lib/silccrypt/des.c

   1 /* Taken from public domain libtomcrypt library and the code and all changes
   2    to it are in public domain. -Pekka */
   3
   4 /* LibTomCrypt, modular cryptographic library -- Tom St Denis */
   5
   6 #include "silccrypto.h"
   7 #include "des_internal.h"
   8 #include "des.h"
   9
  10 /*
  11  * SILC Crypto API for DES and 3DES
  12  */
  13
  14 /* Sets the key for the cipher. */
  15
  16 SILC_CIPHER_API_SET_KEY(des)
  17 {
  18   return des_setup(key, keylen, 0, (des_key *)context);
  19 }
  20
  21 /* Sets IV for the cipher. */
  22
  23 SILC_CIPHER_API_SET_IV(des)
  24 {
  25   des_key *des = context;
  26
  27   switch (ops->mode) {
  28
  29   case SILC_CIPHER_MODE_CTR:
  30   case SILC_CIPHER_MODE_CFB:
  31     /* Starts new block. */
  32     des->padlen = 8;
  33     break;
  34
  35   default:
  36     break;
  37   }
  38 }
  39
  40 /* Initialize */
  41
  42 SILC_CIPHER_API_INIT(des)
  43 {
  44   des_key *des = silc_calloc(1, sizeof(des_key));
  45   if (des)
  46     des->padlen = 8;
  47 }
  48
  49 /* Uninitialize */
  50
  51 SILC_CIPHER_API_UNINIT(des)
  52 {
  53   des_key *des = context;
  54   memset(des, 0, sizeof(*des));
  55   silc_free(des);
  56 }
  57
  58 SILC_CIPHER_API_ENCRYPT(des)
  59 {
  60   des_key *des = context;
  61   SilcUInt32 tmp[2];
  62   int i;
  63
  64   switch (ops->mode) {
  65
  66   case SILC_CIPHER_MODE_CTR:
  67     SILC_CTR_MSB_64_32(iv, tmp, cipher->block, des->padlen, src, dst,
  68                        des_encrypt(des, tmp, tmp));
  69     break;
  70
  71   case SILC_CIPHER_MODE_ECB:
  72     {
  73       SilcUInt32 nb = len >> 3;
  74
  75       while (nb--) {
  76         SILC_GET32_MSB(tmp[0], src);
  77         SILC_GET32_MSB(tmp[1], src + 4);
  78         des_encrypt(des, tmp, tmp);
  79         SILC_PUT32_MSB(tmp[0], dst);
  80         SILC_PUT32_MSB(tmp[1], dst + 4);
  81         src += 8;
  82         dst += 8;
  83       }
  84     }
  85     break;
  86
  87   case SILC_CIPHER_MODE_CBC:
  88     SILC_CBC_ENC_MSB_64_32(len, iv, tmp, src, dst, i,
  89                            des_encrypt(des, tmp, tmp));
  90     break;
  91
  92   case SILC_CIPHER_MODE_CFB:
  93     SILC_CFB_ENC_MSB_64_32(iv, tmp, des->padlen, src, dst,
  94                            des_encrypt(des, tmp, tmp));
  95     break;
  96
  97   default:
  98     return FALSE;
  99   }
 100
 101   return TRUE;
 102 }
 103
 104 SILC_CIPHER_API_DECRYPT(des)
 105 {
 106   des_key *des = context;
 107   SilcUInt32 tmp[2], tmp2[2], tiv[2];
 108   int i;
 109
 110   switch (ops->mode) {
 111
 112   case SILC_CIPHER_MODE_CTR:
 113     return silc_des_encrypt(cipher, ops, context, src, dst, len, iv);
 114     break;
 115
 116   case SILC_CIPHER_MODE_ECB:
 117     {
 118       SilcUInt32 nb = len >> 3;
 119
 120       while (nb--) {
 121         SILC_GET32_MSB(tmp[0], src);
 122         SILC_GET32_MSB(tmp[1], src + 4);
 123         des_decrypt(des, tmp, tmp);
 124         SILC_PUT32_MSB(tmp[0], dst);
 125         SILC_PUT32_MSB(tmp[1], dst + 4);
 126         src += 8;
 127         dst += 8;
 128       }
 129     }
 130     break;
