[BACK]Return to rijndael.c CVS log [TXT][DIR] Up to [local] / src / usr.bin / ssh

Annotation of src/usr.bin/ssh/rijndael.c, Revision 1.2.2.4

1.2.2.1   jason       1: /*     $OpenBSD: rijndael.c,v 1.7 2001/02/04 15:32:24 stevesk Exp $    */
1.1       markus      2:
                      3: /* This is an independent implementation of the encryption algorithm:   */
                      4: /*                                                                      */
                      5: /*         RIJNDAEL by Joan Daemen and Vincent Rijmen                   */
                      6: /*                                                                      */
                      7: /* which is a candidate algorithm in the Advanced Encryption Standard   */
                      8: /* programme of the US National Institute of Standards and Technology.  */
                      9: /*                                                                      */
                     10: /* Copyright in this implementation is held by Dr B R Gladman but I     */
                     11: /* hereby give permission for its free direct or derivative use subject */
                     12: /* to acknowledgment of its origin and compliance with any conditions   */
                     13: /* that the originators of the algorithm place on its exploitation.     */
                     14: /*                                                                      */
                     15: /* Dr Brian Gladman (gladman@seven77.demon.co.uk) 14th January 1999     */
                     16:
                     17: /* Timing data for Rijndael (rijndael.c)
                     18:
                     19: Algorithm: rijndael (rijndael.c)
                     20:
                     21: 128 bit key:
                     22: Key Setup:    305/1389 cycles (encrypt/decrypt)
                     23: Encrypt:       374 cycles =    68.4 mbits/sec
                     24: Decrypt:       352 cycles =    72.7 mbits/sec
                     25: Mean:          363 cycles =    70.5 mbits/sec
                     26:
                     27: 192 bit key:
                     28: Key Setup:    277/1595 cycles (encrypt/decrypt)
                     29: Encrypt:       439 cycles =    58.3 mbits/sec
                     30: Decrypt:       425 cycles =    60.2 mbits/sec
                     31: Mean:          432 cycles =    59.3 mbits/sec
                     32:
                     33: 256 bit key:
                     34: Key Setup:    374/1960 cycles (encrypt/decrypt)
                     35: Encrypt:       502 cycles =    51.0 mbits/sec
                     36: Decrypt:       498 cycles =    51.4 mbits/sec
                     37: Mean:          500 cycles =    51.2 mbits/sec
                     38:
                     39: */
                     40:
                     41: #include <sys/types.h>
                     42: #include "rijndael.h"
                     43:
                     44: void gen_tabs  __P((void));
                     45:
                     46: /* 3. Basic macros for speeding up generic operations               */
                     47:
                     48: /* Circular rotate of 32 bit values                                 */
                     49:
                     50: #define rotr(x,n)   (((x) >> ((int)(n))) | ((x) << (32 - (int)(n))))
                     51: #define rotl(x,n)   (((x) << ((int)(n))) | ((x) >> (32 - (int)(n))))
                     52:
                     53: /* Invert byte order in a 32 bit variable                           */
                     54:
1.2.2.1   jason      55: #define bswap(x)    ((rotl(x, 8) & 0x00ff00ff) | (rotr(x, 8) & 0xff00ff00))
1.1       markus     56:
1.2.2.1   jason      57: /* Extract byte from a 32 bit quantity (little endian notation)     */
1.1       markus     58:
                     59: #define byte(x,n)   ((u1byte)((x) >> (8 * n)))
