threefish1024_enc_asm.S

   1 /* threefish1024_enc_asm.S */
   2 /*
   3     This file is part of the AVR-Crypto-Lib.
   4     Copyright (C) 2009  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  * \author  Daniel Otte
  21  * \email   daniel.otte@rub.de
  22  * \date    2009-03-24
  23  * \license GPLv3 or later
  24  */
  25
  26 #include "avr-asm-macros.S"
  27
  28 /******************************************************************************/
  29 A0 = 14
  30 A1 = 15
  31 A2 = 16
  32 A3 = 17
  33 A4 = 18
  34 A5 = 19
  35 A6 = 20
  36 A7 = 21
  37 /*
  38 #define THREEFISH_KEY_CONST 0x5555.5555.5555.5555.LL / * 2**64/3 * /
  39
  40 #define K(s) (((uint64_t*)key)[(s)])
  41 #define T(s) (((uint64_t*)tweak)[(s)])
  42 void threefish1024_init(const void *key, const void *tweak, threefish512_ctx_t *ctx){
  43         memcpy(ctx->k, key, 16*8);
  44         memcpy(ctx->t, tweak, 2*8);
  45         uint8_t i;
  46         ctx->k[16] = THREEFISH_KEY_CONST;
  47         for(i=0; i<8; ++i){
  48                 ctx->k[16] ^= K(i);
  49         }
  50         ctx->t[2] = T(0) ^ T(1);
  51 }
  52 */
  53 /*
  54  * param key:   r24:r25
  55  * param tweak: r22:r23
  56  * param ctx:   r20:r21
  57  */
  58 .global threefish1024_init
  59 threefish1024_init:
  60         push_range 14, 17
  61         movw r30, r20
  62         movw r26, r24
  63         ldi r24, 16
  64 ;       ldi A7, 0x55
  65 ;       mov A6, A7
  66 ;       movw A4, A6
  67 ;       movw A2, A6
  68 ;       movw A0, A6
  69         ldi A6, 0x22 ; 0x1BD1.1BDA.A9FC.1A22
  70         ldi A7, 0x1A
  71         movw A0, A6
  72         ldi A2, 0xFC
  73         ldi A3, 0xA9
  74         ldi A4, 0xDA
  75         ldi A5, 0x1B
  76         ldi A6, 0xD1
  77         ldi A7, 0x1B
  78 1:
  79         ld r0, X+
  80         st Z+, r0
  81         eor A0, r0
  82         ld r0, X+
  83         st Z+, r0
  84         eor A1, r0
  85         ld r0, X+
  86         st Z+, r0
  87         eor A2, r0
  88         ld r0, X+
  89         st Z+, r0
  90         eor A3, r0
  91         ld r0, X+
  92         st Z+, r0
  93         eor A4, r0
  94         ld r0, X+
  95         st Z+, r0
  96         eor A5, r0
  97         ld r0, X+
  98         st Z+, r0
  99         eor A6, r0
 100         ld r0, X+
 101         st Z+, r0
 102         eor A7, r0
 103         dec r24
 104         brne 1b
 105         st Z+, A0
 106         st Z+, A1
 107         st Z+, A2
 108         st Z+, A3
 109         st Z+, A4
 110         st Z+, A5
 111         st Z+, A6
 112         st Z+, A7
 113         /* now the tweak */
 114         movw r26, r22
 115         tst r27
 116         brne 3f
 117         tst r26
 118         brne 3f
 119         ldi r26, 3*8
 120 1:
 121         st Z+, r1
 122         dec r26
 123         brne 1b
 124         rjmp 9f
 125 3:
 126         ld A0, X+
 127         ld A1, X+
 128         ld A2, X+
 129         ld A3, X+
 130         ld A4, X+
 131         ld A5, X+
 132         ld A6, X+
 133         ld A7, X+
 134         st Z+, A0
 135         st Z+, A1
 136         st Z+, A2
 137         st Z+, A3
 138         st Z+, A4
 139         st Z+, A5
 140         st Z+, A6
 141         st Z+, A7
 142         ld r0, X+
 143         eor A0, r0
 144         st Z+, r0
 145         ld r0, X+
 146         eor A1, r0
 147         st Z+, r0
 148         ld r0, X+
 149         eor A2, r0
 150         st Z+, r0
 151         ld r0, X+
 152         eor A3, r0
 153         st Z+, r0
 154         ld r0, X+
 155         eor A4, r0
 156         st Z+, r0
 157         ld r0, X+
