bmw/bmw_small_speed.c

   1 /* bmw_small.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_small.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_small.h"
  31 #include "memxor.h"
  32
  33 #define SHL32(a,n) ((a)<<(n))
  34 #define SHR32(a,n) ((a)>>(n))
  35 #define ROTL32(a,n) (((a)<<(n))|((a)>>(32-(n))))
  36 #define ROTR32(a,n) (((a)>>(n))|((a)<<(32-(n))))
  37
  38
  39 #define DEBUG 0
  40
  41
  42 #if DEBUG
  43  #include "cli.h"
  44
  45  void ctx_dump(const bmw_small_ctx_t* ctx){
  46         uint8_t i;
  47         cli_putstr("\r\n==== ctx dump ====");
  48         for(i=0; i<16;++i){
  49                 cli_putstr("\r\n h[");
  50                 cli_hexdump(&i, 1);
  51                 cli_putstr("] = ");
  52                 cli_hexdump_rev(&(ctx->h[i]), 4);
  53         }
  54         cli_putstr("\r\n counter = ");
  55         cli_hexdump(&(ctx->counter), 4);
  56  }
  57
  58  void dump_x(const uint32_t* q, uint8_t elements, char x){
  59         uint8_t i;
  60         cli_putstr("\r\n==== ");
  61         cli_putc(x);
  62         cli_putstr(" dump ====");
  63         for(i=0; i<elements;++i){
  64                 cli_putstr("\r\n ");
  65                 cli_putc(x);
  66                 cli_putstr("[");
  67                 cli_hexdump(&i, 1);
  68                 cli_putstr("] = ");
  69                 cli_hexdump_rev(&(q[i]), 4);
  70         }
  71  }
  72 #else
  73  #define ctx_dump(x)
  74  #define dump_x(a,b,c)
  75 #endif
  76
  77 #define S32_0(x) ( (SHR32((x),   1)) ^ \
  78                        (SHL32((x),   3)) ^ \
  79                        (ROTL32((x),  4)) ^ \
  80                        (ROTR32((x), 13)) )
  81
  82 #define S32_1(x) ( (SHR32((x),   1)) ^ \
  83                        (SHL32((x),   2)) ^ \
  84                        (ROTL32((x),  8)) ^ \
  85                        (ROTR32((x),  9)) )
  86
  87 #define S32_2(x) ( (SHR32((x),   2)) ^ \
  88                        (SHL32((x),   1)) ^ \
  89                        (ROTL32((x), 12)) ^ \
  90                        (ROTR32((x),  7)) )
  91
  92 #define S32_3(x) ( (SHR32((x),   2)) ^ \
  93                        (SHL32((x),   2)) ^ \
  94                        (ROTL32((x), 15)) ^ \
  95                        (ROTR32((x),  3)) )
  96
  97 #define S32_4(x) ( (SHR32((x),   1)) ^ (x))
  98
  99 #define S32_5(x) ( (SHR32((x),   2)) ^ (x))
 100
 101 #define R32_1(x)   (ROTL32((x),  3))
 102 #define R32_2(x)   (ROTL32((x),  7))
 103 #define R32_3(x)   (ROTL32((x), 13))
 104 #define R32_4(x)   (ROTL32((x), 16))
 105 #define R32_5(x)   (ROTR32((x), 13))
 106 #define R32_6(x)   (ROTR32((x),  9))
 107 #define R32_7(x)   (ROTR32((x),  5))
 108
 109 /*
 110 #define K 0x05555555L
 111 static
 112 uint32_t k_lut[] PROGMEM = {
 113         16L*K, 17L*K, 18L*K, 19L*K, 20L*K, 21L*K, 22L*K, 23L*K,
 114         24L*K, 25L*K, 26L*K, 27L*K, 28L*K, 29L*K, 30L*K, 31L*K
 115 };
 116 */
 117 /* same as above but precomputed to avoid compiler warnings */
 118
 119 static
 120 uint32_t k_lut[] = {
 121         0x55555550L, 0x5aaaaaa5L, 0x5ffffffaL,
 122         0x6555554fL, 0x6aaaaaa4L, 0x6ffffff9L,
 123         0x7555554eL, 0x7aaaaaa3L, 0x7ffffff8L,
 124         0x8555554dL, 0x8aaaaaa2L, 0x8ffffff7L,