                     60:
                     61: #if BYTE_ORDER != LITTLE_ENDIAN
                     62: #define BYTE_SWAP
                     63: #endif
                     64:
                     65: #ifdef  BYTE_SWAP
                     66: #define io_swap(x)  bswap(x)
                     67: #else
                     68: #define io_swap(x)  (x)
                     69: #endif
                     70:
                     71: #define LARGE_TABLES
                     72:
                     73: u1byte  pow_tab[256];
                     74: u1byte  log_tab[256];
                     75: u1byte  sbx_tab[256];
                     76: u1byte  isb_tab[256];
                     77: u4byte  rco_tab[ 10];
                     78: u4byte  ft_tab[4][256];
                     79: u4byte  it_tab[4][256];
                     80:
                     81: #ifdef  LARGE_TABLES
                     82:   u4byte  fl_tab[4][256];
                     83:   u4byte  il_tab[4][256];
                     84: #endif
                     85:
                     86: u4byte  tab_gen = 0;
                     87:
                     88: #define ff_mult(a,b)    (a && b ? pow_tab[(log_tab[a] + log_tab[b]) % 255] : 0)
                     89:
                     90: #define f_rn(bo, bi, n, k)                          \
                     91:     bo[n] =  ft_tab[0][byte(bi[n],0)] ^             \
1.2.2.1   jason      92:             ft_tab[1][byte(bi[(n + 1) & 3],1)] ^   \
                     93:             ft_tab[2][byte(bi[(n + 2) & 3],2)] ^   \
                     94:             ft_tab[3][byte(bi[(n + 3) & 3],3)] ^ *(k + n)
1.1       markus     95:
                     96: #define i_rn(bo, bi, n, k)                          \
                     97:     bo[n] =  it_tab[0][byte(bi[n],0)] ^             \
1.2.2.1   jason      98:             it_tab[1][byte(bi[(n + 3) & 3],1)] ^   \
                     99:             it_tab[2][byte(bi[(n + 2) & 3],2)] ^   \
                    100:             it_tab[3][byte(bi[(n + 1) & 3],3)] ^ *(k + n)
1.1       markus    101:
                    102: #ifdef LARGE_TABLES
                    103:
                    104: #define ls_box(x)                \
                    105:     ( fl_tab[0][byte(x, 0)] ^    \
                    106:       fl_tab[1][byte(x, 1)] ^    \
                    107:       fl_tab[2][byte(x, 2)] ^    \
                    108:       fl_tab[3][byte(x, 3)] )
                    109:
                    110: #define f_rl(bo, bi, n, k)                          \
                    111:     bo[n] =  fl_tab[0][byte(bi[n],0)] ^             \
1.2.2.1   jason     112:             fl_tab[1][byte(bi[(n + 1) & 3],1)] ^   \
                    113:             fl_tab[2][byte(bi[(n + 2) & 3],2)] ^   \
                    114:             fl_tab[3][byte(bi[(n + 3) & 3],3)] ^ *(k + n)
1.1       markus    115:
                    116: #define i_rl(bo, bi, n, k)                          \
                    117:     bo[n] =  il_tab[0][byte(bi[n],0)] ^             \
1.2.2.1   jason     118:             il_tab[1][byte(bi[(n + 3) & 3],1)] ^   \
                    119:             il_tab[2][byte(bi[(n + 2) & 3],2)] ^   \
                    120:             il_tab[3][byte(bi[(n + 1) & 3],3)] ^ *(k + n)
1.1       markus    121:
                    122: #else
                    123:
                    124: #define ls_box(x)                            \
                    125:     ((u4byte)sbx_tab[byte(x, 0)] <<  0) ^    \
                    126:     ((u4byte)sbx_tab[byte(x, 1)] <<  8) ^    \
                    127:     ((u4byte)sbx_tab[byte(x, 2)] << 16) ^    \
                    128:     ((u4byte)sbx_tab[byte(x, 3)] << 24)
                    129:
                    130: #define f_rl(bo, bi, n, k)                                      \
                    131:     bo[n] = (u4byte)sbx_tab[byte(bi[n],0)] ^                    \
