keccak/keccak.c

   1 /* keecak.c */
   2 /*
   3     This file is part of the ARM-Crypto-Lib.
   4     Copyright (C) 2006-2010  Daniel Otte (daniel.otte@rub.de)
   5
   6     This program is free software: you can redistribute it and/or modify
   7     it under the terms of the GNU General Public License as published by
   8     the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
   9     (at your option) any later version.
  10
  11     This program is distributed in the hope that it will be useful,
  12     but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13     MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  14     GNU General Public License for more details.
  15
  16     You should have received a copy of the GNU General Public License
  17     along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  18 */
  19
  20 #include <stdint.h>
  21 #include <stdlib.h>
  22 #include <string.h>
  23 #include "memxor.h"
  24 #include "keccak.h"
  25
  26 #ifdef DEBUG
  27 #  undef DEBUG
  28 #endif
  29
  30 #define DEBUG 0
  31
  32 #if DEBUG
  33 #include "cli.h"
  34
  35 void keccak_dump_state(uint64_t a[5][5]){
  36         uint8_t i,j;
  37         for(i=0; i<5; ++i){
  38                 cli_putstr("\r\n");
  39                 cli_putc('0'+i);
  40                 cli_putstr(": ");
  41                 for(j=0; j<5; ++j){
  42                         cli_hexdump_rev(&(a[i][j]), 8);
  43                         cli_putc(' ');
  44                 }
  45         }
  46 }
  47
  48 void keccak_dump_ctx(keccak_ctx_t* ctx){
  49         keccak_dump_state(ctx->a);
  50         cli_putstr("\r\nDBG: r: ");
  51         cli_hexdump_rev(&(ctx->r), 2);
  52         cli_putstr("\t c: ");
  53         cli_hexdump_rev(&(ctx->c), 2);
  54         cli_putstr("\t d: ");
  55         cli_hexdump(&(ctx->d), 1);
  56         cli_putstr("\t bs: ");
  57         cli_hexdump(&(ctx->bs), 1);
  58 }
  59
  60 #endif
  61
  62 static const uint64_t rc[] = {
  63        0x0000000000000001LL, 0x0000000000008082LL,
  64        0x800000000000808ALL, 0x8000000080008000LL,
  65        0x000000000000808BLL, 0x0000000080000001LL,
  66        0x8000000080008081LL, 0x8000000000008009LL,
  67        0x000000000000008ALL, 0x0000000000000088LL,
  68        0x0000000080008009LL, 0x000000008000000ALL,
  69        0x000000008000808BLL, 0x800000000000008BLL,
  70        0x8000000000008089LL, 0x8000000000008003LL,
  71        0x8000000000008002LL, 0x8000000000000080LL,
  72        0x000000000000800ALL, 0x800000008000000ALL,
  73        0x8000000080008081LL, 0x8000000000008080LL,
  74        0x0000000080000001LL, 0x8000000080008008LL
  75 };
  76
  77 uint64_t rotl64(uint64_t a, uint8_t r){
  78          return (a<<r)|(a>>(64-r));
  79 }
  80
  81 static const uint8_t r[5][5] = {
  82                 {  0, 36,  3, 41, 18 },
  83                 {  1, 44, 10, 45,  2 },
  84                 { 62,  6, 43, 15, 61 },
  85                 { 28, 55, 25, 21, 56 },
  86                 { 27, 20, 39,  8, 14 }
  87 };
  88
  89 void keccak_round(uint64_t a[5][5], uint8_t rci){
  90         uint64_t b[5][5];
  91         uint8_t i,j;
  92         /* theta */
  93         for(i=0; i<5; ++i){
  94                 b[i][0] = a[0][i] ^ a[1][i] ^ a[2][i] ^ a[3][i] ^ a[4][i];
  95         }
  96         for(i=0; i<5; ++i){
  97                 b[i][1] = b[(4+i)%5][0] ^ rotl64(b[(i+1)%5][0], 1);
  98         }
  99         for(i=0; i<5; ++i){
 100                 for(j=0; j<5; ++j){
 101                         a[j][i] ^= b[i][1];
 102                 }
 103         }
 104 #if DEBUG
 105         cli_putstr("\r\nAfter theta:");
 106         keccak_dump_state(a);
 107 #endif
 108         /* rho & pi */
 109         for(i=0; i<5; ++i){
 110                 for(j=0; j<5; ++j){
 111                         b[(2*i+3*j)%5][j] = rotl64(a[j][i], r[i][j]);
 112                 }
 113         }
 114 #if DEBUG
 115         cli_putstr("\r\n--- after rho & pi ---");
 116         keccak_dump_state(a);
 117 #endif
 118         /* chi */
 119         for(i=0; i<5; ++i){
 120                 for(j=0; j<5; ++j){
 121                         a[j][i] =  b[j][i] ^ ((~(b[j][(i+1)%5]))&(b[j][(i+2)%5]));
 122                 }
 123         }
 124 #if DEBUG
 125         cli_putstr("\r\nAfter chi:");
 126         keccak_dump_state(a);
 127 #endif
 128         /* iota */
 129         uint64_t t;
 130         t= rc[rci];
 131         a[0][0] ^= t;
 132 #if DEBUG
