lib/silccrypt/aes.c

   1 /* Modified for SILC. -Pekka */
   2 /* The AES */
   3
   4 /* This is an independent implementation of the encryption algorithm:   */
   5 /*                                                                      */
   6 /*         RIJNDAEL by Joan Daemen and Vincent Rijmen                   */
   7 /*                                                                      */
   8 /* which is a candidate algorithm in the Advanced Encryption Standard   */
   9 /* programme of the US National Institute of Standards and Technology.  */
  10 /*                                                                      */
  11 /* Copyright in this implementation is held by Dr B R Gladman but I     */
  12 /* hereby give permission for its free direct or derivative use subject */
  13 /* to acknowledgment of its origin and compliance with any conditions   */
  14 /* that the originators of the algorithm place on its exploitation.     */
  15 /*                                                                      */
  16 /* Dr Brian Gladman (gladman@seven77.demon.co.uk) 14th January 1999     */
  17
  18 /* Timing data for Rijndael (rijndael.c)
  19
  20 Algorithm: rijndael (rijndael.c)
  21
  22 128 bit key:
  23 Key Setup:    305/1389 cycles (encrypt/decrypt)
  24 Encrypt:       374 cycles =    68.4 mbits/sec
  25 Decrypt:       352 cycles =    72.7 mbits/sec
  26 Mean:          363 cycles =    70.5 mbits/sec
  27
  28 192 bit key:
  29 Key Setup:    277/1595 cycles (encrypt/decrypt)
  30 Encrypt:       439 cycles =    58.3 mbits/sec
  31 Decrypt:       425 cycles =    60.2 mbits/sec
  32 Mean:          432 cycles =    59.3 mbits/sec
  33
  34 256 bit key:
  35 Key Setup:    374/1960 cycles (encrypt/decrypt)
  36 Encrypt:       502 cycles =    51.0 mbits/sec
  37 Decrypt:       498 cycles =    51.4 mbits/sec
  38 Mean:          500 cycles =    51.2 mbits/sec
  39
  40 */
  41
  42 #include "silcincludes.h"
  43 #include "rijndael_internal.h"
  44 #include "aes.h"
  45
  46 /*
  47  * SILC Crypto API for Rijndael
  48  */
  49
  50 /* Sets the key for the cipher. */
  51
  52 SILC_CIPHER_API_SET_KEY(aes)
  53 {
  54   SilcUInt32 k[8];
  55
  56   SILC_GET_WORD_KEY(key, k, keylen);
  57   rijndael_set_key((RijndaelContext *)context, k, keylen);
  58
  59   return TRUE;
  60 }
  61
  62 /* Sets the string as a new key for the cipher. The string is first
  63    hashed and then used as a new key. */
  64
  65 SILC_CIPHER_API_SET_KEY_WITH_STRING(aes)
  66 {
  67   /*  unsigned char key[md5_hash_len];
  68   SilcMarsContext *ctx = (SilcMarsContext *)context;
  69
  70   make_md5_hash(string, &key);
  71   memcpy(&ctx->key, mars_set_key(&key, keylen), keylen);
  72   memset(&key, 'F', sizeoof(key));
  73   */
  74
  75   return 1;
  76 }
  77
  78 /* Returns the size of the cipher context. */
  79
  80 SILC_CIPHER_API_CONTEXT_LEN(aes)
  81 {
  82   return sizeof(RijndaelContext);
  83 }
  84
  85 /* Encrypts with the cipher in CBC mode. Source and destination buffers
  86    maybe one and same. */
  87
  88 SILC_CIPHER_API_ENCRYPT_CBC(aes)
  89 {
  90   SilcUInt32 tiv[4];
  91   int i;
  92
  93   SILC_CBC_GET_IV(tiv, iv);
  94
  95   SILC_CBC_ENC_PRE(tiv, src);
