mugi.c

   1 /* mugi.c */
   2 /*
   3     This file is part of the AVR-Crypto-Lib.
   4     Copyright (C) 2008  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  * \file        mugi.c
  21  * \author      Daniel Otte
  22  * \email   daniel.otte@rub.de
  23  * \date        2009-02-15
  24  * \brief       implementation of the MUGI key stream generator
  25  * \license     GPLv3 or later
  26  */
  27
  28 #include <stdint.h>
  29 #include <stdlib.h>
  30 #include <string.h>
  31 #include <avr/pgmspace.h>
  32 #include "aes_sbox.h"
  33 #include "mugi.h"
  34 #include "gf256mul.h"
  35
  36 /*
  37 #include "test_src/cli.h" / * only for debugging * /
  38
  39 void dump_mugi_ctx(mugi_ctx_t* ctx){
  40         uint8_t i;
  41         cli_putstr_P(PSTR("\r\n== MUGI CTX DUMP==\r\n a:"));
  42         cli_hexdump(&(ctx->a[0]), 8);
  43         cli_putc(' ');
  44         cli_hexdump(&(ctx->a[1]), 8);
  45         cli_putc(' ');
  46         cli_hexdump(&(ctx->a[2]), 8);
  47         cli_putstr_P(PSTR("\r\n b: "));
  48         for(i=0; i<4; ++i){
  49                 cli_putstr_P(PSTR("\r\n    "));
  50                 cli_hexdump(&(ctx->b[i*4+0]), 8);
  51                 cli_putc(' ');
  52                 cli_hexdump(&(ctx->b[i*4+1]), 8);
  53                 cli_putc(' ');
  54                 cli_hexdump(&(ctx->b[i*4+2]), 8);
  55                 cli_putc(' ');
  56                 cli_hexdump(&(ctx->b[i*4+3]), 8);
  57         }
  58 }
  59 */
  60
  61 #define C0 0x08c9bcf367e6096all
  62 #define C1 0x3ba7ca8485ae67bbll
  63 #define C2 0x2bf894fe72f36e3cll
  64
  65 #define GF256MUL_2(a) (gf256mul(2, (a), 0x1b))
  66
  67 uint64_t changeendian64(uint64_t a){
  68         uint8_t r[8];
  69         r[0] = ((uint8_t*)&a)[7];
  70         r[1] = ((uint8_t*)&a)[6];
  71         r[2] = ((uint8_t*)&a)[5];
  72         r[3] = ((uint8_t*)&a)[4];
  73         r[4] = ((uint8_t*)&a)[3];
  74         r[5] = ((uint8_t*)&a)[2];
  75         r[6] = ((uint8_t*)&a)[1];
  76         r[7] = ((uint8_t*)&a)[0];
  77         return *((uint64_t*)r);
  78 }
  79
  80 static
  81 uint64_t rotl64(uint64_t a, uint8_t i){
  82         uint64_t r;
  83         r=changeendian64(a);
  84         r=(r<<i | r>>(64-i));
  85         r=changeendian64(r);
  86         return r;
  87 }
  88
  89 static
  90 uint64_t rotr64(uint64_t a, uint8_t i){
  91         uint64_t r;
  92         r=changeendian64(a);
  93         r=(r>>i | r<<(64-i));
  94         r=changeendian64(r);
  95         return r;
  96 }
  97
  98
  99 #define T(x) (((uint8_t*)&t)[(x)])
 100 #define D(y) (((uint8_t*)dest)[(y)])
 101 static void mugi_f(uint64_t* dest, uint64_t* a, uint64_t* b){
 102         uint64_t t;
 103         uint8_t i,x;
 104         t = (*a);
 105         if(b)
 106                 t ^= (*b);
 107         for(i=0; i<8; ++i)
 108                 T(i) = pgm_read_byte(aes_sbox+T(i));
 109
 110         x = T(0) ^ T(1) ^ T(2) ^ T(3);
 111         D(4) =
 112                   GF256MUL_2(T(0)^T(1))
 113                 ^ T(0)
