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 #include "f1_autogen_large.i"
 108
 109 static inline
 110 void bmw_large_f0(uint64_t* q, uint64_t* h, const uint64_t* m){
 111         uint64_t t[16];
 112         uint64_t tr0, tr1, tr2;
 113         t[ 0] = h[ 0] ^ m[ 0];
 114         t[ 1] = h[ 1] ^ m[ 1];
 115         t[ 2] = h[ 2] ^ m[ 2];
 116         t[ 3] = h[ 3] ^ m[ 3];
 117         t[ 4] = h[ 4] ^ m[ 4];
 118         t[ 5] = h[ 5] ^ m[ 5];
 119         t[ 6] = h[ 6] ^ m[ 6];
 120         t[ 7] = h[ 7] ^ m[ 7];
 121         t[ 8] = h[ 8] ^ m[ 8];
 122         t[ 9] = h[ 9] ^ m[ 9];
 123         t[10] = h[10] ^ m[10];
 124         t[11] = h[11] ^ m[11];
 125         t[12] = h[12] ^ m[12];
 126         t[13] = h[13] ^ m[13];
 127         t[14] = h[14] ^ m[14];
 128         t[15] = h[15] ^ m[15];
 129         //      dump_x(t, 16, 'T');
 130         /*
 131         q[ 0] = (t[ 5] - t[ 7] + t[10] + t[13] + t[14]);
 132         q[ 1] = (t[ 6] - t[ 8] + t[11] + t[14] - t[15]);
 133         q[ 2] = (t[ 0] + t[ 7] + t[ 9] - t[12] + t[15]);
 134         q[ 3] = (t[ 0] - t[ 1] + t[ 8] - t[10] + t[13]);
 135         q[ 4] = (t[ 1] + t[ 2] + t[ 9] - t[11] - t[14]);
 136         q[ 5] = (t[ 3] - t[ 2] + t[10] - t[12] + t[15]);
 137         q[ 6] = (t[ 4] - t[ 0] - t[ 3] - t[11] + t[13]);
 138         q[ 7] = (t[ 1] - t[ 4] - t[ 5] - t[12] - t[14]);
 139         q[ 8] = (t[ 2] - t[ 5] - t[ 6] + t[13] - t[15]);
 140         q[ 9] = (t[ 0] - t[ 3] + t[ 6] - t[ 7] + t[14]);
 141         q[10] = (t[ 8] - t[ 1] - t[ 4] - t[ 7] + t[15]);
 142         q[11] = (t[ 8] - t[ 0] - t[ 2] - t[ 5] + t[ 9]);
 143         q[12] = (t[ 1] + t[ 3] - t[ 6] - t[ 9] + t[10]);
 144         q[13] = (t[ 2] + t[ 4] + t[ 7] + t[10] + t[11]);
 145         q[14] = (t[ 3] - t[ 5] + t[ 8] - t[11] - t[12]);
 146         q[15] = (t[12] - t[ 4] - t[ 6] - t[ 9] + t[13]);
 147     */
 148         q[ 0] = +t[ 5] +t[10] +t[13] +(tr1=-t[ 7]+t[14]) ;
 149         q[ 3] = +t[ 8] +t[13] +t[ 0] +(tr2=-t[ 1]-t[10]) ;
 150         q[ 6] = -t[11] +t[13] -t[ 0] -t[ 3] +t[ 4] ;
 151         q[ 9] = +t[ 0] +(tr0=-t[ 3]+t[ 6]) +(tr1) ;
 152         q[12] = -t[ 9] -(tr0) -(tr2) ;
 153         q[15] = -t[ 4] +(tr0=-t[ 9]+t[12]) +(tr1=-t[ 6]+t[13]) ;
 154         q[ 2] = +t[ 7] +t[15] +t[ 0] -(tr0) ;
 155         q[ 5] = +t[10] +(tr0=-t[ 2]+t[15]) +(tr2=+t[ 3]-t[12]) ;
 156         q[ 8] = -t[ 5] -(tr0) +(tr1) ;
 157         q[11] = -t[ 0] -t[ 2] +t[ 9] +(tr0=-t[ 5]+t[ 8]) ;
 158         q[14] = -t[11] +(tr0) +(tr2) ;
 159         q[ 1] = +t[ 6] +(tr0=+t[11]+t[14]) +(tr1=-t[ 8]-t[15]) ;
 160         q[ 4] = +t[ 9] +t[ 1] +t[ 2] -(tr0) ;
 161         q[ 7] = -t[12] -t[14] +t[ 1] -t[ 4] -t[ 5] ;
 162         q[10] = -t[ 1] +(tr0=-t[ 4]-t[ 7]) -(tr1) ;
 163         q[13] = +t[ 2] +t[10] +t[11] -(tr0) ;
 164         dump_x(q, 16, 'W');
 165
 166         q[ 0] = S64_0(q[ 0]) + h[ 1];
 167         q[ 1] = S64_1(q[ 1]) + h[ 2];
 168         q[ 2] = S64_2(q[ 2]) + h[ 3];
 169         q[ 3] = S64_3(q[ 3]) + h[ 4];
 170         q[ 4] = S64_4(q[ 4]) + h[ 5];
 171         q[ 5] = S64_0(q[ 5]) + h[ 6];
 172         q[ 6] = S64_1(q[ 6]) + h[ 7];
 173         q[ 7] = S64_2(q[ 7]) + h[ 8];
