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 "silc.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 (cipher->mode) {
  28
  29   case SILC_CIPHER_MODE_CTR:
  30     /* Starts new block. */
  31     des->padlen = 0;
  32     break;
  33
  34   case SILC_CIPHER_MODE_CFB:
  35     /* Starts new block. */
  36     des->padlen = 8;
  37     break;
  38
  39   default:
  40     break;
  41   }
  42 }
  43
  44 /* Returns the size of the cipher context. */
  45
  46 SILC_CIPHER_API_CONTEXT_LEN(des)
  47 {
  48   return sizeof(des_key);
  49 }
  50
  51 SILC_CIPHER_API_ENCRYPT(des)
  52 {
  53   des_key *des = context;
  54   SilcUInt32 tmp[2], ctr[2];
  55   int i;
  56
  57   switch (cipher->mode) {
  58
  59   case SILC_CIPHER_MODE_CBC:
  60     SILC_CBC_ENC_MSB_64_32(len, iv, tmp, src, dst, i,
  61                            des_encrypt(des, tmp, tmp));
  62     break;
  63
  64   case SILC_CIPHER_MODE_CTR:
  65     SILC_CTR_MSB_64_32(iv, ctr, tmp, des->padlen, src, dst,
  66                        des_encrypt(des, ctr, tmp));
  67     break;
  68
  69   case SILC_CIPHER_MODE_CFB:
  70     SILC_CFB_ENC_MSB_64_32(iv, tmp, des->padlen, src, dst,
  71                            des_encrypt(des, tmp, tmp));
  72     break;
  73
  74   default:
  75     return FALSE;
  76   }
  77
  78   return TRUE;
  79 }
  80
  81 SILC_CIPHER_API_DECRYPT(des)
  82 {
  83   des_key *des = context;
  84   SilcUInt32 tmp[2], tmp2[2], tiv[2];
  85   int i;
  86
  87   switch (cipher->mode) {
  88
  89   case SILC_CIPHER_MODE_CBC:
  90     SILC_CBC_DEC_MSB_64_32(len, iv, tiv, tmp, tmp2, src, dst, i,
  91                            des_decrypt(des, tmp, tmp2));
  92     break;
  93
  94   case SILC_CIPHER_MODE_CTR:
  95     return silc_des_encrypt(cipher, context, src, dst, len, iv);
  96     break;
  97
  98   case SILC_CIPHER_MODE_CFB:
  99     SILC_CFB_DEC_MSB_64_32(iv, tmp, des->padlen, src, dst,
 100                            des_encrypt(des, tmp, tmp));
 101     break;
 102
 103   default:
 104     return FALSE;
 105   }
 106
 107   return TRUE;
 108 }
 109
 110 /* Sets the key for the cipher. */
 111
 112 SILC_CIPHER_API_SET_KEY(3des)
 113 {
 114   return des3_setup(key, keylen, 0, (des3_key *)context);
 115 }
 116
 117 /* Sets IV for the cipher. */
 118
 119 SILC_CIPHER_API_SET_IV(3des)
 120 {
 121   des3_key *des = context;
 122
 123   switch (cipher->mode) {
 124
 125   case SILC_CIPHER_MODE_CTR:
 126     /* Starts new block. */
 127     des->padlen = 0;
 128     break;
 129
 130   case SILC_CIPHER_MODE_CFB:
 131     /* Starts new block. */
 132     des->padlen = 8;
 133     break;
 134
 135   default:
 136     break;
 137   }
 138 }
 139
 140 /* Returns the size of the cipher context. */
 141
 142 SILC_CIPHER_API_CONTEXT_LEN(3des)
 143 {
 144   return sizeof(des3_key);
 145 }
 146
 147 SILC_CIPHER_API_ENCRYPT(3des)
 148 {
 149   des3_key *des = context;