 114                 ^ x;
 115         D(5) =
 116                   GF256MUL_2(T(1)^T(2))
 117                 ^ T(1)
 118                 ^ x;
 119         D(2) =
 120                   GF256MUL_2(T(2)^T(3))
 121                 ^ T(2)
 122                 ^ x;
 123         D(3) =
 124                   GF256MUL_2(T(3)^T(0))
 125                 ^ T(3)
 126                 ^ x;
 127         x = T(4) ^ T(5) ^ T(6) ^ T(7);
 128         D(0) =
 129                   GF256MUL_2(T(4)^T(5))
 130                 ^ T(4)
 131                 ^ x;
 132         D(1) =
 133                   GF256MUL_2(T(5)^T(6))
 134                 ^ T(5)
 135                 ^ x;
 136         D(6) =
 137                   GF256MUL_2(T(6)^T(7))
 138                 ^ T(6)
 139                 ^ x;
 140         D(7) =
 141                   GF256MUL_2(T(7)^T(4))
 142                 ^ T(7)
 143                 ^ x;
 144 }
 145
 146 static
 147 void mugi_rho(mugi_ctx_t* ctx){
 148         uint64_t t,bx;
 149         t = ctx->a[1];
 150         ctx->a[1] = ctx->a[2];
 151         ctx->a[2] = ctx->a[0];
 152         ctx->a[0] = t;
 153         mugi_f(&t, &(ctx->a[0]), &(ctx->b[4]));
 154         ctx->a[1] ^= t ^ C1;
 155         bx = rotl64(ctx->b[10], 17);
 156         mugi_f(&t, &(ctx->a[0]), &bx);
 157         ctx->a[2] ^= t ^ C2;
 158 }
 159
 160 static
 161 void mugi_rho_init(uint64_t* a){
 162         uint64_t t;
 163         t = a[1];
 164         a[1] = a[2];
 165         a[2] = a[0];
 166         a[0] = t;
 167         mugi_f(&t, &(a[0]), NULL);
 168         a[1] ^= t ^ C1;
 169         mugi_f(&t, &(a[0]), NULL);
 170         a[2] ^= t ^ C2;
 171 }
 172
 173 static
 174 void mugi_lambda(uint64_t* b, uint64_t *a){
 175         uint8_t i;
 176         uint64_t t;
 177         t=b[15];
 178         for(i=15; i!=0; --i){
 179                 b[i]=b[i-1];
 180         }
 181         b[0]   = t ^ *a;
 182         b[4]  ^= b[8];
 183         b[10] ^= rotl64(b[14], 32);
 184 }
 185
 186 void mugi_init(const void* key, const void* iv, mugi_ctx_t* ctx){
 187         uint8_t i;
 188         uint64_t a0;
 189         memcpy(ctx->a, key, 128/8);
 190         ctx->a[2] = rotl64(ctx->a[0], 7) ^ rotr64(ctx->a[1], 7) ^ C0;
 191         for(i=0; i<16;i++){
 192                 mugi_rho_init(ctx->a);
 193                 ctx->b[15-i] = ctx->a[0];
 194         }
 195         ctx->a[0] ^= ((uint64_t*)iv)[0];
 196         ctx->a[1] ^= ((uint64_t*)iv)[1];
 197         ctx->a[2] ^= rotl64(((uint64_t*)iv)[0], 7) ^ rotr64(((uint64_t*)iv)[1], 7) ^ C0;
 198         for(i=0; i<16;i++){
 199                 mugi_rho_init(ctx->a);
 200         }
 201         for(i=0; i<15;i++){
 202                 a0 = ctx->a[0];
 203                 mugi_rho(ctx);
 204                 mugi_lambda(ctx->b, &a0);
 205         }
 206         a0=0x00;
 207 }
 208
 209 uint64_t mugi_gen(mugi_ctx_t* ctx){
 210         uint64_t r;
 211         r=ctx->a[0];
 212         mugi_rho(ctx);
 213         mugi_lambda(ctx->b, &r);
 214         r=ctx->a[2];
 215         return r;
 216 }