 131
 132   case SILC_CIPHER_MODE_CBC:
 133     SILC_CBC_DEC_MSB_64_32(len, iv, tiv, tmp, tmp2, src, dst, i,
 134                            des_decrypt(des, tmp, tmp2));
 135     break;
 136
 137   case SILC_CIPHER_MODE_CFB:
 138     SILC_CFB_DEC_MSB_64_32(iv, tmp, des->padlen, src, dst,
 139                            des_encrypt(des, tmp, tmp));
 140     break;
 141
 142   default:
 143     return FALSE;
 144   }
 145
 146   return TRUE;
 147 }
 148
 149 /* Sets the key for the cipher. */
 150
 151 SILC_CIPHER_API_SET_KEY(3des)
 152 {
 153   return des3_setup(key, keylen, 0, (des3_key *)context);
 154 }
 155
 156 /* Sets IV for the cipher. */
 157
 158 SILC_CIPHER_API_SET_IV(3des)
 159 {
 160   des3_key *des = context;
 161
 162   switch (ops->mode) {
 163
 164   case SILC_CIPHER_MODE_CTR:
 165   case SILC_CIPHER_MODE_CFB:
 166     /* Starts new block. */
 167     des->padlen = 8;
 168     break;
 169
 170   default:
 171     break;
 172   }
 173 }
 174
 175 /* Initialize */
 176
 177 SILC_CIPHER_API_INIT(3des)
 178 {
 179   des3_key *des = silc_calloc(1, sizeof(des3_key));
 180   if (!des)
 181     des->padlen = 8;
 182 }
 183
 184 /* Uninitialize */
 185
 186 SILC_CIPHER_API_UNINIT(3des)
 187 {
 188   des3_key *des = context;
 189   memset(des, 0, sizeof(*des));
 190   silc_free(des);
 191 }
 192
 193 SILC_CIPHER_API_ENCRYPT(3des)
 194 {
 195   des3_key *des = context;
 196   SilcUInt32 tmp[2];
 197   int i;
 198
 199   switch (ops->mode) {
 200
 201   case SILC_CIPHER_MODE_CTR:
 202     SILC_CTR_MSB_64_32(iv, tmp, cipher->block, des->padlen, src, dst,
 203                        des3_encrypt(des, tmp, tmp));
 204     break;
 205
 206   case SILC_CIPHER_MODE_ECB:
 207     {
 208       SilcUInt32 nb = len >> 3;
 209
 210       while (nb--) {
 211         SILC_GET32_MSB(tmp[0], src);
 212         SILC_GET32_MSB(tmp[1], src + 4);
 213         des3_encrypt(des, tmp, tmp);
 214         SILC_PUT32_MSB(tmp[0], dst);
 215         SILC_PUT32_MSB(tmp[1], dst + 4);
 216         src += 8;
 217         dst += 8;
 218       }
 219     }
 220     break;
 221
 222   case SILC_CIPHER_MODE_CBC:
 223     SILC_CBC_ENC_MSB_64_32(len, iv, tmp, src, dst, i,
 224                            des3_encrypt(des, tmp, tmp));
 225     break;
 226
 227   case SILC_CIPHER_MODE_CFB:
 228     SILC_CFB_ENC_MSB_64_32(iv, tmp, des->padlen, src, dst,
 229                            des3_encrypt(des, tmp, tmp));
 230     break;
 231
 232   default:
 233     return FALSE;
 234   }
 235
 236   return TRUE;
 237 }
 238
 239 SILC_CIPHER_API_DECRYPT(3des)
 240 {
 241   des3_key *des = context;
 242   SilcUInt32 tmp[2], tmp2[2], tiv[2];
 243   int i;
 244
 245   switch (ops->mode) {
 246
 247   case SILC_CIPHER_MODE_CTR:
 248     return silc_3des_encrypt(cipher, ops, context, src, dst, len, iv);
 249     break;
 250
 251   case SILC_CIPHER_MODE_ECB:
 252     {
 253       SilcUInt32 nb = len >> 3;
 254
 255       while (nb--) {
 256         SILC_GET32_MSB(tmp[0], src);
 257         SILC_GET32_MSB(tmp[1], src + 4);
 258         des3_decrypt(des, tmp, tmp);
 259         SILC_PUT32_MSB(tmp[0], dst);
 260         SILC_PUT32_MSB(tmp[1], dst + 4);