  96   rijndael_encrypt((RijndaelContext *)context, tiv, tiv);
  97   SILC_CBC_ENC_POST(tiv, dst, src);
  98
  99   for (i = 16; i < len; i += 16) {
 100     SILC_CBC_ENC_PRE(tiv, src);
 101     rijndael_encrypt((RijndaelContext *)context, tiv, tiv);
 102     SILC_CBC_ENC_POST(tiv, dst, src);
 103   }
 104
 105   SILC_CBC_PUT_IV(tiv, iv);
 106
 107   return TRUE;
 108 }
 109
 110 /* Decrypts with the cipher in CBC mode. Source and destination buffers
 111    maybe one and same. */
 112
 113 SILC_CIPHER_API_DECRYPT_CBC(aes)
 114 {
 115   SilcUInt32 tmp[4], tmp2[4], tiv[4];
 116   int i;
 117
 118   SILC_CBC_GET_IV(tiv, iv);
 119
 120   SILC_CBC_DEC_PRE(tmp, src);
 121   rijndael_decrypt((RijndaelContext *)context, tmp, tmp2);
 122   SILC_CBC_DEC_POST(tmp2, dst, src, tmp, tiv);
 123
 124   for (i = 16; i < len; i += 16) {
 125     SILC_CBC_DEC_PRE(tmp, src);
 126     rijndael_decrypt((RijndaelContext *)context, tmp, tmp2);
 127     SILC_CBC_DEC_POST(tmp2, dst, src, tmp, tiv);
 128   }
 129
 130   SILC_CBC_PUT_IV(tiv, iv);
 131
 132   return TRUE;
 133 }
 134
 135 #define LARGE_TABLES
 136
 137 u1byte  pow_tab[256];
 138 u1byte  log_tab[256];
 139 u1byte  sbx_tab[256];
 140 u1byte  isb_tab[256];
 141 u4byte  rco_tab[ 10];
 142 u4byte  ft_tab[4][256];
 143 u4byte  it_tab[4][256];
 144
 145 u4byte  fl_tab[4][256];
 146 u4byte  il_tab[4][256];
 147
 148 u4byte  tab_gen = 0;
 149
 150 #define ff_mult(a,b)    (a && b ? pow_tab[(log_tab[a] + log_tab[b]) % 255] : 0)
 151
 152 #define f_rn(bo, bi, n, k)                          \
 153     bo[n] =  ft_tab[0][byte(bi[n],0)] ^             \
 154              ft_tab[1][byte(bi[(n + 1) & 3],1)] ^   \
 155              ft_tab[2][byte(bi[(n + 2) & 3],2)] ^   \
 156              ft_tab[3][byte(bi[(n + 3) & 3],3)] ^ *(k + n)
 157
 158 #define i_rn(bo, bi, n, k)                          \
 159     bo[n] =  it_tab[0][byte(bi[n],0)] ^             \
 160              it_tab[1][byte(bi[(n + 3) & 3],1)] ^   \
 161              it_tab[2][byte(bi[(n + 2) & 3],2)] ^   \
 162              it_tab[3][byte(bi[(n + 1) & 3],3)] ^ *(k + n)
 163
 164 #ifdef LARGE_TABLES
 165
 166 #define ls_box(x)                \
 167     ( fl_tab[0][byte(x, 0)] ^    \
 168       fl_tab[1][byte(x, 1)] ^    \
 169       fl_tab[2][byte(x, 2)] ^    \
 170       fl_tab[3][byte(x, 3)] )
 171
 172 #define f_rl(bo, bi, n, k)                          \
 173     bo[n] =  fl_tab[0][byte(bi[n],0)] ^             \
 174              fl_tab[1][byte(bi[(n + 1) & 3],1)] ^   \
 175              fl_tab[2][byte(bi[(n + 2) & 3],2)] ^   \
 176              fl_tab[3][byte(bi[(n + 3) & 3],3)] ^ *(k + n)
 177
 178 #define i_rl(bo, bi, n, k)                          \
 179     bo[n] =  il_tab[0][byte(bi[n],0)] ^             \
 180              il_tab[1][byte(bi[(n + 3) & 3],1)] ^   \
 181              il_tab[2][byte(bi[(n + 2) & 3],2)] ^   \
 182              il_tab[3][byte(bi[(n + 1) & 3],3)] ^ *(k + n)
 183
 184 #else
 185
 186 #define ls_box(x)                            \
 187     ((u4byte)sbx_tab[byte(x, 0)] <<  0) ^    \
 188     ((u4byte)sbx_tab[byte(x, 1)] <<  8) ^    \
 189     ((u4byte)sbx_tab[byte(x, 2)] << 16) ^    \
 190     ((u4byte)sbx_tab[byte(x, 3)] << 24)
 191
