noekeon_asm.S

   1 /* noekeon_asm.S */
   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  * noekeon assembler implementation for avr
  21  * author: Daniel Otte
  22  * email:  daniel.otte@rub.de
  23  * license: GPLv3
  24  */
  25
  26 #include <avr/io.h>
  27
  28 .macro push_all
  29         push r2
  30         push r3
  31         push r4
  32         push r5
  33         push r6
  34         push r7
  35         push r8
  36         push r9
  37         push r10
  38         push r11
  39         push r12
  40         push r13
  41         push r14
  42         push r15
  43         push r16
  44         push r17
  45         push r28
  46         push r29
  47 .endm
  48
  49 .macro pop_all
  50         pop r29
  51         pop r28
  52         pop r17
  53         pop r16
  54         pop r15
  55         pop r14
  56         pop r13
  57         pop r12
  58         pop r11
  59         pop r10
  60         pop r9
  61         pop r8
  62         pop r7
  63         pop r6
  64         pop r5
  65         pop r4
  66         pop r3
  67         pop r2
  68         clr r1
  69 .endm
  70
  71 push_all_func:
  72         pop r31
  73         pop r30
  74         push_all
  75         ijmp
  76
  77 pop_all_func:
  78     pop r31
  79     pop r30
  80     pop_all
  81     ijmp
  82
  83 .macro xchg a b
  84         eor \a, \b
  85         eor \b, \a
  86         eor \a, \b
  87 .endm
  88
  89 .macro op32 op a b
  90         \op \a\()_0, \b\()_0
  91         \op \a\()_1, \b\()_1
  92         \op \a\()_2, \b\()_2
  93         \op \a\()_3, \b\()_3
  94 .endm
  95
  96
  97 .macro op32_4t op a b c d w x y z
  98         \op \a, \w
  99         \op \b, \x
 100         \op \c, \y
 101         \op \d, \z
 102 .endm
 103
 104
 105 .macro op32_prefix op p q a b c d w x y z
 106         \op \p\()\a, \q\()\w
 107         \op \p\()\b, \q\()\x
 108         \op \p\()\c, \q\()\y
 109         \op \p\()\d, \q\()\z
 110 .endm
 111
 112 ; === bigendian_rotl32 ===
 113 ; this function rotates a 32bit bigendian word n bits to the left
 114 ;  param1: the 32-bit value
 115 ;       given in r25,r24,r23,r22 (r22 is most significant)
 116 ;  param2: the 8-bit parameter giving the number of bits to rotate
 117 ;       given in r20
 118 ;  return: the rotatet 32-bit word
 119 ;   given in r25,r24,r23,r22
 120
 121 bigendian_rotl32:
 122         /* copy high bit of r22 to carry */
 123         mov r1, r22
 124 2:
 125         rol r1
 126
 127         rol r25
 128         rol r24
 129         rol r23
 130         rol r22
 131
 132         dec r20
 133         brne 2b
 134 bigendian_rotl32_exit:
 135         clr r1
 136         ret
 137
 138
 139 /******************************************************************************/
 140
 141 ; === bigendian_rotl32 ===
 142 ; this function rotates a 32bit bigendian word n bits to the right
 143 ;  param1: the 32-bit value
 144 ;       given in r25,r24,r23,r22 (r22 is most significant)
 145 ;  param2: the 8-bit parameter giving the number of bits to rotate
 146 ;       given in r20
 147 ;  return: the rotatet 32-bit word
 148 ;   given in r25,r24,r23,r22
 149
 150 bigendian_rotr32:
 151         /* copy high bit of r25 to carry */
 152
 153         mov r1, r25
 154 2:
 155         ror r1
 156
 157         ror r22
 158         ror r23
 159         ror r24
 160         ror r25
 161         dec r20
 162         brne 2b
 163 bigendian_rotr32_exit:
 164         clr r1
 165         ret
 166
 167 /******************************************************************************/
 168 /*
 169 void theta(uint32_t* k, uint32_t* a){
 170         uint32_t temp;
 171         temp = a[0] ^ a[2]; temp ^= ROTR32(temp, 8) ^ ROTL32(temp, 8);
 172         a[1] ^= temp;
 173         a[3] ^= temp;
 174
 175         a[0] ^= k[0];
 176         a[1] ^= k[1];
 177         a[2] ^= k[2];
 178         a[3] ^= k[3];
 179
 180         temp = a[1] ^ a[3]; temp ^= ROTR32(temp, 8) ^ ROTL32(temp, 8);
 181         a[0] ^= temp;
 182         a[2] ^= temp;
 183 }
 184 */
 185