 261         src += 8;
 262         dst += 8;
 263       }
 264     }
 265     break;
 266
 267   case SILC_CIPHER_MODE_CBC:
 268     SILC_CBC_DEC_MSB_64_32(len, iv, tiv, tmp, tmp2, src, dst, i,
 269                            des3_decrypt(des, tmp, tmp2));
 270     break;
 271
 272   case SILC_CIPHER_MODE_CFB:
 273     SILC_CFB_DEC_MSB_64_32(iv, tmp, des->padlen, src, dst,
 274                            des3_encrypt(des, tmp, tmp));
 275     break;
 276
 277   default:
 278     return FALSE;
 279   }
 280
 281   return TRUE;
 282 }
 283
 284 /****************************************************************************/
 285
 286 #define EN0 0
 287 #define DE1 1
 288
 289 #if defined(_MSC_VER)
 290 #pragma intrinsic(_lrotr,_lrotl)
 291 #define RORc(x,n) _lrotr(x,n)
 292 #else
 293 #define RORc(x, y) silc_rorc(x, y)
 294 #endif /* _MSC_VER */
 295
 296 static const SilcUInt32 bytebit[8] =
 297 {
 298     0200, 0100, 040, 020, 010, 04, 02, 01
 299 };
 300
 301 static const SilcUInt32 bigbyte[24] =
 302 {
 303     0x800000UL,  0x400000UL,  0x200000UL,  0x100000UL,
 304     0x80000UL,   0x40000UL,   0x20000UL,   0x10000UL,
 305     0x8000UL,    0x4000UL,    0x2000UL,    0x1000UL,
 306     0x800UL,     0x400UL,     0x200UL,     0x100UL,
 307     0x80UL,      0x40UL,      0x20UL,      0x10UL,
 308     0x8UL,       0x4UL,       0x2UL,       0x1L
 309 };
 310
 311 /* Use the key schedule specific in the standard (ANSI X3.92-1981) */
 312
 313 static const unsigned char pc1[56] = {
 314     56, 48, 40, 32, 24, 16,  8,  0, 57, 49, 41, 33, 25, 17,
 315      9,  1, 58, 50, 42, 34, 26, 18, 10,  2, 59, 51, 43, 35,
 316     62, 54, 46, 38, 30, 22, 14,  6, 61, 53, 45, 37, 29, 21,
 317     13,  5, 60, 52, 44, 36, 28, 20, 12,  4, 27, 19, 11,  3
 318 };
 319
 320 static const unsigned char totrot[16] = {
 321     1,   2,  4,  6,
 322     8,  10, 12, 14,
 323     15, 17, 19, 21,
 324     23, 25, 27, 28
 325 };
 326
 327 static const unsigned char pc2[48] = {
 328     13, 16, 10, 23,  0,  4,      2, 27, 14,  5, 20,  9,
 329     22, 18, 11,  3, 25,  7,     15,  6, 26, 19, 12,  1,
 330     40, 51, 30, 36, 46, 54,     29, 39, 50, 44, 32, 47,
 331     43, 48, 38, 55, 33, 52,     45, 41, 49, 35, 28, 31
 332 };
 333
 334 static const SilcUInt32 SP1[64] =
 335 {
 336     0x01010400UL, 0x00000000UL, 0x00010000UL, 0x01010404UL,
 337     0x01010004UL, 0x00010404UL, 0x00000004UL, 0x00010000UL,
 338     0x00000400UL, 0x01010400UL, 0x01010404UL, 0x00000400UL,
 339     0x01000404UL, 0x01010004UL, 0x01000000UL, 0x00000004UL,
 340     0x00000404UL, 0x01000400UL, 0x01000400UL, 0x00010400UL,
 341     0x00010400UL, 0x01010000UL, 0x01010000UL, 0x01000404UL,
 342     0x00010004UL, 0x01000004UL, 0x01000004UL, 0x00010004UL,
 343     0x00000000UL, 0x00000404UL, 0x00010404UL, 0x01000000UL,
 344     0x00010000UL, 0x01010404UL, 0x00000004UL, 0x01010000UL,
 345     0x01010400UL, 0x01000000UL, 0x01000000UL, 0x00000400UL,
 346     0x01010004UL, 0x00010000UL, 0x00010400UL, 0x01000004UL,
 347     0x00000400UL, 0x00000004UL, 0x01000404UL, 0x00010404UL,
 348     0x01010404UL, 0x00010004UL, 0x01010000UL, 0x01000404UL,