 192 #define f_rl(bo, bi, n, k)                                      \
 193     bo[n] = (u4byte)sbx_tab[byte(bi[n],0)] ^                    \
 194         rotl(((u4byte)sbx_tab[byte(bi[(n + 1) & 3],1)]),  8) ^  \
 195         rotl(((u4byte)sbx_tab[byte(bi[(n + 2) & 3],2)]), 16) ^  \
 196         rotl(((u4byte)sbx_tab[byte(bi[(n + 3) & 3],3)]), 24) ^ *(k + n)
 197
 198 #define i_rl(bo, bi, n, k)                                      \
 199     bo[n] = (u4byte)isb_tab[byte(bi[n],0)] ^                    \
 200         rotl(((u4byte)isb_tab[byte(bi[(n + 3) & 3],1)]),  8) ^  \
 201         rotl(((u4byte)isb_tab[byte(bi[(n + 2) & 3],2)]), 16) ^  \
 202         rotl(((u4byte)isb_tab[byte(bi[(n + 1) & 3],3)]), 24) ^ *(k + n)
 203
 204 #endif
 205
 206 void gen_tabs(void)
 207 {   u4byte  i, t;
 208     u1byte  p, q;
 209
 210     /* log and power tables for GF(2**8) finite field with  */
 211     /* 0x11b as modular polynomial - the simplest prmitive  */
 212     /* root is 0x11, used here to generate the tables       */
 213
 214     for(i = 0,p = 1; i < 256; ++i)
 215     {
 216         pow_tab[i] = (u1byte)p; log_tab[p] = (u1byte)i;
 217
 218         p = p ^ (p << 1) ^ (p & 0x80 ? 0x01b : 0);
 219     }
 220
 221     log_tab[1] = 0; p = 1;
 222
 223     for(i = 0; i < 10; ++i)
 224     {
 225         rco_tab[i] = p;
 226
 227         p = (p << 1) ^ (p & 0x80 ? 0x1b : 0);
 228     }
 229
 230     /* note that the affine byte transformation matrix in   */
 231     /* rijndael specification is in big endian format with  */
 232     /* bit 0 as the most significant bit. In the remainder  */
 233     /* of the specification the bits are numbered from the  */
 234     /* least significant end of a byte.                     */
 235
 236     for(i = 0; i < 256; ++i)
 237     {
 238         p = (i ? pow_tab[255 - log_tab[i]] : 0); q = p;
 239         q = (q >> 7) | (q << 1); p ^= q;
 240         q = (q >> 7) | (q << 1); p ^= q;
 241         q = (q >> 7) | (q << 1); p ^= q;
 242         q = (q >> 7) | (q << 1); p ^= q ^ 0x63;
 243         sbx_tab[i] = (u1byte)p; isb_tab[p] = (u1byte)i;
 244     }
 245
 246     for(i = 0; i < 256; ++i)
 247     {
 248         p = sbx_tab[i];
 249
 250 #ifdef  LARGE_TABLES
 251
 252         t = p; fl_tab[0][i] = t;
 253         fl_tab[1][i] = rotl(t,  8);
 254         fl_tab[2][i] = rotl(t, 16);
 255         fl_tab[3][i] = rotl(t, 24);
 256 #endif
 257         t = ((u4byte)ff_mult(2, p)) |
 258             ((u4byte)p <<  8) |
 259             ((u4byte)p << 16) |
 260             ((u4byte)ff_mult(3, p) << 24);
 261
 262         ft_tab[0][i] = t;
 263         ft_tab[1][i] = rotl(t,  8);
 264         ft_tab[2][i] = rotl(t, 16);
 265         ft_tab[3][i] = rotl(t, 24);
 266
 267         p = isb_tab[i];
 268
 269 #ifdef  LARGE_TABLES
 270
 271         t = p; il_tab[0][i] = t;
 272         il_tab[1][i] = rotl(t,  8);
 273         il_tab[2][i] = rotl(t, 16);
 274         il_tab[3][i] = rotl(t, 24);
 275 #endif
 276         t = ((u4byte)ff_mult(14, p)) |
 277             ((u4byte)ff_mult( 9, p) <<  8) |
 278             ((u4byte)ff_mult(13, p) << 16) |
 279             ((u4byte)ff_mult(11, p) << 24);
 280
 281         it_tab[0][i] = t;
 282         it_tab[1][i] = rotl(t,  8);