 150   SilcUInt32 tmp[2], ctr[2];
 151   int i;
 152
 153   switch (cipher->mode) {
 154
 155   case SILC_CIPHER_MODE_CBC:
 156     SILC_CBC_ENC_MSB_64_32(len, iv, tmp, src, dst, i,
 157                            des3_encrypt(des, tmp, tmp));
 158     break;
 159
 160   case SILC_CIPHER_MODE_CTR:
 161     SILC_CTR_MSB_64_32(iv, ctr, tmp, des->padlen, src, dst,
 162                        des3_encrypt(des, ctr, tmp));
 163     break;
 164
 165   case SILC_CIPHER_MODE_CFB:
 166     SILC_CFB_ENC_MSB_64_32(iv, tmp, des->padlen, src, dst,
 167                            des3_encrypt(des, tmp, tmp));
 168     break;
 169
 170   default:
 171     return FALSE;
 172   }
 173
 174   return TRUE;
 175 }
 176
 177 SILC_CIPHER_API_DECRYPT(3des)
 178 {
 179   des3_key *des = context;
 180   SilcUInt32 tmp[2], tmp2[2], tiv[2];
 181   int i;
 182
 183   switch (cipher->mode) {
 184
 185   case SILC_CIPHER_MODE_CBC:
 186     SILC_CBC_DEC_MSB_64_32(len, iv, tiv, tmp, tmp2, src, dst, i,
 187                            des3_decrypt(des, tmp, tmp2));
 188     break;
 189
 190   case SILC_CIPHER_MODE_CTR:
 191     return silc_3des_encrypt(cipher, context, src, dst, len, iv);
 192     break;
 193
 194   case SILC_CIPHER_MODE_CFB:
 195     SILC_CFB_DEC_MSB_64_32(iv, tmp, des->padlen, src, dst,
 196                            des3_encrypt(des, tmp, tmp));
 197     break;
 198
 199   default:
 200     return FALSE;
 201   }
 202
 203   return TRUE;
 204 }
 205
 206 /****************************************************************************/
 207
 208 #define EN0 0
 209 #define DE1 1
 210
 211 #if defined(_MSC_VER)
 212 #pragma intrinsic(_lrotr,_lrotl)
 213 #define RORc(x,n) _lrotr(x,n)
 214 #else
 215 #define RORc(x, y) silc_ror(x, y)
 216 #endif /* _MSC_VER */
 217
 218 static const SilcUInt32 bytebit[8] =
 219 {
 220     0200, 0100, 040, 020, 010, 04, 02, 01
 221 };
 222
 223 static const SilcUInt32 bigbyte[24] =
 224 {
 225     0x800000UL,  0x400000UL,  0x200000UL,  0x100000UL,
 226     0x80000UL,   0x40000UL,   0x20000UL,   0x10000UL,
 227     0x8000UL,    0x4000UL,    0x2000UL,    0x1000UL,
 228     0x800UL,     0x400UL,     0x200UL,     0x100UL,
 229     0x80UL,      0x40UL,      0x20UL,      0x10UL,
 230     0x8UL,       0x4UL,       0x2UL,       0x1L
 231 };
 232
 233 /* Use the key schedule specific in the standard (ANSI X3.92-1981) */
 234
 235 static const unsigned char pc1[56] = {
 236     56, 48, 40, 32, 24, 16,  8,  0, 57, 49, 41, 33, 25, 17,
 237      9,  1, 58, 50, 42, 34, 26, 18, 10,  2, 59, 51, 43, 35,
 238     62, 54, 46, 38, 30, 22, 14,  6, 61, 53, 45, 37, 29, 21,
 239     13,  5, 60, 52, 44, 36, 28, 20, 12,  4, 27, 19, 11,  3
 240 };
 241
 242 static const unsigned char totrot[16] = {
 243     1,   2,  4,  6,
 244     8,  10, 12, 14,
 245     15, 17, 19, 21,
 246     23, 25, 27, 28
 247 };
 248
 249 static const unsigned char pc2[48] = {
 250     13, 16, 10, 23,  0,  4,      2, 27, 14,  5, 20,  9,