 349     0x01000004UL, 0x00000404UL, 0x00010404UL, 0x01010400UL,
 350     0x00000404UL, 0x01000400UL, 0x01000400UL, 0x00000000UL,
 351     0x00010004UL, 0x00010400UL, 0x00000000UL, 0x01010004UL
 352 };
 353
 354 static const SilcUInt32 SP2[64] =
 355 {
 356     0x80108020UL, 0x80008000UL, 0x00008000UL, 0x00108020UL,
 357     0x00100000UL, 0x00000020UL, 0x80100020UL, 0x80008020UL,
 358     0x80000020UL, 0x80108020UL, 0x80108000UL, 0x80000000UL,
 359     0x80008000UL, 0x00100000UL, 0x00000020UL, 0x80100020UL,
 360     0x00108000UL, 0x00100020UL, 0x80008020UL, 0x00000000UL,
 361     0x80000000UL, 0x00008000UL, 0x00108020UL, 0x80100000UL,
 362     0x00100020UL, 0x80000020UL, 0x00000000UL, 0x00108000UL,
 363     0x00008020UL, 0x80108000UL, 0x80100000UL, 0x00008020UL,
 364     0x00000000UL, 0x00108020UL, 0x80100020UL, 0x00100000UL,
 365     0x80008020UL, 0x80100000UL, 0x80108000UL, 0x00008000UL,
 366     0x80100000UL, 0x80008000UL, 0x00000020UL, 0x80108020UL,
 367     0x00108020UL, 0x00000020UL, 0x00008000UL, 0x80000000UL,
 368     0x00008020UL, 0x80108000UL, 0x00100000UL, 0x80000020UL,
 369     0x00100020UL, 0x80008020UL, 0x80000020UL, 0x00100020UL,
 370     0x00108000UL, 0x00000000UL, 0x80008000UL, 0x00008020UL,
 371     0x80000000UL, 0x80100020UL, 0x80108020UL, 0x00108000UL
 372 };
 373
 374 static const SilcUInt32 SP3[64] =
 375 {
 376     0x00000208UL, 0x08020200UL, 0x00000000UL, 0x08020008UL,
 377     0x08000200UL, 0x00000000UL, 0x00020208UL, 0x08000200UL,
 378     0x00020008UL, 0x08000008UL, 0x08000008UL, 0x00020000UL,
 379     0x08020208UL, 0x00020008UL, 0x08020000UL, 0x00000208UL,
 380     0x08000000UL, 0x00000008UL, 0x08020200UL, 0x00000200UL,
 381     0x00020200UL, 0x08020000UL, 0x08020008UL, 0x00020208UL,
 382     0x08000208UL, 0x00020200UL, 0x00020000UL, 0x08000208UL,
 383     0x00000008UL, 0x08020208UL, 0x00000200UL, 0x08000000UL,
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 385     0x00020000UL, 0x08020200UL, 0x08000200UL, 0x00000000UL,
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1536   CONST64(0x4040400000000040), CONST64(0x4040401000000040), CONST64(0x4040400040000040), CONST64(0x4040401040000040),
1537   CONST64(0x4040400000400040), CONST64(0x4040401000400040), CONST64(0x4040400040400040), CONST64(0x4040401040400040),
1538   CONST64(0x4040400000004040), CONST64(0x4040401000004040), CONST64(0x4040400040004040), CONST64(0x4040401040004040),
1539   CONST64(0x4040400000404040), CONST64(0x4040401000404040), CONST64(0x4040400040404040), CONST64(0x4040401040404040)
1540   }};
1541
1542 static void cookey(const SilcUInt32 *raw1, SilcUInt32 *keyout);
1543
1544 static void deskey(const unsigned char *key, short edf, SilcUInt32 *keyout)
1545 {
1546     SilcUInt32 i, j, l, m, n, kn[32];
1547     unsigned char pc1m[56], pcr[56];
1548
1549     for (j=0; j < 56; j++) {
1550         l = (SilcUInt32)pc1[j];
1551         m = l & 7;
1552         pc1m[j] = (unsigned char)((key[l >> 3U] & bytebit[m]) == bytebit[m] ? 1 : 0);
1553     }
1554
1555     for (i=0; i < 16; i++) {
1556         if (edf == DE1) {
1557            m = (15 - i) << 1;
1558         } else {
1559            m = i << 1;
