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