 251     22, 18, 11,  3, 25,  7,     15,  6, 26, 19, 12,  1,
 252     40, 51, 30, 36, 46, 54,     29, 39, 50, 44, 32, 47,
 253     43, 48, 38, 55, 33, 52,     45, 41, 49, 35, 28, 31
 254 };
 255
 256 static const SilcUInt32 SP1[64] =
 257 {
 258     0x01010400UL, 0x00000000UL, 0x00010000UL, 0x01010404UL,
 259     0x01010004UL, 0x00010404UL, 0x00000004UL, 0x00010000UL,
 260     0x00000400UL, 0x01010400UL, 0x01010404UL, 0x00000400UL,
 261     0x01000404UL, 0x01010004UL, 0x01000000UL, 0x00000004UL,
 262     0x00000404UL, 0x01000400UL, 0x01000400UL, 0x00010400UL,
 263     0x00010400UL, 0x01010000UL, 0x01010000UL, 0x01000404UL,
 264     0x00010004UL, 0x01000004UL, 0x01000004UL, 0x00010004UL,
 265     0x00000000UL, 0x00000404UL, 0x00010404UL, 0x01000000UL,
 266     0x00010000UL, 0x01010404UL, 0x00000004UL, 0x01010000UL,
 267     0x01010400UL, 0x01000000UL, 0x01000000UL, 0x00000400UL,
 268     0x01010004UL, 0x00010000UL, 0x00010400UL, 0x01000004UL,
 269     0x00000400UL, 0x00000004UL, 0x01000404UL, 0x00010404UL,
 270     0x01010404UL, 0x00010004UL, 0x01010000UL, 0x01000404UL,
 271     0x01000004UL, 0x00000404UL, 0x00010404UL, 0x01010400UL,
 272     0x00000404UL, 0x01000400UL, 0x01000400UL, 0x00000000UL,
 273     0x00010004UL, 0x00010400UL, 0x00000000UL, 0x01010004UL
 274 };
 275
 276 static const SilcUInt32 SP2[64] =
 277 {
 278     0x80108020UL, 0x80008000UL, 0x00008000UL, 0x00108020UL,
 279     0x00100000UL, 0x00000020UL, 0x80100020UL, 0x80008020UL,
 280     0x80000020UL, 0x80108020UL, 0x80108000UL, 0x80000000UL,
 281     0x80008000UL, 0x00100000UL, 0x00000020UL, 0x80100020UL,
 282     0x00108000UL, 0x00100020UL, 0x80008020UL, 0x00000000UL,
 283     0x80000000UL, 0x00008000UL, 0x00108020UL, 0x80100000UL,
 284     0x00100020UL, 0x80000020UL, 0x00000000UL, 0x00108000UL,
 285     0x00008020UL, 0x80108000UL, 0x80100000UL, 0x00008020UL,
 286     0x00000000UL, 0x00108020UL, 0x80100020UL, 0x00100000UL,
 287     0x80008020UL, 0x80100000UL, 0x80108000UL, 0x00008000UL,
 288     0x80100000UL, 0x80008000UL, 0x00000020UL, 0x80108020UL,
 289     0x00108020UL, 0x00000020UL, 0x00008000UL, 0x80000000UL,
 290     0x00008020UL, 0x80108000UL, 0x00100000UL, 0x80000020UL,
 291     0x00100020UL, 0x80008020UL, 0x80000020UL, 0x00100020UL,
 292     0x00108000UL, 0x00000000UL, 0x80008000UL, 0x00008020UL,
 293     0x80000000UL, 0x80100020UL, 0x80108020UL, 0x00108000UL
 294 };
 295
 296 static const SilcUInt32 SP3[64] =
 297 {
 298     0x00000208UL, 0x08020200UL, 0x00000000UL, 0x08020008UL,
 299     0x08000200UL, 0x00000000UL, 0x00020208UL, 0x08000200UL,
 300     0x00020008UL, 0x08000008UL, 0x08000008UL, 0x00020000UL,
 301     0x08020208UL, 0x00020008UL, 0x08020000UL, 0x00000208UL,
 302     0x08000000UL, 0x00000008UL, 0x08020200UL, 0x00000200UL,
 303     0x00020200UL, 0x08020000UL, 0x08020008UL, 0x00020208UL,
 304     0x08000208UL, 0x00020200UL, 0x00020000UL, 0x08000208UL,