 133         cli_putstr("\r\nAfter iota:");
 134         keccak_dump_state(a);
 135 #endif
 136 }
 137
 138 void keccak_f1600(uint64_t a[5][5]){
 139         uint8_t i=0;
 140         do{
 141 #if DEBUG
 142                 cli_putstr("\r\n\r\n--- Round ");
 143                 cli_hexdump(&i, 1);
 144                 cli_putstr(" ---");
 145 #endif
 146                 keccak_round(a, i);
 147         }while(++i<24);
 148 }
 149
 150 void keccak_nextBlock(keccak_ctx_t* ctx, const void* block){
 151         memxor(ctx->a, block, ctx->bs);
 152         keccak_f1600(ctx->a);
 153 }
 154
 155 void keccak_lastBlock(keccak_ctx_t* ctx, const void* block, uint16_t length_b){
 156         while(length_b>=ctx->r){
 157                 keccak_nextBlock(ctx, block);
 158                 block = (uint8_t*)block + ctx->bs;
 159                 length_b -=  ctx->r;
 160         }
 161         uint8_t tmp[ctx->bs];
 162         uint8_t pad[3];
 163         memset(tmp, 0x00, ctx->bs);
 164         memcpy(tmp, block, (length_b+7)/8);
 165         /* appand 1 */
 166         if(length_b&7){
 167                 /* we have some single bits */
 168                 uint8_t t;
 169                 t = tmp[length_b/8]>>(8-(length_b&7));
 170                 t |= 0x01<<(length_b&7);
 171                 tmp[length_b/8] = t;
 172         }else{
 173                 tmp[length_b/8] = 0x01;
 174         }
 175         pad[0] = ctx->d;
 176         pad[1] = ctx->bs;
 177         pad[2] = 0x01;
 178         if(length_b/8+1+3<=ctx->bs){
 179                 memcpy(tmp+length_b/8+1, pad, 3);
 180         }else{
 181                 if(length_b/8+1+2<=ctx->bs){
 182                         memcpy(tmp+length_b/8+1, pad, 2);
 183                         keccak_nextBlock(ctx, tmp);
 184                         memset(tmp, 0x00, ctx->bs);
 185                         tmp[0]=0x01;
 186                 }else{
 187                         if(length_b/8+1+1<=ctx->bs){
 188                                 memcpy(tmp+length_b/8+1, pad, 1);
 189                                 keccak_nextBlock(ctx, tmp);
 190                                 memset(tmp, 0x00, ctx->bs);
 191                                 tmp[0] = ctx->bs;
 192                                 tmp[1] = 0x01;
 193                         }else{
 194                                 keccak_nextBlock(ctx, tmp);
 195                                 memset(tmp, 0x00, ctx->bs);
 196                                 tmp[0] = ctx->d;
 197                                 tmp[1] = ctx->bs;
 198                                 tmp[2] = 0x01;
 199                         }
 200                 }
 201         }
 202         keccak_nextBlock(ctx, tmp);
 203 }
 204
 205 void keccak_ctx2hash(void* dest, uint16_t length_b, keccak_ctx_t* ctx){
 206         while(length_b>=ctx->r){
 207                 memcpy(dest, ctx->a, ctx->bs);
 208                 dest = (uint8_t*)dest + ctx->bs;
 209                 length_b -= ctx->r;
 210                 keccak_f1600(ctx->a);
 211         }
 212         memcpy(dest, ctx->a, (length_b+7)/8);
 213 }
 214
 215 void keccak224_ctx2hash(void* dest, keccak_ctx_t* ctx){
 216         keccak_ctx2hash(dest, 224, ctx);
 217 }
 218
 219 void keccak256_ctx2hash(void* dest, keccak_ctx_t* ctx){
 220         keccak_ctx2hash(dest, 256, ctx);
 221 }
 222
 223 void keccak384_ctx2hash(void* dest, keccak_ctx_t* ctx){
 224         keccak_ctx2hash(dest, 384, ctx);
 225 }
 226
 227 void keccak512_ctx2hash(void* dest, keccak_ctx_t* ctx){
 228         keccak_ctx2hash(dest, 512, ctx);
 229 }
 230
 231 /*
 232 1. SHA3-224: ⌊Keccak[r = 1152, c = 448, d = 28]⌋224
 233 2. SHA3-256: ⌊Keccak[r = 1088, c = 512, d = 32]⌋256
 234 3. SHA3-384: ⌊Keccak[r = 832, c = 768, d = 48]⌋384
 235 4. SHA3-512: ⌊Keccak[r = 576, c = 1024, d = 64]⌋512
 236 */
 237 void keccak_init(uint16_t r, uint16_t c, uint8_t d, keccak_ctx_t* ctx){
 238         memset(ctx->a, 0x00, 5*5*8);
 239         ctx->r = r;
 240         ctx->c = c;
 241         ctx->d = d;
 242         ctx->bs = (uint8_t)(r/8);
 243 }
 244
 245 void keccak224_init(keccak_ctx_t* ctx){
 246         keccak_init(1152, 448, 28, ctx);
 247 }
 248
 249 void keccak256_init(keccak_ctx_t* ctx){
 250         keccak_init(1088, 512, 32, ctx);
 251 }
 252
 253 void keccak384_init(keccak_ctx_t* ctx){
 254         keccak_init( 832, 768, 48, ctx);
 255 }
 256
 257 void keccak512_init(keccak_ctx_t* ctx){
 258         keccak_init( 576, 1024, 64, ctx);
 259 }