 125         0x9555554cL, 0x9aaaaaa1L, 0x9ffffff6L,
 126         0xa555554bL };
 127
 128 static
 129 uint32_t bmw_small_expand1(uint8_t j, const uint32_t* q, const void* m, const void* h){
 130         uint32_t r;
 131         /* r = 0x05555555*(j+16); */
 132         r = (   ROTL32(((uint32_t*)m)[j&0xf],      ((j+0)&0xf)+1  )
 133                + ROTL32(((uint32_t*)m)[(j+3)&0xf],  ((j+3)&0xf)+1  )
 134                - ROTL32(((uint32_t*)m)[(j+10)&0xf], ((j+10)&0xf)+1 )
 135                + k_lut[j]
 136              ) ^ ((uint32_t*)h)[(j+7)&0xf];
 137         r += S32_1(q[j+ 0]) + S32_2(q[j+ 1]) + S32_3(q[j+ 2]) + S32_0(q[j+ 3]) +
 138                  S32_1(q[j+ 4]) + S32_2(q[j+ 5]) + S32_3(q[j+ 6]) + S32_0(q[j+ 7]) +
 139                  S32_1(q[j+ 8]) + S32_2(q[j+ 9]) + S32_3(q[j+10]) + S32_0(q[j+11]) +
 140                  S32_1(q[j+12]) + S32_2(q[j+13]) + S32_3(q[j+14]) + S32_0(q[j+15]);
 141
 142         return r;
 143 }
 144
 145 static
 146 uint32_t bmw_small_expand2(uint8_t j, const uint32_t* q, const void* m, const void* h){
 147         uint32_t r;
 148         r = (   ROTL32(((uint32_t*)m)[j&0xf],      ((j+0)&0xf)+1  )
 149                + ROTL32(((uint32_t*)m)[(j+3)&0xf],  ((j+3)&0xf)+1  )
 150                - ROTL32(((uint32_t*)m)[(j+10)&0xf], ((j+10)&0xf)+1 )
 151                + k_lut[j]
 152              ) ^ ((uint32_t*)h)[(j+7)&0xf];
 153         r += (q[j+ 0]) + R32_1(q[j+ 1]) + (q[j+ 2]) + R32_2(q[j+ 3]) +
 154                  (q[j+ 4]) + R32_3(q[j+ 5]) + (q[j+ 6]) + R32_4(q[j+ 7]) +
 155                  (q[j+ 8]) + R32_5(q[j+ 9]) + (q[j+10]) + R32_6(q[j+11]) +
 156                  (q[j+12]) + R32_7(q[j+13]) + S32_4(q[j+14]) + S32_5(q[j+15]);
 157         return r;
 158 }
 159
 160
 161 static
 162 void bmw_small_f0(uint32_t* q, uint32_t* h, const void* m){
 163         uint8_t i;
 164         i=15;
 165         do{
 166                 ((uint32_t*)h)[i] ^= ((uint32_t*)m)[i];
 167         }while(i--);
 168         dump_x(h, 16, 'T');
 169         q[ 0] = (h[ 5] - h[ 7] + h[10] + h[13] + h[14]);
 170         q[ 3] = (h[ 0] - h[ 1] + h[ 8] - h[10] + h[13]);
 171         q[ 6] = (h[ 4] - h[ 0] - h[ 3] - h[11] + h[13]);
 172         q[ 9] = (h[ 0] - h[ 3] + h[ 6] - h[ 7] + h[14]);
 173         q[12] = (h[ 1] + h[ 3] - h[ 6] - h[ 9] + h[10]);
 174         q[15] = (h[12] - h[ 4] - h[ 6] - h[ 9] + h[13]);
 175         q[ 2] = (h[ 0] + h[ 7] + h[ 9] - h[12] + h[15]);
 176         q[ 5] = (h[ 3] - h[ 2] + h[10] - h[12] + h[15]);
 177         q[ 8] = (h[ 2] - h[ 5] - h[ 6] + h[13] - h[15]);
 178         q[11] = (h[ 8] - h[ 0] - h[ 2] - h[ 5] + h[ 9]);
 179         q[14] = (h[ 3] - h[ 5] + h[ 8] - h[11] - h[12]);
 180         q[ 1] = (h[ 6] - h[ 8] + h[11] + h[14] - h[15]);
 181         q[ 4] = (h[ 1] + h[ 2] + h[ 9] - h[11] - h[14]);
 182         q[ 7] = (h[ 1] - h[ 4] - h[ 5] - h[12] - h[14]);
 183         q[10] = (h[ 8] - h[ 1] - h[ 4] - h[ 7] + h[15]);
 184         q[13] = (h[ 2] + h[ 4] + h[ 7] + h[10] + h[11]);
 185         dump_x(q, 16, 'W');
 186         q[ 0] = S32_0(q[ 0]); q[ 1] = S32_1(q[ 1]); q[ 2] = S32_2(q[ 2]); q[ 3] = S32_3(q[ 3]); q[ 4] = S32_4(q[ 4]);
 187         q[ 5] = S32_0(q[ 5]); q[ 6] = S32_1(q[ 6]); q[ 7] = S32_2(q[ 7]); q[ 8] = S32_3(q[ 8]); q[ 9] = S32_4(q[ 9]);