 305     0x00000008UL, 0x08020208UL, 0x00000200UL, 0x08000000UL,
 306     0x08020200UL, 0x08000000UL, 0x00020008UL, 0x00000208UL,
 307     0x00020000UL, 0x08020200UL, 0x08000200UL, 0x00000000UL,
 308     0x00000200UL, 0x00020008UL, 0x08020208UL, 0x08000200UL,
 309     0x08000008UL, 0x00000200UL, 0x00000000UL, 0x08020008UL,
 310     0x08000208UL, 0x00020000UL, 0x08000000UL, 0x08020208UL,
 311     0x00000008UL, 0x00020208UL, 0x00020200UL, 0x08000008UL,
 312     0x08020000UL, 0x08000208UL, 0x00000208UL, 0x08020000UL,
 313     0x00020208UL, 0x00000008UL, 0x08020008UL, 0x00020200UL
 314 };
 315
 316 static const SilcUInt32 SP4[64] =
 317 {
 318     0x00802001UL, 0x00002081UL, 0x00002081UL, 0x00000080UL,
 319     0x00802080UL, 0x00800081UL, 0x00800001UL, 0x00002001UL,
 320     0x00000000UL, 0x00802000UL, 0x00802000UL, 0x00802081UL,
 321     0x00000081UL, 0x00000000UL, 0x00800080UL, 0x00800001UL,
 322     0x00000001UL, 0x00002000UL, 0x00800000UL, 0x00802001UL,
 323     0x00000080UL, 0x00800000UL, 0x00002001UL, 0x00002080UL,
 324     0x00800081UL, 0x00000001UL, 0x00002080UL, 0x00800080UL,
 325     0x00002000UL, 0x00802080UL, 0x00802081UL, 0x00000081UL,
 326     0x00800080UL, 0x00800001UL, 0x00802000UL, 0x00802081UL,
 327     0x00000081UL, 0x00000000UL, 0x00000000UL, 0x00802000UL,
 328     0x00002080UL, 0x00800080UL, 0x00800081UL, 0x00000001UL,
 329     0x00802001UL, 0x00002081UL, 0x00002081UL, 0x00000080UL,
 330     0x00802081UL, 0x00000081UL, 0x00000001UL, 0x00002000UL,
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1397   },
1398 { CONST64(0x0000000000000000), CONST64(0x0000001000000000), CONST64(0x0000000040000000), CONST64(0x0000001040000000),
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1461   CONST64(0x4040400000404040), CONST64(0x4040401000404040), CONST64(0x4040400040404040), CONST64(0x4040401040404040)
1462   }};
1463
1464 static void cookey(const SilcUInt32 *raw1, SilcUInt32 *keyout);
1465
1466 static void deskey(const unsigned char *key, short edf, SilcUInt32 *keyout)
1467 {
1468     SilcUInt32 i, j, l, m, n, kn[32];
1469     unsigned char pc1m[56], pcr[56];
1470
1471     for (j=0; j < 56; j++) {
1472         l = (SilcUInt32)pc1[j];
1473         m = l & 7;
1474         pc1m[j] = (unsigned char)((key[l >> 3U] & bytebit[m]) == bytebit[m] ? 1 : 0);
1475     }
1476
1477     for (i=0; i < 16; i++) {
1478         if (edf == DE1) {
1479            m = (15 - i) << 1;
1480         } else {
1481            m = i << 1;
1482         }
1483         n = m + 1;
1484         kn[m] = kn[n] = 0L;
1485         for (j=0; j < 28; j++) {
1486             l = j + (SilcUInt32)totrot[i];
1487             if (l < 28) {
1488                pcr[j] = pc1m[l];
1489             } else {
1490                pcr[j] = pc1m[l - 28];
1491             }
1492         }
1493         for (/*j = 28*/; j < 56; j++) {
1494             l = j + (SilcUInt32)totrot[i];
1495             if (l < 56) {