 158         eor A5, r0
 159         st Z+, r0
 160         ld r0, X+
 161         eor A6, r0
 162         st Z+, r0
 163         ld r0, X+
 164         eor A7, r0
 165         st Z+, r0
 166         st Z+, A0
 167         st Z+, A1
 168         st Z+, A2
 169         st Z+, A3
 170         st Z+, A4
 171         st Z+, A5
 172         st Z+, A6
 173         st Z+, A7
 174 9:
 175         pop_range 14, 17
 176         ret
 177
 178 /******************************************************************************/
 179 /*
 180 #define X(a) (((uint64_t*)data)[(a)])
 181 void permute_16(void *data){
 182         uint64_t t;
 183         t = X(1);
 184         X(1) = X(9);
 185         X(9) = X(7);
 186         X(7) = X(15);
 187         X(15) = t;
 188         t = X(3);
 189         X(3) = X(13);
 190         X(13) = X(5);
 191         X(5) = X(11);
 192         X(11) = t;
 193         t = X(4);
 194         X(4) = X(6);
 195         X(6) = t;
 196         t = X(8);
 197         X(8) = X(10);
 198         X(10) = X(12);
 199         X(12) = X(14);
 200         X(14) = t;
 201 }
 202 void add_key_16(void *data, const threefish1024_ctx_t *ctx, uint8_t s){
 203         uint8_t i;
 204         for(i=0; i<13; ++i){
 205                 X(i) += ctx->k[(s+i)%17];
 206         }
 207         X(13) += ctx->k[(s+13)%17] + ctx->t[s%3];
 208         X(14) += ctx->k[(s+14)%17] + ctx->t[(s+1)%3];
 209         X(15) += ctx->k[(s+15)%17] + s;
 210 }
 211 void threefish1024_enc(void *data, const threefish1024_ctx_t *ctx){
 212         uint8_t i=0,s=0;
 213         uint8_t r0[8] = {55, 25, 33, 34, 28, 17, 58, 47};
 214         uint8_t r1[8] = {43, 25,  8, 43,  7,  6,  7, 49};
 215         uint8_t r2[8] = {37, 46, 18, 25, 47, 18, 32, 27};
 216         uint8_t r3[8] = {40, 13, 57, 60, 48, 25, 45, 58};
 217         uint8_t r4[8] = {16, 14, 21, 44, 51, 43, 19, 37};
 218         uint8_t r5[8] = {22, 13, 12,  9,  9, 42, 18, 48};
 219         uint8_t r6[8] = {38, 52, 32, 59, 35, 40,  2, 53};
 220         uint8_t r7[8] = {12, 57, 54, 34, 41, 15, 56, 56};
 221         do{
 222                 if(i%4==0){
 223                         add_key_16(data, ctx, s);
 224                         ++s;
 225                 }
 226                 threefish_mix((uint8_t*)data +  0, r0[i%8]);
 227                 threefish_mix((uint8_t*)data + 16, r1[i%8]);
 228                 threefish_mix((uint8_t*)data + 32, r2[i%8]);
 229                 threefish_mix((uint8_t*)data + 48, r3[i%8]);
 230                 threefish_mix((uint8_t*)data + 64, r4[i%8]);
 231                 threefish_mix((uint8_t*)data + 80, r5[i%8]);
 232                 threefish_mix((uint8_t*)data + 96, r6[i%8]);
 233                 threefish_mix((uint8_t*)data +112, r7[i%8]);
 234                 permute_16(data);
 235                 ++i;
 236         }while(i!=80);
 237         add_key_16(data, ctx, s);
 238 }
 239 */
 240 I     =  2
 241 S     =  3
 242 DATA0 =  4
 243 DATA1 =  5
 244 CTX0  =  6
 245 CTX1  =  7
 246 IDX0  =  8
 247 IDX1  =  9
 248 IDX2  = 10
 249 IDX3  = 11
 250 IDX4  = 12
 251 IDX5  = 13
 252 IDX6  = 14
 253 IDX7  = 15
 254
 255 /*
 256  * param data:  r24:r25
 257  * param ctx:   r22:r23
 258  */
 259 .global threefish1024_enc
 260 threefish1024_enc:
 261         push r28
 262         push r29
 263         push_range 2, 17
 264         movw DATA0, r24
 265         movw CTX0, r22
 266         clr I
 267         clr S
 268 1:
 269         mov r30,  I
 270         andi r30, 0x03
 271         breq 2f
 272         rjmp 4f
 273 2:
 274         ldi r30, lo8(threefish1024_slut17)