 283         it_tab[2][i] = rotl(t, 16);
 284         it_tab[3][i] = rotl(t, 24);
 285     }
 286
 287     tab_gen = 1;
 288 };
 289
 290 #define star_x(x) (((x) & 0x7f7f7f7f) << 1) ^ ((((x) & 0x80808080) >> 7) * 0x1b)
 291
 292 #define imix_col(y,x)       \
 293     u   = star_x(x);        \
 294     v   = star_x(u);        \
 295     w   = star_x(v);        \
 296     t   = w ^ (x);          \
 297    (y)  = u ^ v ^ w;        \
 298    (y) ^= rotr(u ^ t,  8) ^ \
 299           rotr(v ^ t, 16) ^ \
 300           rotr(t,24)
 301
 302 /* initialise the key schedule from the user supplied key   */
 303
 304 #define loop4(i)                                    \
 305 { \
 306    t = ls_box(rotr(t,  8)) ^ rco_tab[i];           \
 307     t ^= e_key[4 * i];     e_key[4 * i + 4] = t;    \
 308     t ^= e_key[4 * i + 1]; e_key[4 * i + 5] = t;    \
 309     t ^= e_key[4 * i + 2]; e_key[4 * i + 6] = t;    \
 310     t ^= e_key[4 * i + 3]; e_key[4 * i + 7] = t;    \
 311 }
 312
 313 #define loop6(i)                                    \
 314 {   t = ls_box(rotr(t,  8)) ^ rco_tab[i];           \
 315     t ^= e_key[6 * i];     e_key[6 * i + 6] = t;    \
 316     t ^= e_key[6 * i + 1]; e_key[6 * i + 7] = t;    \
 317     t ^= e_key[6 * i + 2]; e_key[6 * i + 8] = t;    \
 318     t ^= e_key[6 * i + 3]; e_key[6 * i + 9] = t;    \
 319     t ^= e_key[6 * i + 4]; e_key[6 * i + 10] = t;   \
 320     t ^= e_key[6 * i + 5]; e_key[6 * i + 11] = t;   \
 321 }
 322
 323 #define loop8(i)                                    \
 324 {   t = ls_box(rotr(t,  8)) ^ rco_tab[i];           \
 325     t ^= e_key[8 * i];     e_key[8 * i + 8] = t;    \
 326     t ^= e_key[8 * i + 1]; e_key[8 * i + 9] = t;    \
 327     t ^= e_key[8 * i + 2]; e_key[8 * i + 10] = t;   \
 328     t ^= e_key[8 * i + 3]; e_key[8 * i + 11] = t;   \
 329     t  = e_key[8 * i + 4] ^ ls_box(t);              \
 330     e_key[8 * i + 12] = t;                          \
 331     t ^= e_key[8 * i + 5]; e_key[8 * i + 13] = t;   \
 332     t ^= e_key[8 * i + 6]; e_key[8 * i + 14] = t;   \
 333     t ^= e_key[8 * i + 7]; e_key[8 * i + 15] = t;   \
 334 }
 335
 336 u4byte *rijndael_set_key(RijndaelContext *ctx,
 337                          const u4byte in_key[], const u4byte key_len)
 338 {
 339     u4byte  i, t, u, v, w;
 340     u4byte *e_key = ctx->e_key;
 341     u4byte *d_key = ctx->d_key;
 342     u4byte k_len;
 343
 344     if(!tab_gen)
 345         gen_tabs();
 346
 347     k_len = ctx->k_len = (key_len + 31) / 32;
 348
 349     e_key[0] = in_key[0]; e_key[1] = in_key[1];
 350     e_key[2] = in_key[2]; e_key[3] = in_key[3];
 351
 352     switch(k_len)
 353     {
 354         case 4: t = e_key[3];
 355                 for(i = 0; i < 10; ++i)
 356                     loop4(i);
 357                 break;
 358
 359         case 6: e_key[4] = in_key[4]; t = e_key[5] = in_key[5];
 360                 for(i = 0; i < 8; ++i)
 361                     loop6(i);
 362                 break;
 363
 364         case 8: e_key[4] = in_key[4]; e_key[5] = in_key[5];
 365                 e_key[6] = in_key[6]; t = e_key[7] = in_key[7];
 366                 for(i = 0; i < 7; ++i)
 367                     loop8(i);
