bmw/bmw_large_speed.c

   1 /* bmw_large_speed.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  * \file    bmw_large.c
  21  * \author  Daniel Otte
  22  * \email   daniel.otte@rub.de
  23  * \date    2009-04-27
  24  * \license GPLv3 or later
  25  *
  26  */
  27
  28 #include <stdint.h>
  29 #include <string.h>
  30 #include "bmw_large.h"
  31
  32 #define SHL64(a,n)  ((a)<<(n))
  33 #define SHR64(a,n)  ((a)>>(n))
  34 #define ROTL64(a,n) (((a)<<(n))|((a)>>(64-(n))))
  35 #define ROTR64(a,n) (((a)>>(n))|((a)<<(64-(n))))
  36
  37
  38 #define DEBUG   0
  39
  40 #if DEBUG
  41  #include "cli.h"
  42
  43  void ctx_dump(const bmw_large_ctx_t* ctx){
  44         uint8_t i;
  45         cli_putstr("\r\n==== ctx dump ====");
  46         for(i=0; i<16;++i){
  47                 cli_putstr("\r\n h[");
  48                 cli_hexdump(&i, 1);
  49                 cli_putstr("] = ");
  50                 cli_hexdump_rev(&(ctx->h[i]), 8);
  51         }
  52         cli_putstr("\r\n counter = ");
  53         cli_hexdump(&(ctx->counter), 4);
  54  }
  55
  56  void dump_x(const uint64_t* q, uint8_t elements, char x){
  57         uint8_t i;
  58         cli_putstr("\r\n==== ");
  59         cli_putc(x);
  60         cli_putstr(" dump ====");
  61         for(i=0; i<elements;++i){
  62                 cli_putstr("\r\n ");
  63                 cli_putc(x);
  64                 cli_putstr("[");
  65                 cli_hexdump(&i, 1);
  66                 cli_putstr("] = ");
  67                 cli_hexdump_rev(&(q[i]), 8);
  68         }
  69  }
  70 #else
  71  #define ctx_dump(x)
  72  #define dump_x(a,b,c)
  73 #endif
  74
  75 #define S64_0(x) ( (SHR64((x),   1)) ^ \
  76                        (SHL64((x),   3)) ^ \
  77                        (ROTL64((x),  4)) ^ \
  78                        (ROTR64((x), 27)) )
  79
  80 #define S64_1(x) ( (SHR64((x),   1)) ^ \
  81                        (SHL64((x),   2)) ^ \
  82                        (ROTL64((x), 13)) ^ \
  83                        (ROTR64((x), 21)) )
  84
  85 #define S64_2(x) ( (SHR64((x),   2)) ^ \
  86                        (SHL64((x),   1)) ^ \
  87                        (ROTL64((x), 19)) ^ \
  88                        (ROTR64((x), 11)) )
  89
  90 #define S64_3(x) ( (SHR64((x),   2)) ^ \
  91                        (SHL64((x),   2)) ^ \
  92                        (ROTL64((x), 28)) ^ \
  93                        (ROTR64((x),  5)) )
  94
  95 #define S64_4(x) ( (SHR64((x),   1)) ^ x)
  96
  97 #define S64_5(x) ( (SHR64((x),   2)) ^ x)
  98
  99 #define R64_1(x)    (ROTL64((x),  5))
 100 #define R64_2(x)    (ROTL64((x), 11))
 101 #define R64_3(x)    (ROTL64((x), 27))
 102 #define R64_4(x)    (ROTL64((x), 32))