 275         ldi r31, hi8(threefish1024_slut17)
 276         add r30, S
 277         adc r31, r1
 278         lpm IDX0, Z+
 279         lpm IDX1, Z+
 280         lpm IDX2, Z+
 281         lpm IDX3, Z+
 282         lpm IDX4, Z+
 283         lpm IDX5, Z+
 284         lpm IDX6, Z+
 285         lpm IDX7, Z
 286         movw r30, CTX0
 287         movw r26, DATA0
 288         add r30, IDX0
 289         adc r31, r1
 290         rcall add_z_to_x8
 291         movw r30, CTX0
 292         add r30, IDX1
 293         adc r31, r1
 294         rcall add_z_to_x8
 295         movw r30, CTX0
 296         add r30, IDX2
 297         adc r31, r1
 298         rcall add_z_to_x8
 299         movw r30, CTX0
 300         add r30, IDX3
 301         adc r31, r1
 302         rcall add_z_to_x8
 303         movw r30, CTX0
 304         add r30, IDX4
 305         adc r31, r1
 306         rcall add_z_to_x8
 307         movw r30, CTX0
 308         add r30, IDX5
 309         adc r31, r1
 310         rcall add_z_to_x8
 311         movw r30, CTX0
 312         add r30, IDX6
 313         adc r31, r1
 314         rcall add_z_to_x8
 315         movw r30, CTX0
 316         add r30, IDX7
 317         adc r31, r1
 318         rcall add_z_to_x8
 319         /* second half */
 320         ldi r30, lo8(threefish1024_slut17)
 321         ldi r31, hi8(threefish1024_slut17)
 322         add r30, S
 323         adc r31, r1
 324         adiw r30, 8
 325         lpm IDX0, Z+
 326         lpm IDX1, Z+
 327         lpm IDX2, Z+
 328         lpm IDX3, Z+
 329         lpm IDX4, Z+
 330         lpm IDX5, Z+
 331         lpm IDX6, Z+
 332         lpm IDX7, Z
 333         movw r30, CTX0
 334         add r30, IDX0
 335         adc r31, r1
 336         rcall add_z_to_x8
 337         movw r30, CTX0
 338         add r30, IDX1
 339         adc r31, r1
 340         rcall add_z_to_x8
 341         movw r30, CTX0
 342         add r30, IDX2
 343         adc r31, r1
 344         rcall add_z_to_x8
 345         movw r30, CTX0
 346         add r30, IDX3
 347         adc r31, r1
 348         rcall add_z_to_x8
 349         movw r30, CTX0
 350         add r30, IDX4
 351         adc r31, r1
 352         rcall add_z_to_x8
 353         movw r30, CTX0
 354         add r30, IDX5
 355         adc r31, r1
 356         rcall add_z_to_x8
 357         movw r30, CTX0
 358         add r30, IDX6
 359         adc r31, r1
 360         rcall add_z_to_x8
 361         movw r30, CTX0
 362         add r30, IDX7
 363         adc r31, r1
 364         rcall add_z_to_x8
 365         /* now the remaining key */
 366         sbiw r26, 3*8
 367         ldi r30, lo8(threefish1024_slut3)
 368         ldi r31, hi8(threefish1024_slut3)
 369         add r30, S
 370         adc r31, r1
 371         lpm IDX0, Z+
 372         lpm IDX1, Z
 373         movw r30, CTX0
 374         adiw r30, 7*8 /* make Z pointing to (extended tweak) */
 375         adiw r30, 7*8
 376         adiw r30, 3*8
 377         movw IDX2, r30
 378         add r30, IDX0
 379         adc r31, r1
 380         rcall add_z_to_x8
 381         movw r30, IDX2
 382         add r30, IDX1
 383         adc r31, r1
 384         rcall add_z_to_x8
 385         ld r0, X
 386         add r0, S
 387         st X+, r0
 388         ld r0, X
 389         adc r0, r1
 390         st X+, r0
 391         ld r0, X
 392         adc r0, r1
 393         st X+, r0
 394         ld r0, X
 395         adc r0, r1
 396         st X+, r0
 397         ld r0, X
 398         adc r0, r1
 399         st X+, r0
 400         ld r0, X
 401         adc r0, r1
 402         st X+, r0
 403         ld r0, X