1496                pcr[j] = pc1m[l];
1497             } else {
1498                pcr[j] = pc1m[l - 28];
1499             }
1500         }
1501         for (j=0; j < 24; j++)  {
1502             if ((int)pcr[(int)pc2[j]] != 0) {
1503                kn[m] |= bigbyte[j];
1504             }
1505             if ((int)pcr[(int)pc2[j+24]] != 0) {
1506                kn[n] |= bigbyte[j];
1507             }
1508         }
1509     }
1510
1511     cookey(kn, keyout);
1512 }
1513
1514 static void cookey(const SilcUInt32 *raw1, SilcUInt32 *keyout)
1515 {
1516     SilcUInt32 *cook;
1517     const SilcUInt32 *raw0;
1518     SilcUInt32 dough[32];
1519     int i;
1520
1521     cook = dough;
1522     for(i=0; i < 16; i++, raw1++)
1523     {
1524         raw0 = raw1++;
1525         *cook    = (*raw0 & 0x00fc0000L) << 6;
1526         *cook   |= (*raw0 & 0x00000fc0L) << 10;
1527         *cook   |= (*raw1 & 0x00fc0000L) >> 10;
1528         *cook++ |= (*raw1 & 0x00000fc0L) >> 6;
1529         *cook    = (*raw0 & 0x0003f000L) << 12;
1530         *cook   |= (*raw0 & 0x0000003fL) << 16;
1531         *cook   |= (*raw1 & 0x0003f000L) >> 4;
1532         *cook++ |= (*raw1 & 0x0000003fL);
1533     }
1534
1535     memcpy(keyout, dough, sizeof dough);
1536 }
1537
1538 static void desfunc(SilcUInt32 *block, const SilcUInt32 *keys)
1539 {
1540     SilcUInt32 work, right, leftt;
1541     int cur_round;
1542
1543     leftt = block[0];
1544     right = block[1];
1545
1546    {
1547       SilcUInt64 tmp;
1548       tmp = des_ip[0][byte(leftt, 0)] ^
1549             des_ip[1][byte(leftt, 1)] ^
1550             des_ip[2][byte(leftt, 2)] ^
1551             des_ip[3][byte(leftt, 3)] ^
1552             des_ip[4][byte(right, 0)] ^
1553             des_ip[5][byte(right, 1)] ^
1554             des_ip[6][byte(right, 2)] ^
1555             des_ip[7][byte(right, 3)];
1556       leftt = (SilcUInt32)(tmp >> 32);
1557       right = (SilcUInt32)(tmp & 0xFFFFFFFFUL);
1558    }
1559
1560     for (cur_round = 0; cur_round < 8; cur_round++) {
1561         work  = RORc(right, 4) ^ *keys++;
1562         leftt ^= SP7[work        & 0x3fL]
1563               ^ SP5[(work >>  8) & 0x3fL]
1564               ^ SP3[(work >> 16) & 0x3fL]
1565               ^ SP1[(work >> 24) & 0x3fL];
1566         work  = right ^ *keys++;
1567         leftt ^= SP8[ work        & 0x3fL]
1568               ^  SP6[(work >>  8) & 0x3fL]
1569               ^  SP4[(work >> 16) & 0x3fL]
1570               ^  SP2[(work >> 24) & 0x3fL];
1571
1572         work = RORc(leftt, 4) ^ *keys++;
1573         right ^= SP7[ work        & 0x3fL]
1574               ^  SP5[(work >>  8) & 0x3fL]
1575               ^  SP3[(work >> 16) & 0x3fL]
1576               ^  SP1[(work >> 24) & 0x3fL];
1577         work  = leftt ^ *keys++;
1578         right ^= SP8[ work        & 0x3fL]
1579               ^  SP6[(work >>  8) & 0x3fL]
1580               ^  SP4[(work >> 16) & 0x3fL]