 103 #define R64_5(x)    (ROTR64((x), 27))
 104 #define R64_6(x)    (ROTR64((x), 21))
 105 #define R64_7(x)    (ROTR64((x), 11))
 106
 107 /*
 108 #define K    0x0555555555555555LL
 109 #define MASK 0xFFFFFFFFFFFFFFFFLL
 110 static
 111 uint64_t k_lut[] PROGMEM = {
 112         16LL*K, 17LL*K, 18LL*K, 19LL*K,
 113         20LL*K, 21LL*K, 22LL*K, 23LL*K,
 114         24LL*K, 25LL*K, 26LL*K, 27LL*K,
 115         28LL*K, 29LL*K, 30LL*K, 31LL*K };
 116 */
 117 /* the same as above but precomputed to avoid compiler warnings */
 118 static const
 119 uint64_t k_lut[] = {
 120         0x5555555555555550LL, 0x5aaaaaaaaaaaaaa5LL, 0x5ffffffffffffffaLL,
 121         0x655555555555554fLL, 0x6aaaaaaaaaaaaaa4LL, 0x6ffffffffffffff9LL,
 122         0x755555555555554eLL, 0x7aaaaaaaaaaaaaa3LL, 0x7ffffffffffffff8LL,
 123         0x855555555555554dLL, 0x8aaaaaaaaaaaaaa2LL, 0x8ffffffffffffff7LL,
 124         0x955555555555554cLL, 0x9aaaaaaaaaaaaaa1LL, 0x9ffffffffffffff6LL,
 125         0xa55555555555554bLL };
 126
 127 static
 128 uint64_t bmw_large_expand1(uint8_t j, const uint64_t* q, const void* m, const void* h){
 129         uint64_t r;
 130         /* r = 0x0555555555555555LL*(j+16); */
 131         r  = (   ROTL64(((uint64_t*)m)[(j)&0xf],   ((j+ 0)&0xf)+1)
 132                + ROTL64(((uint64_t*)m)[(j+3)&0xf], ((j+ 3)&0xf)+1)
 133                + k_lut[j]
 134                - ROTL64(((uint64_t*)m)[(j+10)&0xf],((j+10)&0xf)+1)
 135              ) ^ ((uint64_t*)h)[(j+7)&0xf];
 136         r += S64_1(q[j+ 0]) + S64_2(q[j+ 1]) + S64_3(q[j+ 2]) + S64_0(q[j+ 3]) +
 137                  S64_1(q[j+ 4]) + S64_2(q[j+ 5]) + S64_3(q[j+ 6]) + S64_0(q[j+ 7]) +
 138                  S64_1(q[j+ 8]) + S64_2(q[j+ 9]) + S64_3(q[j+10]) + S64_0(q[j+11]) +
 139                  S64_1(q[j+12]) + S64_2(q[j+13]) + S64_3(q[j+14]) + S64_0(q[j+15]);
 140
 141         return r;
 142 }
 143
 144 static
 145 uint64_t bmw_large_expand2(uint8_t j, const uint64_t* q, const void* m, const void* h){
 146         uint64_t r=0;
 147         r  = (   ROTL64(((uint64_t*)m)[(j)&0xf],   ((j+ 0)&0xf)+1)
 148                + ROTL64(((uint64_t*)m)[(j+3)&0xf], ((j+ 3)&0xf)+1)
 149                + k_lut[j]
 150                - ROTL64(((uint64_t*)m)[(j+10)&0xf],((j+10)&0xf)+1)
 151              ) ^ ((uint64_t*)h)[(j+7)&0xf];
 152         r += (q[j+ 0]) + R64_1(q[j+ 1]) + (q[j+ 2]) + R64_2(q[j+ 3]) +
 153                  (q[j+ 4]) + R64_3(q[j+ 5]) + (q[j+ 6]) + R64_4(q[j+ 7]) +
 154                  (q[j+ 8]) + R64_5(q[j+ 9]) + (q[j+10]) + R64_6(q[j+11]) +
 155                  (q[j+12]) + R64_7(q[j+13]) + S64_4(q[j+14]) + S64_5(q[j+15]);
 156
 157         return r;
 158 }
 159
 160 static
 161 void bmw_large_f0(uint64_t* q, const uint64_t* h, const void* m){