 174         q[ 8] = S64_3(q[ 8]) + h[ 9];
 175         q[ 9] = S64_4(q[ 9]) + h[10];
 176         q[10] = S64_0(q[10]) + h[11];
 177         q[11] = S64_1(q[11]) + h[12];
 178         q[12] = S64_2(q[12]) + h[13];
 179         q[13] = S64_3(q[13]) + h[14];
 180         q[14] = S64_4(q[14]) + h[15];
 181         q[15] = S64_0(q[15]) + h[ 0];
 182 }
 183
 184 static inline
 185 void bmw_large_f2(uint64_t* h, const uint64_t* q, const uint64_t* m){
 186
 187         uint64_t xl, xh;
 188         xl =      q[16] ^ q[17] ^ q[18] ^ q[19] ^ q[20] ^ q[21] ^ q[22] ^ q[23];
 189         xh = xl ^ q[24] ^ q[25] ^ q[26] ^ q[27] ^ q[28] ^ q[29] ^ q[30] ^ q[31];
 190 #if DEBUG
 191         cli_putstr("\r\n XL = ");
 192         cli_hexdump_rev(&xl, 8);
 193         cli_putstr("\r\n XH = ");
 194         cli_hexdump_rev(&xh, 8);
 195 #endif
 196
 197         h[0] = (SHL64(xh, 5) ^ SHR64(q[16], 5) ^ m[ 0]) + (xl ^ q[24] ^ q[ 0]);
 198         h[1] = (SHR64(xh, 7) ^ SHL64(q[17], 8) ^ m[ 1]) + (xl ^ q[25] ^ q[ 1]);
 199         h[2] = (SHR64(xh, 5) ^ SHL64(q[18], 5) ^ m[ 2]) + (xl ^ q[26] ^ q[ 2]);
 200         h[3] = (SHR64(xh, 1) ^ SHL64(q[19], 5) ^ m[ 3]) + (xl ^ q[27] ^ q[ 3]);
 201         h[4] = (SHR64(xh, 3) ^ q[20]           ^ m[ 4]) + (xl ^ q[28] ^ q[ 4]);
 202         h[5] = (SHL64(xh, 6) ^ SHR64(q[21], 6) ^ m[ 5]) + (xl ^ q[29] ^ q[ 5]);
 203         h[6] = (SHR64(xh, 4) ^ SHL64(q[22], 6) ^ m[ 6]) + (xl ^ q[30] ^ q[ 6]);
 204         h[7] = (SHR64(xh,11) ^ SHL64(q[23], 2) ^ m[ 7]) + (xl ^ q[31] ^ q[ 7]);
 205
 206         h[ 8] = ROTL64(h[4],  9) + (xh ^ q[24] ^ m[ 8]) + (SHL64(xl, 8) ^ q[23] ^ q[ 8]);
 207         h[ 9] = ROTL64(h[5], 10) + (xh ^ q[25] ^ m[ 9]) + (SHR64(xl, 6) ^ q[16] ^ q[ 9]);
 208         h[10] = ROTL64(h[6], 11) + (xh ^ q[26] ^ m[10]) + (SHL64(xl, 6) ^ q[17] ^ q[10]);
 209         h[11] = ROTL64(h[7], 12) + (xh ^ q[27] ^ m[11]) + (SHL64(xl, 4) ^ q[18] ^ q[11]);
 210         h[12] = ROTL64(h[0], 13) + (xh ^ q[28] ^ m[12]) + (SHR64(xl, 3) ^ q[19] ^ q[12]);
 211         h[13] = ROTL64(h[1], 14) + (xh ^ q[29] ^ m[13]) + (SHR64(xl, 4) ^ q[20] ^ q[13]);
 212         h[14] = ROTL64(h[2], 15) + (xh ^ q[30] ^ m[14]) + (SHR64(xl, 7) ^ q[21] ^ q[14]);
 213         h[15] = ROTL64(h[3], 16) + (xh ^ q[31] ^ m[15]) + (SHR64(xl, 2) ^ q[22] ^ q[15]);
 214 }
 215
 216 void bmw_large_nextBlock(bmw_large_ctx_t* ctx, const void* block){
 217         uint64_t q[32];
 218         dump_x(block, 16, 'M');
 219         bmw_large_f0(q, ctx->h, block);
 220         dump_x(q, 16, 'Q');
 221         bmw_large_f1(q, block, ctx->h);
 222         dump_x(q, 32, 'Q');
 223         bmw_large_f2(ctx->h, q, block);
 224         ctx->counter += 1;
 225         ctx_dump(ctx);
 226 }
 227
 228 void bmw_large_lastBlock(bmw_large_ctx_t* ctx, const void* block, uint16_t length_b){
 229         uint8_t buffer[128];
 230         while(length_b >= BMW_LARGE_BLOCKSIZE){
 231                 bmw_large_nextBlock(ctx, block);
 232                 length_b -= BMW_LARGE_BLOCKSIZE;
 233                 block = (uint8_t*)block + BMW_LARGE_BLOCKSIZE_B;
 234         }
 235         memset(buffer, 0, 128);
 236         memcpy(buffer, block, (length_b+7)/8);
 237         buffer[length_b>>3] |= 0x80 >> (length_b&0x07);