1560         }
1561         n = m + 1;
1562         kn[m] = kn[n] = 0L;
1563         for (j=0; j < 28; j++) {
1564             l = j + (SilcUInt32)totrot[i];
1565             if (l < 28) {
1566                pcr[j] = pc1m[l];
1567             } else {
1568                pcr[j] = pc1m[l - 28];
1569             }
1570         }
1571         for (/*j = 28*/; j < 56; j++) {
1572             l = j + (SilcUInt32)totrot[i];
1573             if (l < 56) {
1574                pcr[j] = pc1m[l];
1575             } else {
1576                pcr[j] = pc1m[l - 28];
1577             }
1578         }
1579         for (j=0; j < 24; j++)  {
1580             if ((int)pcr[(int)pc2[j]] != 0) {
1581                kn[m] |= bigbyte[j];
1582             }
1583             if ((int)pcr[(int)pc2[j+24]] != 0) {
1584                kn[n] |= bigbyte[j];
1585             }
1586         }
1587     }
1588
1589     cookey(kn, keyout);
1590 }
1591
1592 static void cookey(const SilcUInt32 *raw1, SilcUInt32 *keyout)
1593 {
1594     SilcUInt32 *cook;
1595     const SilcUInt32 *raw0;
1596     SilcUInt32 dough[32];
1597     int i;
1598
1599     cook = dough;
1600     for(i=0; i < 16; i++, raw1++)
1601     {
1602         raw0 = raw1++;
1603         *cook    = (*raw0 & 0x00fc0000L) << 6;
1604         *cook   |= (*raw0 & 0x00000fc0L) << 10;
1605         *cook   |= (*raw1 & 0x00fc0000L) >> 10;
1606         *cook++ |= (*raw1 & 0x00000fc0L) >> 6;
1607         *cook    = (*raw0 & 0x0003f000L) << 12;
1608         *cook   |= (*raw0 & 0x0000003fL) << 16;
1609         *cook   |= (*raw1 & 0x0003f000L) >> 4;
1610         *cook++ |= (*raw1 & 0x0000003fL);
1611     }
1612
1613     memcpy(keyout, dough, sizeof dough);
1614 }
1615
1616 static void desfunc(SilcUInt32 *block, const SilcUInt32 *keys)
1617 {
1618     SilcUInt32 work, right, leftt;
1619     int cur_round;
1620
1621     leftt = block[0];
1622     right = block[1];
1623
1624    {
1625       SilcUInt64 tmp;
1626       tmp = des_ip[0][byte(leftt, 0)] ^
1627             des_ip[1][byte(leftt, 1)] ^
1628             des_ip[2][byte(leftt, 2)] ^
1629             des_ip[3][byte(leftt, 3)] ^
1630             des_ip[4][byte(right, 0)] ^
1631             des_ip[5][byte(right, 1)] ^
1632             des_ip[6][byte(right, 2)] ^
1633             des_ip[7][byte(right, 3)];
1634       leftt = (SilcUInt32)(tmp >> 32);
1635       right = (SilcUInt32)(tmp & 0xFFFFFFFFUL);
1636    }
1637
1638     for (cur_round = 0; cur_round < 8; cur_round++) {
1639         work  = RORc(right, 4) ^ *keys++;
1640         leftt ^= SP7[work        & 0x3fL]
1641               ^ SP5[(work >>  8) & 0x3fL]
1642               ^ SP3[(work >> 16) & 0x3fL]
1643               ^ SP1[(work >> 24) & 0x3fL];
1644         work  = right ^ *keys++;
1645         leftt ^= SP8[ work        & 0x3fL]
1646               ^  SP6[(work >>  8) & 0x3fL]
1647               ^  SP4[(work >> 16) & 0x3fL]
1648               ^  SP2[(work >> 24) & 0x3fL];
1649
1650         work = RORc(leftt, 4) ^ *keys++;
1651         right ^= SP7[ work        & 0x3fL]
1652               ^  SP5[(work >>  8) & 0x3fL]
1653               ^  SP3[(work >> 16) & 0x3fL]
