阶段：点乘运算Rust化

首先将p384_point_mul和nistz384_point_mul函数转换为Rust实现，但仍保留对底层C函数的调用。这包括：

• 保留C实现的点加(point_add)和点倍(point_double)运算
• 保留C实现的位操作函数如wvalue计算、booth_recode等
• 保持p384_point_select_w5等选择函数的C实现

这种保守策略确保核心算法逻辑先迁移到Rust，同时依赖经过验证的底层C实现，降低初期风险。

第二阶段：点倍运算迁移

在确认第一阶段稳定后，将nistz384_point_double函数完全转换为Rust实现。点倍运算是椭圆曲线运算的基础操作之一，其Rust化将为后续工作奠定基础。

第三阶段：点加运算优化迁移

nistz384_point_add函数的迁移将采用更激进的方案：

• 不直接翻译现有C代码
• 采用BoringSSL使用的无分支(branch-free)点加算法
• 保留C实现的常数时间原语(如is_zero、copy_conditional等)
• 保留C实现的域算术运算

BoringSSL的算法具有更少的域算术操作，不仅简化Rust实现，也为后续性能优化创造条件。

第四阶段：域算术运算封装

将elem_mul_mont、elem_sub等域算术运算先实现为Rust对C函数的封装层。随着这些封装完成，可以移除prefixed_export!宏，因为C代码将不再需要调用Rust实现的bn_mul_mont。

P-521曲线的并行改造

相同的迁移策略将同步应用于P-521曲线。技术团队需要考虑如何在P-384和P-521实现之间共享代码，可能的方案包括：

• 使用泛型编程抽象公共算法
• 为不同曲线参数化设计统一接口
• 提取公共数学运算为独立模块

未来展望

完成上述迁移后，项目计划进一步将limbs.*的底层实现完全Rust化。这需要：

• 开发更完善的时间侧信道防护基础设施
• 建立CI中的时间侧信道检测机制
• 设计安全的Rust原生大数运算实现

这种分层渐进的技术改造策略，既保证了迁移过程的安全性，又为未来性能优化和代码简化创造了条件。通过将密码学核心算法逐步迁移到Rust，Ring项目将获得更好的安全性、可维护性和性能优化空间。