1.2.2.1   jason     132:        rotl(((u4byte)sbx_tab[byte(bi[(n + 1) & 3],1)]),  8) ^  \
                    133:        rotl(((u4byte)sbx_tab[byte(bi[(n + 2) & 3],2)]), 16) ^  \
                    134:        rotl(((u4byte)sbx_tab[byte(bi[(n + 3) & 3],3)]), 24) ^ *(k + n)
1.1       markus    135:
                    136: #define i_rl(bo, bi, n, k)                                      \
                    137:     bo[n] = (u4byte)isb_tab[byte(bi[n],0)] ^                    \
1.2.2.1   jason     138:        rotl(((u4byte)isb_tab[byte(bi[(n + 3) & 3],1)]),  8) ^  \
                    139:        rotl(((u4byte)isb_tab[byte(bi[(n + 2) & 3],2)]), 16) ^  \
                    140:        rotl(((u4byte)isb_tab[byte(bi[(n + 1) & 3],3)]), 24) ^ *(k + n)
1.1       markus    141:
                    142: #endif
                    143:
                    144: void
                    145: gen_tabs(void)
                    146: {
                    147:        u4byte  i, t;
                    148:        u1byte  p, q;
                    149:
                    150:        /* log and power tables for GF(2**8) finite field with  */
                    151:        /* 0x11b as modular polynomial - the simplest prmitive  */
                    152:        /* root is 0x11, used here to generate the tables       */
                    153:
                    154:        for(i = 0,p = 1; i < 256; ++i) {
                    155:                pow_tab[i] = (u1byte)p; log_tab[p] = (u1byte)i;
                    156:
                    157:                p = p ^ (p << 1) ^ (p & 0x80 ? 0x01b : 0);
                    158:        }
                    159:
                    160:        log_tab[1] = 0; p = 1;
                    161:
                    162:        for(i = 0; i < 10; ++i) {
1.2.2.1   jason     163:                rco_tab[i] = p;
1.1       markus    164:
                    165:                p = (p << 1) ^ (p & 0x80 ? 0x1b : 0);
                    166:        }
                    167:
                    168:        /* note that the affine byte transformation matrix in   */
                    169:        /* rijndael specification is in big endian format with  */
                    170:        /* bit 0 as the most significant bit. In the remainder  */
                    171:        /* of the specification the bits are numbered from the  */
                    172:        /* least significant end of a byte.                     */
                    173:
                    174:        for(i = 0; i < 256; ++i) {
1.2.2.1   jason     175:                p = (i ? pow_tab[255 - log_tab[i]] : 0); q = p;
                    176:                q = (q >> 7) | (q << 1); p ^= q;
                    177:                q = (q >> 7) | (q << 1); p ^= q;
                    178:                q = (q >> 7) | (q << 1); p ^= q;
                    179:                q = (q >> 7) | (q << 1); p ^= q ^ 0x63;
1.1       markus    180:                sbx_tab[i] = (u1byte)p; isb_tab[p] = (u1byte)i;
                    181:        }
                    182:
                    183:        for(i = 0; i < 256; ++i) {
1.2.2.1   jason     184:                p = sbx_tab[i];
                    185:
                    186: #ifdef  LARGE_TABLES
1.1       markus    187:
                    188:                t = p; fl_tab[0][i] = t;
                    189:                fl_tab[1][i] = rotl(t,  8);
                    190:                fl_tab[2][i] = rotl(t, 16);
                    191:                fl_tab[3][i] = rotl(t, 24);
                    192: #endif
                    193:                t = ((u4byte)ff_mult(2, p)) |
                    194:                        ((u4byte)p <<  8) |
                    195:                        ((u4byte)p << 16) |
                    196:                        ((u4byte)ff_mult(3, p) << 24);
1.2.2.1   jason     197:
1.1       markus    198:                ft_tab[0][i] = t;