 188         q[10] = S32_0(q[10]); q[11] = S32_1(q[11]); q[12] = S32_2(q[12]); q[13] = S32_3(q[13]); q[14] = S32_4(q[14]);
 189         q[15] = S32_0(q[15]);
 190         i=15;
 191         do{
 192                 q[(i+15)&15] += ((uint32_t*)h)[i] ^= ((uint32_t*)m)[i];
 193         }while(i--);
 194 }
 195
 196 static
 197 void bmw_small_f1(uint32_t* q, const void* m, const void* h){
 198         uint8_t i;
 199         q[16] = bmw_small_expand1(0, q, m, h);
 200         q[17] = bmw_small_expand1(1, q, m, h);
 201         for(i=2; i<16; ++i){
 202                 q[16+i] = bmw_small_expand2(i, q, m, h);
 203         }
 204 }
 205
 206 static
 207 void bmw_small_f2(uint32_t* h, uint32_t* q, const uint32_t* m){
 208         uint32_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, 4);
 214         cli_putstr("\r\n XH = ");
 215         cli_hexdump_rev(&xh, 4);
 216 #endif
 217
 218         h[0] = (SHL32(xh, 5) ^ SHR32(q[16], 5) ^ m[ 0]) + (xl ^ q[24] ^ q[ 0]);
 219         h[1] = (SHR32(xh, 7) ^ SHL32(q[17], 8) ^ m[ 1]) + (xl ^ q[25] ^ q[ 1]);
 220         h[2] = (SHR32(xh, 5) ^ SHL32(q[18], 5) ^ m[ 2]) + (xl ^ q[26] ^ q[ 2]);
 221         h[3] = (SHR32(xh, 1) ^ SHL32(q[19], 5) ^ m[ 3]) + (xl ^ q[27] ^ q[ 3]);
 222         h[4] = (SHR32(xh, 3) ^ q[20]           ^ m[ 4]) + (xl ^ q[28] ^ q[ 4]);
 223         h[5] = (SHL32(xh, 6) ^ SHR32(q[21], 6) ^ m[ 5]) + (xl ^ q[29] ^ q[ 5]);
 224         h[6] = (SHR32(xh, 4) ^ SHL32(q[22], 6) ^ m[ 6]) + (xl ^ q[30] ^ q[ 6]);
 225         h[7] = (SHR32(xh,11) ^ SHL32(q[23], 2) ^ m[ 7]) + (xl ^ q[31] ^ q[ 7]);
 226
 227         h[ 8] = ROTL32(h[4],  9) + (xh ^ q[24] ^ m[ 8]) + (SHL32(xl, 8) ^ q[23] ^ q[ 8]);
 228         h[ 9] = ROTL32(h[5], 10) + (xh ^ q[25] ^ m[ 9]) + (SHR32(xl, 6) ^ q[16] ^ q[ 9]);
 229         h[10] = ROTL32(h[6], 11) + (xh ^ q[26] ^ m[10]) + (SHL32(xl, 6) ^ q[17] ^ q[10]);
 230         h[11] = ROTL32(h[7], 12) + (xh ^ q[27] ^ m[11]) + (SHL32(xl, 4) ^ q[18] ^ q[11]);
 231         h[12] = ROTL32(h[0], 13) + (xh ^ q[28] ^ m[12]) + (SHR32(xl, 3) ^ q[19] ^ q[12]);
 232         h[13] = ROTL32(h[1], 14) + (xh ^ q[29] ^ m[13]) + (SHR32(xl, 4) ^ q[20] ^ q[13]);
 233         h[14] = ROTL32(h[2], 15) + (xh ^ q[30] ^ m[14]) + (SHR32(xl, 7) ^ q[21] ^ q[14]);
 234         h[15] = ROTL32(h[3], 16) + (xh ^ q[31] ^ m[15]) + (SHR32(xl, 2) ^ q[22] ^ q[15]);
 235 }
 236
 237 void bmw_small_nextBlock(bmw_small_ctx_t* ctx, const void* block){
 238         uint32_t q[32];
 239         dump_x(block, 16, 'M');
 240         bmw_small_f0(q, ctx->h, block);
 241         dump_x(q, 16, 'Q');
 242         bmw_small_f1(q, block, ctx->h);
 243         dump_x(q, 32, 'Q');
 244         bmw_small_f2(ctx->h, q, block);
 245         ctx->counter += 1;
 246         ctx_dump(ctx);
 247 }
 248
 249 void bmw_small_lastBlock(bmw_small_ctx_t* ctx, const void* block, uint16_t length_b){
 250         uint8_t buffer[64];
 251         while(length_b >= BMW_SMALL_BLOCKSIZE){
 252                 bmw_small_nextBlock(ctx, block);
 253                 length_b -= BMW_SMALL_BLOCKSIZE;
 254                 block = (uint8_t*)block + BMW_SMALL_BLOCKSIZE_B;
 255         }
 256         memset(buffer, 0, 64);
 257         memcpy(buffer, block, (length_b+7)/8);
 258         buffer[length_b>>3] |= 0x80 >> (length_b&0x07);