1654               ^  SP1[(work >> 24) & 0x3fL];
1655         work  = leftt ^ *keys++;
1656         right ^= SP8[ work        & 0x3fL]
1657               ^  SP6[(work >>  8) & 0x3fL]
1658               ^  SP4[(work >> 16) & 0x3fL]
1659               ^  SP2[(work >> 24) & 0x3fL];
1660     }
1661
1662    {
1663       SilcUInt64 tmp;
1664       tmp = des_fp[0][byte(leftt, 0)] ^
1665             des_fp[1][byte(leftt, 1)] ^
1666             des_fp[2][byte(leftt, 2)] ^
1667             des_fp[3][byte(leftt, 3)] ^
1668             des_fp[4][byte(right, 0)] ^
1669             des_fp[5][byte(right, 1)] ^
1670             des_fp[6][byte(right, 2)] ^
1671             des_fp[7][byte(right, 3)];
1672       leftt = (SilcUInt32)(tmp >> 32);
1673       right = (SilcUInt32)(tmp & 0xFFFFFFFFUL);
1674    }
1675
1676     block[0] = right;
1677     block[1] = leftt;
1678 }
1679
1680 int des_setup(const unsigned char *key, int keylen, int num_rounds,
1681               des_key *skey)
1682 {
1683     if (num_rounds != 0 && num_rounds != 16)
1684         return FALSE;
1685
1686     deskey(key, EN0, skey->ek);
1687     deskey(key, DE1, skey->dk);
1688
1689     return TRUE;
1690 }
1691
1692 int des3_setup(const unsigned char *key, int keylen, int num_rounds,
1693                des3_key *skey)
1694 {
1695     if (num_rounds != 0 && num_rounds != 16)
1696         return FALSE;
1697
1698     deskey(key,    EN0, skey->ek[0]);
1699     deskey(key+8,  DE1, skey->ek[1]);
1700     deskey(key+16, EN0, skey->ek[2]);
1701
1702     deskey(key,    DE1, skey->dk[2]);
1703     deskey(key+8,  EN0, skey->dk[1]);
1704     deskey(key+16, DE1, skey->dk[0]);
1705
1706     return TRUE;
1707 }
1708
1709 int des_encrypt(des_key *skey, const SilcUInt32 pt[2],
1710                 SilcUInt32 ct[2])
1711 {
1712     SilcUInt32 work[2];
1713
1714     work[0] = pt[0];
1715     work[1] = pt[1];
1716
1717     desfunc(work, skey->ek);
1718
1719     ct[0] = work[0];
1720     ct[1] = work[1];
1721
1722     return TRUE;
1723 }
1724
1725 int des_decrypt(des_key *skey, const SilcUInt32 ct[2],
1726                 SilcUInt32 pt[2])
1727 {
1728     SilcUInt32 work[2];
1729
1730     work[0] = ct[0];
1731     work[1] = ct[1];
1732
1733     desfunc(work, skey->dk);
1734
1735     pt[0] = work[0];
1736     pt[1] = work[1];
1737
1738     return TRUE;
1739 }
1740
1741 int des3_encrypt(des3_key *skey, const SilcUInt32 pt[2],
1742                  SilcUInt32 ct[2])
1743 {
1744     SilcUInt32 work[2];
1745
1746     work[0] = pt[0];
1747     work[1] = pt[1];
1748
1749     desfunc(work, skey->ek[0]);
1750     desfunc(work, skey->ek[1]);
1751     desfunc(work, skey->ek[2]);
1752
1753     ct[0] = work[0];
1754     ct[1] = work[1];
1755
1756     return TRUE;
1757 }
1758
1759 int des3_decrypt(des3_key *skey, const SilcUInt32 ct[2],
1760                  SilcUInt32 pt[2])
1761 {
1762     SilcUInt32 work[2];
1763
1764     work[0] = ct[0];
1765     work[1] = ct[1];
1766
1767     desfunc(work, skey->dk[0]);
1768     desfunc(work, skey->dk[1]);
1769     desfunc(work, skey->dk[2]);
1770
1771     pt[0] = work[0];
1772     pt[1] = work[1];
1773
1774     return TRUE;
1775 }