                    199:                ft_tab[1][i] = rotl(t,  8);
                    200:                ft_tab[2][i] = rotl(t, 16);
                    201:                ft_tab[3][i] = rotl(t, 24);
                    202:
1.2.2.1   jason     203:                p = isb_tab[i];
1.1       markus    204:
1.2.2.1   jason     205: #ifdef  LARGE_TABLES
                    206:
                    207:                t = p; il_tab[0][i] = t;
                    208:                il_tab[1][i] = rotl(t,  8);
                    209:                il_tab[2][i] = rotl(t, 16);
1.1       markus    210:                il_tab[3][i] = rotl(t, 24);
1.2.2.1   jason     211: #endif
1.1       markus    212:                t = ((u4byte)ff_mult(14, p)) |
                    213:                        ((u4byte)ff_mult( 9, p) <<  8) |
                    214:                        ((u4byte)ff_mult(13, p) << 16) |
                    215:                        ((u4byte)ff_mult(11, p) << 24);
1.2.2.1   jason     216:
                    217:                it_tab[0][i] = t;
                    218:                it_tab[1][i] = rotl(t,  8);
                    219:                it_tab[2][i] = rotl(t, 16);
                    220:                it_tab[3][i] = rotl(t, 24);
1.1       markus    221:        }
                    222:
                    223:        tab_gen = 1;
1.2       markus    224: }
1.1       markus    225:
                    226: #define star_x(x) (((x) & 0x7f7f7f7f) << 1) ^ ((((x) & 0x80808080) >> 7) * 0x1b)
                    227:
                    228: #define imix_col(y,x)       \
                    229:     u   = star_x(x);        \
                    230:     v   = star_x(u);        \
                    231:     w   = star_x(v);        \
                    232:     t   = w ^ (x);          \
                    233:    (y)  = u ^ v ^ w;        \
                    234:    (y) ^= rotr(u ^ t,  8) ^ \
1.2.2.1   jason     235:          rotr(v ^ t, 16) ^ \
                    236:          rotr(t,24)
1.1       markus    237:
                    238: /* initialise the key schedule from the user supplied key   */
                    239:
                    240: #define loop4(i)                                    \
                    241: {   t = ls_box(rotr(t,  8)) ^ rco_tab[i];           \
                    242:     t ^= e_key[4 * i];     e_key[4 * i + 4] = t;    \
                    243:     t ^= e_key[4 * i + 1]; e_key[4 * i + 5] = t;    \
                    244:     t ^= e_key[4 * i + 2]; e_key[4 * i + 6] = t;    \
                    245:     t ^= e_key[4 * i + 3]; e_key[4 * i + 7] = t;    \
                    246: }
                    247:
                    248: #define loop6(i)                                    \
                    249: {   t = ls_box(rotr(t,  8)) ^ rco_tab[i];           \
                    250:     t ^= e_key[6 * i];     e_key[6 * i + 6] = t;    \
                    251:     t ^= e_key[6 * i + 1]; e_key[6 * i + 7] = t;    \
                    252:     t ^= e_key[6 * i + 2]; e_key[6 * i + 8] = t;    \
                    253:     t ^= e_key[6 * i + 3]; e_key[6 * i + 9] = t;    \
                    254:     t ^= e_key[6 * i + 4]; e_key[6 * i + 10] = t;   \
                    255:     t ^= e_key[6 * i + 5]; e_key[6 * i + 11] = t;   \
                    256: }
                    257:
                    258: #define loop8(i)                                    \
                    259: {   t = ls_box(rotr(t,  8)) ^ rco_tab[i];           \
                    260:     t ^= e_key[8 * i];     e_key[8 * i + 8] = t;    \
                    261:     t ^= e_key[8 * i + 1]; e_key[8 * i + 9] = t;    \
                    262:     t ^= e_key[8 * i + 2]; e_key[8 * i + 10] = t;   \
                    263:     t ^= e_key[8 * i + 3]; e_key[8 * i + 11] = t;   \
                    264:     t  = e_key[8 * i + 4] ^ ls_box(t);              \