 186 round_const: .byte    0x1B, 0x36, 0x6C, 0xD8, 0xAB, 0x4D, 0x9A, \
 187                     0x2F, 0x5E, 0xBC, 0x63, 0xC6, 0x97, 0x35, 0x6A, \
 188                 0xD4
 189
 190 ;-- a[0]
 191 state0_0 =  2
 192 state0_1 =  3
 193 state0_2 =  4
 194 state0_3 =  5
 195 ;-- a[1]
 196 state1_0 =  6
 197 state1_1 =  7
 198 state1_2 =  8
 199 state1_3 =  9
 200 ;-- a[2]
 201 state2_0 = 10
 202 state2_1 = 11
 203 state2_2 = 12
 204 state2_3 = 13
 205 ;-- a[3]
 206 state3_0 = 14
 207 state3_1 = 15
 208 state3_2 = 16
 209 state3_3 = 17
 210
 211 ; === theta ===
 212 ;
 213 ;  param1: the state in r2-r17
 214 ;  param2: pointer to k in X (r26,r27)
 215 ;
 216 temp_a = 18
 217 temp_b = 19
 218 temp_c = 20
 219 temp_d = 21
 220
 221 theta:
 222         /* temp = a[0] ^ a[2]; temp ^= temp>>>8 ^ temp<<<8 */
 223         op32_prefix mov, temp_, state0_, a,b,c,d, 0,1,2,3
 224         op32_prefix eor, temp_, state2_, a,b,c,d, 0,1,2,3
 225
 226         mov r1, temp_a
 227         eor r1, temp_b
 228         eor r1, temp_c
 229         eor r1, temp_d
 230
 231         op32_prefix eor, temp_, r, a,b,c,d, 1,1,1,1
 232
 233         /* temp is know a little bit mixed c,d,a,b (if abcd is normal order) */
 234         /* a[1] ^= temp */
 235         eor state1_0, temp_c
 236         eor state1_1, temp_d
 237         eor state1_2, temp_a
 238         eor state1_3, temp_b
 239         /* a[3] ^= temp */
 240         eor state3_0, temp_c
 241         eor state3_1, temp_d
 242         eor state3_2, temp_a
 243         eor state3_3, temp_b
 244
 245         /* state ^ k (X points to K) */
 246         ldi r28, 2
 247         clr r29 /* Y points to r2 aka state0_0 */
 248         ldi temp_a, 16
 249 1:
 250         ld r1, X+
 251         ld r0, Y
 252         eor r1, r0
 253         st Y+, r1
 254         dec temp_a
 255         brne 1b
 256         sbiw r26, 16 /* set X back to key */
 257
 258         mov temp_a, state1_0
 259         mov temp_b, state1_1
 260         mov temp_c, state1_2
 261         mov temp_d, state1_3
 262         eor temp_a, state3_0
 263         eor temp_b, state3_1
 264         eor temp_c, state3_2
 265         eor temp_d, state3_3
 266         mov r1, temp_a
 267         eor r1, temp_b
 268         eor r1, temp_c
 269         eor r1, temp_d
 270         eor temp_a, r1
 271         eor temp_b, r1
 272         eor temp_c, r1
 273         eor temp_d, r1
 274         /* temp is know a little bit mixed c,d,a,b (if abcd is normal order) */
 275         /* a[0] ^= temp */
 276         eor state0_0, temp_c
 277         eor state0_1, temp_d
 278         eor state0_2, temp_a
 279         eor state0_3, temp_b
 280         /* a[2] ^= temp */
 281         eor state2_0, temp_c
 282         eor state2_1, temp_d
 283         eor state2_2, temp_a
 284         eor state2_3, temp_b
 285
 286         clr r1
 287         ret
 288
 289 /******************************************************************************/
 290 #ifndef NOEKEON_NO_ENC
 291 ; === noekeon_enc ===
 292 ;
 293 ;  param1: pointer to buffer (r24,r25)
 294 ;  param2: pointer to k (r22,r23)
 295 ;
 296 .global noekeon_enc
 297 noekeon_enc:
 298         rcall push_all_func
 299         /* load state */
 300         movw r26, r22
 301         ldi r28, 2
 302         clr r29 /* Y points at r2 aka state0_0 */
 303         movw r30, r24 /* Z points at state */
 304         push r30
 305         push r31
 306         ldi r22, 16
 307         push r22 /* 16 is also the number of rounds and gets pushed here */
 308 1:
 309         ld r0, Z+
 310         st Y+, r0
 311         dec r22
 312         brne 1b
 313         /* state loaded */
 314         push r1 /* push round constan2 (0x00) */
 315         ldi r20, 0x80
 316         push r20 /* push round constan2 (0x00) */
 317         rjmp 3f
 318 2:
 319         ldi r30, lo8(round_const+15)
 320         ldi r31, hi8(round_const+15)
 321         sub r30, r22
 322         sbci r31, 0
 323         clr r1
 324         push r1
 325         lpm r0, Z
 326         push r0
 327 3:
 328         rcall round /* pops rc2 & rc1 */
 329         pop r22
 330         dec r22
 331         push r22
 332         brne 2b
 333
 334         pop r22
 335
 336         ldi r22, 0xD4
 337         eor state0_3, r22
 338         rcall theta
 339
 340         pop r31
 341         pop r30
 342         clr r29
 343         ldi r28, 2
 344         ldi r22, 16
 345 1:
 346         ld r0, Y+
 347         st Z+, r0
 348         dec r22
 349         brne 1b
 350
 351         rcall pop_all_func
 352         ret
 353 #endif
 354 /******************************************************************************/
 355 /******************************************************************************/
 356 #ifndef NOEKEON_NO_DEC
 357
 358 ; === noekeon_dec ===
 359 ;
 360 ;  param1: pointer to buffer/state (r24,r25)
 361 ;  param2: pointer to k  (r22,r23)
 362 ;
 363 .global noekeon_dec
 364 noekeon_dec:
 365         rcall push_all_func
 366         /* allocate 16 bytes on the stack */
 367         in r30, _SFR_IO_ADDR(SPL)
 368         in r31, _SFR_IO_ADDR(SPH)
 369         sbiw r30, 16
 370         out  _SFR_IO_ADDR(SPH), r31
 371         out  _SFR_IO_ADDR(SPL), r30
 372
 373         adiw r30, 1
 374         /* push state pointer */
 375         push r24
 376         push r25
 377         movw r26, r22 /* move key ptr to X */
 378
 379         /* set stackkey to zero */
 380         ldi r22, 16
 381 1:      st Z+, r1
 382         dec r22
 383         brne 1b
 384
 385         /* copy key to state */
 386         clr r29
 387         ldi r28, 2
 388         ldi r22, 16
 389 1:  ld r0, X+
 390         st Y+, r0
 391         dec r22
 392         brne 1b
 393
 394         movw r26, r30
 395         sbiw r26, 16 /* set X back to begining of stack key */
 396         rcall theta
 397
 398         /* mov state to stackkey */
 399         clr r29
 400         ldi r28,  2
 401         ldi r22, 16
 402 1:      ld r0, Y+
 403         st X+, r0
 404         dec r22
 405         brne 1b
 406         sbiw r26, 16 /* set X back to begining of stack key */
 407
 408         /* move data from stateptr to state */
 409         pop r31
 410         pop r30
 411         push r30
 412         push r31
 413         clr r29
 414         ldi r28,  2
 415         ldi r22, 16
 416         push r22
 417 1:      ld r0, Z+
 418         st Y+, r0
 419         dec r22
 420         brne 1b
 421
 422 ;--- snip 8< ----
 423
 424         ldi r20, 0xD4
 425         push r20 /* push round constant2 (0xD4) */
 426         push r22 /* push round constan1 (0x00) */
 427         rjmp 3f
 428 2:
 429         ldi r30, lo8(round_const-1)
 430         ldi r31, hi8(round_const-1)
 431         clr r1
 432         add r30, r22
 433         adc r31, r1
 434         lpm r0, Z
 435         push r0
 436         push r1
 437 3:
 438         rcall round /* pops rc2 & rc1 */
 439         pop r22
 440         dec r22
 441         push r22
 442         brne 2b
 443 ;----
 444         pop r22
 445
 446         rcall theta
 447         ldi r22, 0x80
 448         eor state0_3, r22
 449
 450 write_state_back:
 451         /* write state back */
 452         pop r31 /* pop state pointer */
 453         pop r30
 454         clr r29
 455         ldi r28, 2
 456         ldi r22, 16
 457 1:
 458         ld r0, Y+
 459         st Z+, r0
 460         dec r22
 461         brne 1b
 462
 463         /* remove key from stack */
 464         in r30, _SFR_IO_ADDR(SPL)
 465         in r31, _SFR_IO_ADDR(SPH)
 466         adiw r30, 16
 467         out  _SFR_IO_ADDR(SPH), r31
 468         out  _SFR_IO_ADDR(SPL), r30
 469         rcall pop_all_func
 470         ret
 471 #endif
 472 /******************************************************************************/
 473
 474
 475 round:
 476         pop r24
 477         pop r25
 478         pop r1
 479         eor state0_3, r1
 480         rcall theta
 481         pop r1
 482         eor state0_3, r1
 483         push r25
 484         push r24
 485 pi_gamma_pi:
 486         ldi r30, pm_lo8(bigendian_rotl32)