 404         adc r0, r1
 405         st X+, r0
 406         ld r0, X
 407         adc r0, r1
 408         st X+, r0
 409         inc S
 410         mov r26, S
 411         cpi r26, 21
 412         brmi 4f
 413 exit:
 414         pop_range 2, 17
 415         pop r29
 416         pop r28
 417         ret
 418 4:
 419         /* call mix */
 420         ldi r30, lo8(threefish1024_rc0)
 421         ldi r31, hi8(threefish1024_rc0)
 422         mov r26, I
 423         andi r26, 0x07
 424         add r30, r26
 425         adc r31, r1
 426         lpm r22, Z
 427         adiw r30, 8
 428         lpm IDX0, Z
 429         adiw r30, 8
 430         lpm IDX1, Z
 431         adiw r30, 8
 432         lpm IDX2, Z
 433         adiw r30, 8
 434         lpm IDX3, Z
 435         adiw r30, 8
 436         lpm IDX4, Z
 437         adiw r30, 8
 438         lpm IDX5, Z
 439         adiw r30, 8
 440         lpm IDX6, Z
 441         push IDX6
 442         push IDX5
 443         push IDX4
 444         push IDX3
 445         push IDX2
 446
 447         movw r24, DATA0
 448         call threefish_mix_asm /* no rcall? */
 449         movw r24, DATA0
 450         adiw r24, 16
 451         mov r22, IDX0
 452         call threefish_mix_asm /* no rcall? */
 453         movw r24, DATA0
 454         adiw r24, 32
 455         mov r22, IDX1
 456         call threefish_mix_asm /* no rcall? */
 457         movw r24, DATA0
 458         adiw r24, 48
 459         pop r22
 460         call threefish_mix_asm /* no rcall? */
 461         movw r24, DATA0
 462         adiw r24, 63
 463         adiw r24,  1
 464         pop r22
 465         call threefish_mix_asm /* no rcall? */
 466         movw r24, DATA0
 467         adiw r24, 63
 468         adiw r24, 17
 469         pop r22
 470         call threefish_mix_asm /* no rcall? */
 471         movw r24, DATA0
 472         adiw r24, 63
 473         adiw r24, 33
 474         pop r22
 475         call threefish_mix_asm /* no rcall? */
 476         movw r24, DATA0
 477         adiw r24, 63
 478         adiw r24, 49
 479         pop r22
 480         call threefish_mix_asm /* no rcall? */
 481         /* now the permutation */
 482         movw r26, DATA0  /* X1 <-> X15 */
 483         adiw r26, 1*8
 484         movw r30, DATA0
 485         adiw r30, 7*8+4
 486         adiw r30, 7*8+4
 487         rcall xchg_zx8
 488         movw r26, DATA0  /* X1 <-> X9 */
 489         adiw r26, 1*8
 490         movw r30, DATA0
 491         adiw r30, 7*8
 492         adiw r30, 2*8
 493         rcall xchg_zx8
 494         movw r26, DATA0  /* X9 <-> X7 */
 495         adiw r26, 7*8
 496         adiw r26, 2*8
 497         movw r30, DATA0
 498         adiw r30, 7*8
 499         rcall xchg_zx8
 500         /* --- */
 501         movw r26, DATA0  /* X3 <-> X11 */
 502         adiw r26, 3*8
 503         movw r30, DATA0
 504         adiw r30, 7*8
 505         adiw r30, 4*8
 506         rcall xchg_zx8
 507         movw r26, DATA0  /* X3 <-> X13 */
 508         adiw r26, 3*8
 509         movw r30, DATA0
 510         adiw r30, 7*8
 511         adiw r30, 6*8
 512         rcall xchg_zx8
 513         movw r26, DATA0  /* X13 <-> X5 */
 514         adiw r26, 7*8
 515         adiw r26, 6*8
 516         movw r30, DATA0
 517         adiw r30, 5*8
 518         rcall xchg_zx8
 519         /* --- */
 520         movw r26, DATA0  /* X8 <-> X14 */
 521         adiw r26, 7*8
 522         adiw r26, 1*8
 523         movw r30, DATA0
 524         adiw r30, 7*8
 525         adiw r30, 7*8
 526         rcall xchg_zx8
 527         movw r26, DATA0  /* X8 <-> X10 */
 528         adiw r26, 7*8