                    265:     e_key[8 * i + 12] = t;                          \
                    266:     t ^= e_key[8 * i + 5]; e_key[8 * i + 13] = t;   \
                    267:     t ^= e_key[8 * i + 6]; e_key[8 * i + 14] = t;   \
                    268:     t ^= e_key[8 * i + 7]; e_key[8 * i + 15] = t;   \
                    269: }
                    270:
                    271: rijndael_ctx *
                    272: rijndael_set_key(rijndael_ctx *ctx, const u4byte *in_key, const u4byte key_len,
                    273:                 int encrypt)
1.2.2.1   jason     274: {
1.1       markus    275:        u4byte  i, t, u, v, w;
                    276:        u4byte *e_key = ctx->e_key;
                    277:        u4byte *d_key = ctx->d_key;
                    278:
                    279:        ctx->decrypt = !encrypt;
                    280:
                    281:        if(!tab_gen)
                    282:                gen_tabs();
                    283:
                    284:        ctx->k_len = (key_len + 31) / 32;
                    285:
1.2.2.1   jason     286:        e_key[0] = io_swap(in_key[0]); e_key[1] = io_swap(in_key[1]);
                    287:        e_key[2] = io_swap(in_key[2]); e_key[3] = io_swap(in_key[3]);
                    288:
1.1       markus    289:        switch(ctx->k_len) {
1.2.2.1   jason     290:        case 4: t = e_key[3];
                    291:                for(i = 0; i < 10; ++i)
1.1       markus    292:                        loop4(i);
1.2.2.1   jason     293:                break;
1.1       markus    294:
1.2.2.1   jason     295:        case 6: e_key[4] = io_swap(in_key[4]); t = e_key[5] = io_swap(in_key[5]);
                    296:                for(i = 0; i < 8; ++i)
1.1       markus    297:                        loop6(i);
1.2.2.1   jason     298:                break;
1.1       markus    299:
1.2.2.1   jason     300:        case 8: e_key[4] = io_swap(in_key[4]); e_key[5] = io_swap(in_key[5]);
                    301:                e_key[6] = io_swap(in_key[6]); t = e_key[7] = io_swap(in_key[7]);
                    302:                for(i = 0; i < 7; ++i)
1.1       markus    303:                        loop8(i);
1.2.2.1   jason     304:                break;
1.1       markus    305:        }
                    306:
                    307:        if (!encrypt) {
                    308:                d_key[0] = e_key[0]; d_key[1] = e_key[1];
                    309:                d_key[2] = e_key[2]; d_key[3] = e_key[3];
                    310:
                    311:                for(i = 4; i < 4 * ctx->k_len + 24; ++i) {
                    312:                        imix_col(d_key[i], e_key[i]);
                    313:                }
                    314:        }
                    315:
                    316:        return ctx;
1.2       markus    317: }
1.1       markus    318:
                    319: /* encrypt a block of text  */
                    320:
                    321: #define f_nround(bo, bi, k) \
                    322:     f_rn(bo, bi, 0, k);     \
                    323:     f_rn(bo, bi, 1, k);     \
                    324:     f_rn(bo, bi, 2, k);     \
                    325:     f_rn(bo, bi, 3, k);     \
                    326:     k += 4
                    327:
                    328: #define f_lround(bo, bi, k) \
                    329:     f_rl(bo, bi, 0, k);     \
                    330:     f_rl(bo, bi, 1, k);     \
                    331:     f_rl(bo, bi, 2, k);     \
                    332:     f_rl(bo, bi, 3, k)
                    333:
                    334: void
                    335: rijndael_encrypt(rijndael_ctx *ctx, const u4byte *in_blk, u4byte *out_blk)
1.2.2.1   jason     336: {
1.1       markus    337:        u4byte k_len = ctx->k_len;
                    338:        u4byte *e_key = ctx->e_key;
                    339:        u4byte  b0[4], b1[4], *kp;
                    340:
1.2.2.1   jason     341:        b0[0] = io_swap(in_blk[0]) ^ e_key[0];
                    342:        b0[1] = io_swap(in_blk[1]) ^ e_key[1];
                    343:        b0[2] = io_swap(in_blk[2]) ^ e_key[2];
                    344:        b0[3] = io_swap(in_blk[3]) ^ e_key[3];
1.1       markus    345:
                    346:        kp = e_key + 4;
                    347:
                    348:        if(k_len > 6) {
                    349:                f_nround(b1, b0, kp); f_nround(b0, b1, kp);
                    350:        }
                    351:
                    352:        if(k_len > 4) {
                    353:                f_nround(b1, b0, kp); f_nround(b0, b1, kp);
                    354:        }
                    355:
                    356:        f_nround(b1, b0, kp); f_nround(b0, b1, kp);
                    357:        f_nround(b1, b0, kp); f_nround(b0, b1, kp);
                    358:        f_nround(b1, b0, kp); f_nround(b0, b1, kp);
                    359:        f_nround(b1, b0, kp); f_nround(b0, b1, kp);
                    360:        f_nround(b1, b0, kp); f_lround(b0, b1, kp);
                    361:
1.2.2.1   jason     362:        out_blk[0] = io_swap(b0[0]); out_blk[1] = io_swap(b0[1]);
                    363:        out_blk[2] = io_swap(b0[2]); out_blk[3] = io_swap(b0[3]);
1.2       markus    364: }
1.1       markus    365:
                    366: /* decrypt a block of text  */
                    367:
                    368: #define i_nround(bo, bi, k) \
                    369:     i_rn(bo, bi, 0, k);     \
                    370:     i_rn(bo, bi, 1, k);     \
                    371:     i_rn(bo, bi, 2, k);     \
                    372:     i_rn(bo, bi, 3, k);     \
                    373:     k -= 4
                    374:
                    375: #define i_lround(bo, bi, k) \
                    376:     i_rl(bo, bi, 0, k);     \
                    377:     i_rl(bo, bi, 1, k);     \
                    378:     i_rl(bo, bi, 2, k);     \
                    379:     i_rl(bo, bi, 3, k)
                    380:
                    381: void
                    382: rijndael_decrypt(rijndael_ctx *ctx, const u4byte *in_blk, u4byte *out_blk)
1.2.2.1   jason     383: {
1.1       markus    384:        u4byte  b0[4], b1[4], *kp;
                    385:        u4byte k_len = ctx->k_len;
                    386:        u4byte *e_key = ctx->e_key;
                    387:        u4byte *d_key = ctx->d_key;
                    388:
1.2.2.1   jason     389:        b0[0] = io_swap(in_blk[0]) ^ e_key[4 * k_len + 24];
                    390:        b0[1] = io_swap(in_blk[1]) ^ e_key[4 * k_len + 25];
                    391:        b0[2] = io_swap(in_blk[2]) ^ e_key[4 * k_len + 26];
                    392:        b0[3] = io_swap(in_blk[3]) ^ e_key[4 * k_len + 27];
1.1       markus    393:
                    394:        kp = d_key + 4 * (k_len + 5);
                    395:
                    396:        if(k_len > 6) {
                    397:                i_nround(b1, b0, kp); i_nround(b0, b1, kp);
                    398:        }
                    399:
                    400:        if(k_len > 4) {
                    401:                i_nround(b1, b0, kp); i_nround(b0, b1, kp);
                    402:        }
                    403:
                    404:        i_nround(b1, b0, kp); i_nround(b0, b1, kp);
                    405:        i_nround(b1, b0, kp); i_nround(b0, b1, kp);
                    406:        i_nround(b1, b0, kp); i_nround(b0, b1, kp);
                    407:        i_nround(b1, b0, kp); i_nround(b0, b1, kp);
                    408:        i_nround(b1, b0, kp); i_lround(b0, b1, kp);
                    409:
1.2.2.1   jason     410:        out_blk[0] = io_swap(b0[0]); out_blk[1] = io_swap(b0[1]);
                    411:        out_blk[2] = io_swap(b0[2]); out_blk[3] = io_swap(b0[3]);
1.2       markus    412: }