 368                 break;
 369     }
 370
 371     d_key[0] = e_key[0]; d_key[1] = e_key[1];
 372     d_key[2] = e_key[2]; d_key[3] = e_key[3];
 373
 374     for(i = 4; i < 4 * k_len + 24; ++i)
 375     {
 376         imix_col(d_key[i], e_key[i]);
 377     }
 378
 379     return e_key;
 380 };
 381
 382 /* encrypt a block of text  */
 383
 384 #define f_nround(bo, bi, k) \
 385     f_rn(bo, bi, 0, k);     \
 386     f_rn(bo, bi, 1, k);     \
 387     f_rn(bo, bi, 2, k);     \
 388     f_rn(bo, bi, 3, k);     \
 389     k += 4
 390
 391 #define f_lround(bo, bi, k) \
 392     f_rl(bo, bi, 0, k);     \
 393     f_rl(bo, bi, 1, k);     \
 394     f_rl(bo, bi, 2, k);     \
 395     f_rl(bo, bi, 3, k)
 396
 397 void rijndael_encrypt(RijndaelContext *ctx,
 398                       const u4byte in_blk[4], u4byte out_blk[4])
 399 {
 400     u4byte  b0[4], b1[4], *kp;
 401     u4byte *e_key = ctx->e_key;
 402     u4byte k_len = ctx->k_len;
 403
 404     b0[0] = in_blk[0] ^ e_key[0]; b0[1] = in_blk[1] ^ e_key[1];
 405     b0[2] = in_blk[2] ^ e_key[2]; b0[3] = in_blk[3] ^ e_key[3];
 406
 407     kp = e_key + 4;
 408
 409     if(k_len > 6)
 410     {
 411         f_nround(b1, b0, kp); f_nround(b0, b1, kp);
 412     }
 413
 414     if(k_len > 4)
 415     {
 416         f_nround(b1, b0, kp); f_nround(b0, b1, kp);
 417     }
 418
 419     f_nround(b1, b0, kp); f_nround(b0, b1, kp);
 420     f_nround(b1, b0, kp); f_nround(b0, b1, kp);
 421     f_nround(b1, b0, kp); f_nround(b0, b1, kp);
 422     f_nround(b1, b0, kp); f_nround(b0, b1, kp);
 423     f_nround(b1, b0, kp); f_lround(b0, b1, kp);
 424
 425     out_blk[0] = b0[0]; out_blk[1] = b0[1];
 426     out_blk[2] = b0[2]; out_blk[3] = b0[3];
 427 };
 428
 429 /* decrypt a block of text  */
 430
 431 #define i_nround(bo, bi, k) \
 432     i_rn(bo, bi, 0, k);     \
 433     i_rn(bo, bi, 1, k);     \
 434     i_rn(bo, bi, 2, k);     \
 435     i_rn(bo, bi, 3, k);     \
 436     k -= 4
 437
 438 #define i_lround(bo, bi, k) \
 439     i_rl(bo, bi, 0, k);     \
 440     i_rl(bo, bi, 1, k);     \
 441     i_rl(bo, bi, 2, k);     \
 442     i_rl(bo, bi, 3, k)
 443
 444 void rijndael_decrypt(RijndaelContext *ctx,
 445                       const u4byte in_blk[4], u4byte out_blk[4])
 446 {
 447     u4byte  b0[4], b1[4], *kp;
 448     u4byte *e_key = ctx->e_key;
 449     u4byte *d_key = ctx->d_key;
 450     u4byte k_len = ctx->k_len;
 451
 452     b0[0] = in_blk[0] ^ e_key[4 * k_len + 24]; b0[1] = in_blk[1] ^ e_key[4 * k_len + 25];
 453     b0[2] = in_blk[2] ^ e_key[4 * k_len + 26]; b0[3] = in_blk[3] ^ e_key[4 * k_len + 27];
 454
 455     kp = d_key + 4 * (k_len + 5);
 456
 457     if(k_len > 6)
 458     {
 459         i_nround(b1, b0, kp); i_nround(b0, b1, kp);
 460     }
 461
 462     if(k_len > 4)
 463     {
 464         i_nround(b1, b0, kp); i_nround(b0, b1, kp);
 465     }
 466
 467     i_nround(b1, b0, kp); i_nround(b0, b1, kp);
 468     i_nround(b1, b0, kp); i_nround(b0, b1, kp);
 469     i_nround(b1, b0, kp); i_nround(b0, b1, kp);
 470     i_nround(b1, b0, kp); i_nround(b0, b1, kp);
 471     i_nround(b1, b0, kp); i_lround(b0, b1, kp);
 472
 473     out_blk[0] = b0[0]; out_blk[1] = b0[1];
 474     out_blk[2] = b0[2]; out_blk[3] = b0[3];
 475 };