1581               ^  SP2[(work >> 24) & 0x3fL];
1582     }
1583
1584    {
1585       SilcUInt64 tmp;
1586       tmp = des_fp[0][byte(leftt, 0)] ^
1587             des_fp[1][byte(leftt, 1)] ^
1588             des_fp[2][byte(leftt, 2)] ^
1589             des_fp[3][byte(leftt, 3)] ^
1590             des_fp[4][byte(right, 0)] ^
1591             des_fp[5][byte(right, 1)] ^
1592             des_fp[6][byte(right, 2)] ^
1593             des_fp[7][byte(right, 3)];
1594       leftt = (SilcUInt32)(tmp >> 32);
1595       right = (SilcUInt32)(tmp & 0xFFFFFFFFUL);
1596    }
1597
1598     block[0] = right;
1599     block[1] = leftt;
1600 }
1601
1602 int des_setup(const unsigned char *key, int keylen, int num_rounds,
1603               des_key *skey)
1604 {
1605     if (num_rounds != 0 && num_rounds != 16)
1606         return FALSE;
1607
1608     deskey(key, EN0, skey->ek);
1609     deskey(key, DE1, skey->dk);
1610
1611     return TRUE;
1612 }
1613
1614 int des3_setup(const unsigned char *key, int keylen, int num_rounds,
1615                des3_key *skey)
1616 {
1617     if (num_rounds != 0 && num_rounds != 16)
1618         return FALSE;
1619
1620     deskey(key,    EN0, skey->ek[0]);
1621     deskey(key+8,  DE1, skey->ek[1]);
1622     deskey(key+16, EN0, skey->ek[2]);
1623
1624     deskey(key,    DE1, skey->dk[2]);
1625     deskey(key+8,  EN0, skey->dk[1]);
1626     deskey(key+16, DE1, skey->dk[0]);
1627
1628     return TRUE;
1629 }
1630
1631 int des_encrypt(des_key *skey, const SilcUInt32 pt[2],
1632                 SilcUInt32 ct[2])
1633 {
1634     SilcUInt32 work[2];
1635
1636     work[0] = pt[0];
1637     work[1] = pt[1];
1638
1639     desfunc(work, skey->ek);
1640
1641     ct[0] = work[0];
1642     ct[1] = work[1];
1643
1644     return TRUE;
1645 }
1646
1647 int des_decrypt(des_key *skey, const SilcUInt32 ct[2],
1648                 SilcUInt32 pt[2])
1649 {
1650     SilcUInt32 work[2];
1651
1652     work[0] = ct[0];
1653     work[1] = ct[1];
1654
1655     desfunc(work, skey->dk);
1656
1657     pt[0] = work[0];
1658     pt[1] = work[1];
1659
1660     return TRUE;
1661 }
1662
1663 int des3_encrypt(des3_key *skey, const SilcUInt32 pt[2],
1664                  SilcUInt32 ct[2])
1665 {
1666     SilcUInt32 work[2];
1667
1668     work[0] = pt[0];
1669     work[1] = pt[1];
1670
1671     desfunc(work, skey->ek[0]);
1672     desfunc(work, skey->ek[1]);
1673     desfunc(work, skey->ek[2]);
1674
1675     ct[0] = work[0];
1676     ct[1] = work[1];
1677
1678     return TRUE;
1679 }
1680
1681 int des3_decrypt(des3_key *skey, const SilcUInt32 ct[2],
1682                  SilcUInt32 pt[2])
1683 {
1684     SilcUInt32 work[2];
1685
1686     work[0] = ct[0];
1687     work[1] = ct[1];
1688
1689     desfunc(work, skey->dk[0]);
1690     desfunc(work, skey->dk[1]);
1691     desfunc(work, skey->dk[2]);
1692
1693     pt[0] = work[0];
1694     pt[1] = work[1];
1695
1696     return TRUE;
1697 }