 238         if(length_b+1>128*8-64){
 239                 bmw_large_nextBlock(ctx, buffer);
 240                 memset(buffer, 0, 128-8);
 241                 ctx->counter -= 1;
 242         }
 243         *((uint64_t*)&(buffer[128-8])) = (uint64_t)(ctx->counter*1024LL)+(uint64_t)length_b;
 244         bmw_large_nextBlock(ctx, buffer);
 245         uint8_t i;
 246         uint64_t q[32];
 247         memset(buffer, 0xaa, 128);
 248         for(i=0; i<16; ++i){
 249                 buffer[8*i] = i + 0xa0;
 250         }
 251         bmw_large_f0(q, (uint64_t*)buffer, ctx->h);
 252         bmw_large_f1(q, ctx->h, (uint64_t*)buffer);
 253         bmw_large_f2((uint64_t*)buffer, q, ctx->h);
 254         memcpy(ctx->h, buffer, 128);
 255 }
 256
 257 void bmw384_init(bmw384_ctx_t* ctx){
 258         uint8_t i;
 259         ctx->h[0] = 0x0001020304050607LL;
 260         for(i=1; i<16; ++i){
 261                 ctx->h[i] = ctx->h[i-1]+ 0x0808080808080808LL;
 262         }
 263 #if BUG24
 264         ctx->h[6] = 0x3031323324353637LL;
 265 #endif
 266         ctx->counter=0;
 267         ctx_dump(ctx);
 268 }
 269
 270 void bmw512_init(bmw512_ctx_t* ctx){
 271         uint8_t i;
 272         ctx->h[0] = 0x8081828384858687LL;
 273         for(i=1; i<16; ++i){
 274                 ctx->h[i] = ctx->h[i-1]+ 0x0808080808080808LL;
 275         }
 276         ctx->counter=0;
 277         ctx_dump(ctx);
 278 }
 279
 280 void bmw384_nextBlock(bmw384_ctx_t* ctx, const void* block){
 281         bmw_large_nextBlock(ctx, block);
 282 }
 283
 284 void bmw512_nextBlock(bmw512_ctx_t* ctx, const void* block){
 285         bmw_large_nextBlock(ctx, block);
 286 }
 287
 288 void bmw384_lastBlock(bmw384_ctx_t* ctx, const void* block, uint16_t length_b){
 289         bmw_large_lastBlock(ctx, block, length_b);
 290 }
 291
 292 void bmw512_lastBlock(bmw512_ctx_t* ctx, const void* block, uint16_t length_b){
 293         bmw_large_lastBlock(ctx, block, length_b);
 294 }
 295
 296 void bmw384_ctx2hash(void* dest, const bmw384_ctx_t* ctx){
 297         memcpy(dest, &(ctx->h[10]), 384/8);
 298 }
 299
 300 void bmw512_ctx2hash(void* dest, const bmw512_ctx_t* ctx){
 301         memcpy(dest, &(ctx->h[8]), 512/8);
 302 }
 303
 304 void bmw384(void* dest, const void* msg, uint32_t length_b){
 305         bmw_large_ctx_t ctx;
 306         bmw384_init(&ctx);
 307         while(length_b>=BMW_LARGE_BLOCKSIZE){
 308                 bmw_large_nextBlock(&ctx, msg);
 309                 length_b -= BMW_LARGE_BLOCKSIZE;
 310                 msg = (uint8_t*)msg + BMW_LARGE_BLOCKSIZE_B;
 311         }
 312         bmw_large_lastBlock(&ctx, msg, length_b);
 313         bmw384_ctx2hash(dest, &ctx);
 314 }
 315
 316 void bmw512(void* dest, const void* msg, uint32_t length_b){
 317         bmw_large_ctx_t ctx;
 318         bmw512_init(&ctx);
 319         while(length_b>=BMW_LARGE_BLOCKSIZE){
 320                 bmw_large_nextBlock(&ctx, msg);
 321                 length_b -= BMW_LARGE_BLOCKSIZE;
 322                 msg = (uint8_t*)msg + BMW_LARGE_BLOCKSIZE_B;
 323         }
 324         bmw_large_lastBlock(&ctx, msg, length_b);
 325         bmw512_ctx2hash(dest, &ctx);
 326 }
 327