 162         uint8_t i;
 163         for(i=0; i<16; ++i){
 164                 ((uint64_t*)h)[i] ^= ((uint64_t*)m)[i];
 165         }
 166 //      dump_x(t, 16, 'T');
 167         q[ 0] = (h[ 5] - h[ 7] + h[10] + h[13] + h[14]);
 168         q[ 1] = (h[ 6] - h[ 8] + h[11] + h[14] - h[15]);
 169         q[ 2] = (h[ 0] + h[ 7] + h[ 9] - h[12] + h[15]);
 170         q[ 3] = (h[ 0] - h[ 1] + h[ 8] - h[10] + h[13]);
 171         q[ 4] = (h[ 1] + h[ 2] + h[ 9] - h[11] - h[14]);
 172         q[ 5] = (h[ 3] - h[ 2] + h[10] - h[12] + h[15]);
 173         q[ 6] = (h[ 4] - h[ 0] - h[ 3] - h[11] + h[13]);
 174         q[ 7] = (h[ 1] - h[ 4] - h[ 5] - h[12] - h[14]);
 175         q[ 8] = (h[ 2] - h[ 5] - h[ 6] + h[13] - h[15]);
 176         q[ 9] = (h[ 0] - h[ 3] + h[ 6] - h[ 7] + h[14]);
 177         q[10] = (h[ 8] - h[ 1] - h[ 4] - h[ 7] + h[15]);
 178         q[11] = (h[ 8] - h[ 0] - h[ 2] - h[ 5] + h[ 9]);
 179         q[12] = (h[ 1] + h[ 3] - h[ 6] - h[ 9] + h[10]);
 180         q[13] = (h[ 2] + h[ 4] + h[ 7] + h[10] + h[11]);
 181         q[14] = (h[ 3] - h[ 5] + h[ 8] - h[11] - h[12]);
 182         q[15] = (h[12] - h[ 4] - h[ 6] - h[ 9] + h[13]);
 183         dump_x(q, 16, 'W');
 184         q[ 0] = S64_0(q[ 0]); q[ 1] = S64_1(q[ 1]); q[ 2] = S64_2(q[ 2]); q[ 3] = S64_3(q[ 3]); q[ 4] = S64_4(q[ 4]);
 185         q[ 5] = S64_0(q[ 5]); q[ 6] = S64_1(q[ 6]); q[ 7] = S64_2(q[ 7]); q[ 8] = S64_3(q[ 8]); q[ 9] = S64_4(q[ 9]);
 186         q[10] = S64_0(q[10]); q[11] = S64_1(q[11]); q[12] = S64_2(q[12]); q[13] = S64_3(q[13]); q[14] = S64_4(q[14]);
 187         q[15] = S64_0(q[15]);
 188
 189         for(i=0; i<16; ++i){
 190                 q[(i+15)&15] += ((uint64_t*)h)[i] ^= ((uint64_t*)m)[i];
 191
 192         }
 193 }
 194
 195 static
 196 void bmw_large_f1(uint64_t* q, const void* m, const uint64_t* h){
 197         uint8_t i;
 198         q[16] = bmw_large_expand1(0, q, m, h);
 199         q[17] = bmw_large_expand1(1, q, m, h);
 200         for(i=2; i<16; ++i){
 201                 q[16+i] = bmw_large_expand2(i, q, m, h);
 202         }
 203 }
 204
 205 static
 206 void bmw_large_f2(uint64_t* h, const uint64_t* q, const uint64_t* m){
 207
 208         uint64_t xl, xh;
 209         xl =      q[16] ^ q[17] ^ q[18] ^ q[19] ^ q[20] ^ q[21] ^ q[22] ^ q[23];
 210         xh = xl ^ q[24] ^ q[25] ^ q[26] ^ q[27] ^ q[28] ^ q[29] ^ q[30] ^ q[31];
 211 #if DEBUG
 212         cli_putstr("\r\n XL = ");
 213         cli_hexdump_rev(&xl, 8);
 214         cli_putstr("\r\n XH = ");
 215         cli_hexdump_rev(&xh, 8);
 216 #endif
 217
 218         h[0] = (SHL64(xh, 5) ^ SHR64(q[16], 5) ^ m[ 0]) + (xl ^ q[24] ^ q[ 0]);
 219         h[1] = (SHR64(xh, 7) ^ SHL64(q[17], 8) ^ m[ 1]) + (xl ^ q[25] ^ q[ 1]);