 259         if(length_b+1>64*8-64){
 260                 bmw_small_nextBlock(ctx, buffer);
 261                 memset(buffer, 0, 64-8);
 262                 ctx->counter -= 1;
 263         }
 264         *((uint64_t*)&(buffer[64-8])) = (uint64_t)(ctx->counter*512LL)+(uint64_t)length_b;
 265         bmw_small_nextBlock(ctx, buffer);
 266         uint8_t i;
 267         uint32_t q[32];
 268         memset(buffer, 0xaa, 64);
 269         for(i=0; i<16;++i){
 270                 buffer[i*4] = i+0xa0;
 271         }
 272 //      dump_x(buffer, 16, 'A');
 273         dump_x(ctx->h, 16, 'M');
 274         bmw_small_f0(q, (uint32_t*)buffer, ctx->h);
 275         dump_x(buffer, 16, 'a');
 276         dump_x(q, 16, 'Q');
 277         bmw_small_f1(q, ctx->h, (uint32_t*)buffer);
 278         dump_x(q, 32, 'Q');
 279         bmw_small_f2((uint32_t*)buffer, q, ctx->h);
 280         memcpy(ctx->h, buffer, 64);
 281 }
 282
 283 void bmw224_init(bmw224_ctx_t* ctx){
 284         uint8_t i;
 285         ctx->h[0] = 0x00010203;
 286         for(i=1; i<16; ++i){
 287                 ctx->h[i] = ctx->h[i-1]+ 0x04040404;
 288         }
 289         ctx->counter=0;
 290         ctx_dump(ctx);
 291 }
 292
 293 void bmw256_init(bmw256_ctx_t* ctx){
 294         uint8_t i;
 295         ctx->h[0] = 0x40414243;
 296         for(i=1; i<16; ++i){
 297                 ctx->h[i] = ctx->h[i-1]+ 0x04040404;
 298         }
 299         ctx->counter=0;
 300         ctx_dump(ctx);
 301 }
 302
 303 void bmw224_nextBlock(bmw224_ctx_t* ctx, const void* block){
 304         bmw_small_nextBlock(ctx, block);
 305 }
 306
 307 void bmw256_nextBlock(bmw256_ctx_t* ctx, const void* block){
 308         bmw_small_nextBlock(ctx, block);
 309 }
 310
 311 void bmw224_lastBlock(bmw224_ctx_t* ctx, const void* block, uint16_t length_b){
 312         bmw_small_lastBlock(ctx, block, length_b);
 313 }
 314
 315 void bmw256_lastBlock(bmw256_ctx_t* ctx, const void* block, uint16_t length_b){
 316         bmw_small_lastBlock(ctx, block, length_b);
 317 }
 318
 319 void bmw224_ctx2hash(void* dest, const bmw224_ctx_t* ctx){
 320         memcpy(dest, &(ctx->h[9]), 224/8);
 321 }
 322
 323 void bmw256_ctx2hash(void* dest, const bmw256_ctx_t* ctx){
 324         memcpy(dest, &(ctx->h[8]), 256/8);
 325 }
 326
 327 void bmw224(void* dest, const void* msg, uint32_t length_b){
 328         bmw_small_ctx_t ctx;
 329         bmw224_init(&ctx);
 330         while(length_b>=BMW_SMALL_BLOCKSIZE){
 331                 bmw_small_nextBlock(&ctx, msg);
 332                 length_b -= BMW_SMALL_BLOCKSIZE;
 333                 msg = (uint8_t*)msg + BMW_SMALL_BLOCKSIZE_B;
 334         }
 335         bmw_small_lastBlock(&ctx, msg, length_b);
 336         bmw224_ctx2hash(dest, &ctx);
 337 }
 338
 339 void bmw256(void* dest, const void* msg, uint32_t length_b){
 340         bmw_small_ctx_t ctx;
 341         bmw256_init(&ctx);
 342         while(length_b>=BMW_SMALL_BLOCKSIZE){
 343                 bmw_small_nextBlock(&ctx, msg);
 344                 length_b -= BMW_SMALL_BLOCKSIZE;
 345                 msg = (uint8_t*)msg + BMW_SMALL_BLOCKSIZE_B;
 346         }
 347         bmw_small_lastBlock(&ctx, msg, length_b);
 348         bmw256_ctx2hash(dest, &ctx);
 349 }
 350