 529         adiw r26, 1*8
 530         movw r30, DATA0
 531         adiw r30, 7*8
 532         adiw r30, 3*8
 533         rcall xchg_zx8
 534         movw r26, DATA0  /* X10 <-> X12 */
 535         adiw r26, 7*8
 536         adiw r26, 3*8
 537         movw r30, DATA0
 538         adiw r30, 7*8
 539         adiw r30, 5*8
 540         rcall xchg_zx8
 541         /* --- */
 542         movw r26, DATA0  /* X4 <-> X6 */
 543         adiw r26, 4*8
 544         movw r30, DATA0
 545         adiw r30, 6*8
 546         rcall xchg_zx8
 547
 548         inc I
 549 ;       mov r26, I
 550 ;       cpi r26, 5
 551 ;       brne 9f
 552 ;       rjmp exit
 553 9:
 554         rjmp 1b
 555
 556 threefish1024_slut17:
 557         .byte 0x00, 0x08, 0x10, 0x18, 0x20, 0x28, 0x30, 0x38
 558         .byte 0x40, 0x48, 0x50, 0x58, 0x60, 0x68, 0x70, 0x78
 559         .byte 0x80, 0x00, 0x08, 0x10, 0x18, 0x20, 0x28, 0x30
 560         .byte 0x38, 0x40, 0x48, 0x50, 0x58, 0x60, 0x68, 0x70
 561         .byte 0x78, 0x80, 0x00, 0x08, 0x10
 562 threefish1024_slut3:
 563     .byte 0x00, 0x08, 0x10, 0x00, 0x08, 0x10, 0x00, 0x08
 564         .byte 0x10, 0x00, 0x08, 0x10, 0x00, 0x08, 0x10, 0x00
 565         .byte 0x08, 0x10, 0x00, 0x08, 0x10, 0x00, 0x08, 0x10
 566         .byte 0x00
 567 /* old round constants
 568 threefish1024_rc0: .byte 0x79, 0x31, 0x41, 0x42, 0x34, 0x21, 0x72, 0x69
 569 threefish1024_rc1: .byte 0x53, 0x31, 0x10, 0x53, 0x19, 0x1a, 0x19, 0x61
 570 threefish1024_rc2: .byte 0x5b, 0x6a, 0x22, 0x31, 0x69, 0x22, 0x40, 0x33
 571 threefish1024_rc3: .byte 0x50, 0x2b, 0x71, 0x74, 0x60, 0x31, 0x6b, 0x72
 572 threefish1024_rc4: .byte 0x20, 0x2a, 0x3b, 0x54, 0x63, 0x53, 0x23, 0x5b
 573 threefish1024_rc5: .byte 0x3a, 0x2b, 0x14, 0x11, 0x11, 0x52, 0x22, 0x60
 574 threefish1024_rc6: .byte 0x5a, 0x64, 0x40, 0x73, 0x43, 0x50, 0x02, 0x7b
 575 threefish1024_rc7: .byte 0x14, 0x71, 0x7a, 0x42, 0x51, 0x29, 0x70, 0x70
 576 */
 577 threefish1024_rc0:  .byte 0x30, 0x5a, 0x41, 0x1b, 0x51, 0x20, 0x49, 0x11
 578 threefish1024_rc1:  .byte 0x2b, 0x23, 0x04, 0x24, 0x11, 0x42, 0x54, 0x60
 579 threefish1024_rc2:  .byte 0x10, 0x12, 0x63, 0x60, 0x5b, 0x70, 0x69, 0x43
 580 threefish1024_rc3:  .byte 0x69, 0x79, 0x2b, 0x51, 0x49, 0x63, 0x6a, 0x64
 581 threefish1024_rc4:  .byte 0x10, 0x61, 0x42, 0x69, 0x14, 0x04, 0x23, 0x39
 582 threefish1024_rc5:  .byte 0x21, 0x22, 0x51, 0x34, 0x69, 0x7b, 0x52, 0x49
 583 threefish1024_rc6:  .byte 0x3a, 0x39, 0x73, 0x20, 0x54, 0x52, 0x54, 0x5b
 584 threefish1024_rc7:  .byte 0x5b, 0x64, 0x21, 0x31, 0x4a, 0x51, 0x31, 0x24
 585
 586 add_z_to_x8:
 587         ld r0, Z+
 588         ld r1, X
 589         add r1, r0
 590         st X+, r1
 591         ld r0, Z+
 592         ld r1, X
 593         adc r1, r0
 594         st X+, r1
 595         ld r0, Z+
 596         ld r1, X
 597         adc r1, r0
 598         st X+, r1
 599         ld r0, Z+
 600         ld r1, X
 601         adc r1, r0
 602         st X+, r1
 603         ld r0, Z+
 604         ld r1, X
 605         adc r1, r0
 606         st X+, r1
 607         ld r0, Z+
 608         ld r1, X
 609         adc r1, r0
 610         st X+, r1
 611         ld r0, Z+
 612         ld r1, X
 613         adc r1, r0
 614         st X+, r1
 615         ld r0, Z+
 616         ld r1, X
 617         adc r1, r0
 618         st X+, r1
 619         clr r1
 620         ret
 621
 622 T0 = IDX0
 623 T1 = 0
 624 CNT = 24
 625 xchg_zx8:
 626         ldi CNT, 8
 627 1:      ld T0, X
 628         ld T1, Z
 629         st X+, T1
 630         st Z+, T0
 631         dec CNT
 632         brne 1b
 633         ret
 634
 635
 636