 220         h[2] = (SHR64(xh, 5) ^ SHL64(q[18], 5) ^ m[ 2]) + (xl ^ q[26] ^ q[ 2]);
 221         h[3] = (SHR64(xh, 1) ^ SHL64(q[19], 5) ^ m[ 3]) + (xl ^ q[27] ^ q[ 3]);
 222         h[4] = (SHR64(xh, 3) ^ q[20]           ^ m[ 4]) + (xl ^ q[28] ^ q[ 4]);
 223         h[5] = (SHL64(xh, 6) ^ SHR64(q[21], 6) ^ m[ 5]) + (xl ^ q[29] ^ q[ 5]);
 224         h[6] = (SHR64(xh, 4) ^ SHL64(q[22], 6) ^ m[ 6]) + (xl ^ q[30] ^ q[ 6]);
 225         h[7] = (SHR64(xh,11) ^ SHL64(q[23], 2) ^ m[ 7]) + (xl ^ q[31] ^ q[ 7]);
 226
 227         h[ 8] = ROTL64(h[4],  9) + (xh ^ q[24] ^ m[ 8]) + (SHL64(xl, 8) ^ q[23] ^ q[ 8]);
 228         h[ 9] = ROTL64(h[5], 10) + (xh ^ q[25] ^ m[ 9]) + (SHR64(xl, 6) ^ q[16] ^ q[ 9]);
 229         h[10] = ROTL64(h[6], 11) + (xh ^ q[26] ^ m[10]) + (SHL64(xl, 6) ^ q[17] ^ q[10]);
 230         h[11] = ROTL64(h[7], 12) + (xh ^ q[27] ^ m[11]) + (SHL64(xl, 4) ^ q[18] ^ q[11]);
 231         h[12] = ROTL64(h[0], 13) + (xh ^ q[28] ^ m[12]) + (SHR64(xl, 3) ^ q[19] ^ q[12]);
 232         h[13] = ROTL64(h[1], 14) + (xh ^ q[29] ^ m[13]) + (SHR64(xl, 4) ^ q[20] ^ q[13]);
 233         h[14] = ROTL64(h[2], 15) + (xh ^ q[30] ^ m[14]) + (SHR64(xl, 7) ^ q[21] ^ q[14]);
 234         h[15] = ROTL64(h[3], 16) + (xh ^ q[31] ^ m[15]) + (SHR64(xl, 2) ^ q[22] ^ q[15]);
 235 }
 236
 237 void bmw_large_nextBlock(bmw_large_ctx_t* ctx, const void* block){
 238         uint64_t q[32];
 239         dump_x(block, 16, 'M');
 240         bmw_large_f0(q, ctx->h, block);
 241         dump_x(q, 16, 'Q');
 242         bmw_large_f1(q, block, ctx->h);
 243         dump_x(q, 32, 'Q');
 244         bmw_large_f2(ctx->h, q, block);
 245         ctx->counter += 1;
 246         ctx_dump(ctx);
 247 }
 248
 249 void bmw_large_lastBlock(bmw_large_ctx_t* ctx, const void* block, uint16_t length_b){
 250         uint8_t buffer[128];
 251         while(length_b >= BMW_LARGE_BLOCKSIZE){
 252                 bmw_large_nextBlock(ctx, block);
 253                 length_b -= BMW_LARGE_BLOCKSIZE;
 254                 block = (uint8_t*)block + BMW_LARGE_BLOCKSIZE_B;
 255         }
 256         memset(buffer, 0, 128);
 257         memcpy(buffer, block, (length_b+7)/8);
 258         buffer[length_b>>3] |= 0x80 >> (length_b&0x07);
 259         if(length_b+1>128*8-64){
 260                 bmw_large_nextBlock(ctx, buffer);
 261                 memset(buffer, 0, 128-8);
 262                 ctx->counter -= 1;
 263         }
 264         *((uint64_t*)&(buffer[128-8])) = (uint64_t)(ctx->counter*1024LL)+(uint64_t)length_b;
 265         bmw_large_nextBlock(ctx, buffer);
 266         uint8_t i;
 267         uint64_t q[32];
 268         memset(buffer, 0xaa, 128);
 269         for(i=0; i<16; ++i){