 487         ldi r31, pm_hi8(bigendian_rotl32)
 488         rcall pi
 489         /* pi1 done; now gamma */
 490         rcall gamma_1
 491         /* a[0] <-> a[3] */
 492         xchg state0_0, state3_0
 493         xchg state0_1, state3_1
 494         xchg state0_2, state3_2
 495         xchg state0_3, state3_3
 496         /* a[2] ^= a[0] ^ a[1] ^ a[3] */
 497         op32 eor, state2, state0
 498         op32 eor, state2, state1
 499         op32 eor, state2, state3
 500
 501         rcall gamma_1
 502         ldi r30, pm_lo8(bigendian_rotr32)
 503         ldi r31, pm_hi8(bigendian_rotr32)
 504         rcall pi
 505         ret
 506
 507 gamma_1:
 508         /* a[1] ^= ~(a[3]|a[2])*/
 509         mov r1, state3_0
 510         or  r1, state2_0
 511         com r1
 512         eor state1_0, r1
 513
 514         mov r1, state3_1
 515         or  r1, state2_1
 516         com r1
 517         eor state1_1, r1
 518
 519         mov r1, state3_2
 520         or  r1, state2_2
 521         com r1
 522         eor state1_2, r1
 523
 524         mov r1, state3_3
 525         or  r1, state2_3
 526         com r1
 527         eor state1_3, r1
 528
 529         /* a[0] ^= a[2]&a[1] */
 530         mov r1, state2_0
 531         and r1, state1_0
 532         eor state0_0, r1
 533
 534         mov r1, state2_1
 535         and r1, state1_1
 536         eor state0_1, r1
 537
 538         mov r1, state2_2
 539         and r1, state1_2
 540         eor state0_2, r1
 541
 542         mov r1, state2_3
 543         and r1, state1_3
 544         eor state0_3, r1
 545         ret
 546
 547 pi:
 548         /* a[1] <<<= 1*/
 549         mov r22, state1_0
 550         mov r23, state1_1
 551         mov r24, state1_2
 552         mov r25, state1_3
 553         ldi r20, 1
 554         icall
 555         mov state1_0, r22
 556         mov state1_1, r23
 557         mov state1_2, r24
 558         mov state1_3, r25
 559         /* a[2] <<<= 5*/
 560         mov r22, state2_0
 561         mov r23, state2_1
 562         mov r24, state2_2
 563         mov r25, state2_3
 564         ldi r20, 5
 565         icall
 566         mov state2_0, r22
 567         mov state2_1, r23
 568         mov state2_2, r24
 569         mov state2_3, r25
 570         /* a[3] <<<= 2*/
 571         mov r22, state3_0
 572         mov r23, state3_1
 573         mov r24, state3_2
 574         mov r25, state3_3
 575         ldi r20, 2
 576         icall
 577         mov state3_0, r22
 578         mov state3_1, r23
 579         mov state3_2, r24
 580         mov state3_3, r25
 581         ret
 582
 583 /******************************************************************************/
 584
 585 /*
 586 void noekeon_init(void* key, noekeon_ctx_t* ctx){
 587         uint8_t nullv[16];
 588
 589         memset(nullv, 0, 16);
 590         memcpy(ctx, key, 16);
 591         noekeon_enc(ctx, nullv);
 592 }
 593 */
 594
 595 #ifndef NOEKEON_NO_INIT
 596
 597 .global noekeon_init
 598 noekeon_init:
 599 ; === noekeon_init ===
 600 ;
 601 ;  param1: pointer to key (r24,r25)
 602 ;  param2: pointer to context  (r22,r23)
 603 ;
 604         in r30, _SFR_IO_ADDR(SPL)
 605         in r31, _SFR_IO_ADDR(SPH)
 606         sbiw r30, 16
 607         out  _SFR_IO_ADDR(SPH), r31
 608         out  _SFR_IO_ADDR(SPL), r30
 609
 610         movw r26, r22
 611         adiw r30, 1
 612         movw r22, r30
 613         /* set nullv(stack) to zero */
 614         ldi r20, 16
 615 1:      st Z+, r1
 616         dec r20
 617         brne 1b
 618
 619         /* copy key data to ctx */
 620         movw r30, r24
 621         ldi r20, 16
 622 1:      ld r1, Z+
 623         st X+, r1
 624         dec r20
 625         brne 1b
 626         clr r1
 627
 628         sbiw r26, 16
 629         movw r24, r26
 630         rcall noekeon_enc
 631
 632         in r30, _SFR_IO_ADDR(SPL)
 633         in r31, _SFR_IO_ADDR(SPH)
 634         adiw r30, 16
 635         out  _SFR_IO_ADDR(SPH), r31
 636         out  _SFR_IO_ADDR(SPL), r30
 637         ret
 638
 639 #endif
 640
 641