 270                 buffer[8*i] = i + 0xa0;
 271         }
 272         bmw_large_f0(q, (uint64_t*)buffer, ctx->h);
 273         bmw_large_f1(q, ctx->h, (uint64_t*)buffer);
 274         bmw_large_f2((uint64_t*)buffer, q, ctx->h);
 275         memcpy(ctx->h, buffer, 128);
 276 }
 277
 278 void bmw384_init(bmw384_ctx_t* ctx){
 279         uint8_t i;
 280         ctx->h[0] = 0x0001020304050607LL;
 281         for(i=1; i<16; ++i){
 282                 ctx->h[i] = ctx->h[i-1]+ 0x0808080808080808LL;
 283         }
 284 #if BUG24
 285         ctx->h[6] = 0x3031323324353637LL;
 286 #endif
 287         ctx->counter=0;
 288         ctx_dump(ctx);
 289 }
 290
 291 void bmw512_init(bmw512_ctx_t* ctx){
 292         uint8_t i;
 293         ctx->h[0] = 0x8081828384858687LL;
 294         for(i=1; i<16; ++i){
 295                 ctx->h[i] = ctx->h[i-1]+ 0x0808080808080808LL;
 296         }
 297         ctx->counter=0;
 298         ctx_dump(ctx);
 299 }
 300
 301 void bmw384_nextBlock(bmw384_ctx_t* ctx, const void* block){
 302         bmw_large_nextBlock(ctx, block);
 303 }
 304
 305 void bmw512_nextBlock(bmw512_ctx_t* ctx, const void* block){
 306         bmw_large_nextBlock(ctx, block);
 307 }
 308
 309 void bmw384_lastBlock(bmw384_ctx_t* ctx, const void* block, uint16_t length_b){
 310         bmw_large_lastBlock(ctx, block, length_b);
 311 }
 312
 313 void bmw512_lastBlock(bmw512_ctx_t* ctx, const void* block, uint16_t length_b){
 314         bmw_large_lastBlock(ctx, block, length_b);
 315 }
 316
 317 void bmw384_ctx2hash(void* dest, const bmw384_ctx_t* ctx){
 318         memcpy(dest, &(ctx->h[10]), 384/8);
 319 }
 320
 321 void bmw512_ctx2hash(void* dest, const bmw512_ctx_t* ctx){
 322         memcpy(dest, &(ctx->h[8]), 512/8);
 323 }
 324
 325 void bmw384(void* dest, const void* msg, uint32_t length_b){
 326         bmw_large_ctx_t ctx;
 327         bmw384_init(&ctx);
 328         while(length_b>=BMW_LARGE_BLOCKSIZE){
 329                 bmw_large_nextBlock(&ctx, msg);
 330                 length_b -= BMW_LARGE_BLOCKSIZE;
 331                 msg = (uint8_t*)msg + BMW_LARGE_BLOCKSIZE_B;
 332         }
 333         bmw_large_lastBlock(&ctx, msg, length_b);
 334         bmw384_ctx2hash(dest, &ctx);
 335 }
 336
 337 void bmw512(void* dest, const void* msg, uint32_t length_b){
 338         bmw_large_ctx_t ctx;
 339         bmw512_init(&ctx);
 340         while(length_b>=BMW_LARGE_BLOCKSIZE){
 341                 bmw_large_nextBlock(&ctx, msg);
 342                 length_b -= BMW_LARGE_BLOCKSIZE;
 343                 msg = (uint8_t*)msg + BMW_LARGE_BLOCKSIZE_B;
 344         }
 345         bmw_large_lastBlock(&ctx, msg, length_b);
 346         bmw512_ctx2hash(dest, &ctx);
 347 }
 348