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 #define K 0x05555555L
 110 static
 111 uint32_t k_lut[] PROGMEM = {
 112         16L*K, 17L*K, 18L*K, 19L*K, 20L*K, 21L*K, 22L*K, 23L*K,
 113         24L*K, 25L*K, 26L*K, 27L*K, 28L*K, 29L*K, 30L*K, 31L*K
 114 };
 115 */
 116 /* same as above but precomputed to avoid compiler warnings */
 117
 118 static
 119 uint32_t k_lut[] = {
 120         0x55555550L, 0x5aaaaaa5L, 0x5ffffffaL,
 121         0x6555554fL, 0x6aaaaaa4L, 0x6ffffff9L,
 122         0x7555554eL, 0x7aaaaaa3L, 0x7ffffff8L,
 123         0x8555554dL, 0x8aaaaaa2L, 0x8ffffff7L,
 124         0x9555554cL, 0x9aaaaaa1L, 0x9ffffff6L,
 125         0xa555554bL };
 126
 127 static
 128 uint32_t bmw_small_expand1(uint8_t j, const uint32_t* q, const void* m, const void* h){
 129         uint32_t r;
 130         /* r = 0x05555555*(j+16); */
 131         r = (   ROTL32(((uint32_t*)m)[j&0xf],      ((j+0)&0xf)+1  )
 132                + ROTL32(((uint32_t*)m)[(j+3)&0xf],  ((j+3)&0xf)+1  )
 133                - ROTL32(((uint32_t*)m)[(j+10)&0xf], ((j+10)&0xf)+1 )
 134                + k_lut[j]
 135              ) ^ ((uint32_t*)h)[(j+7)&0xf];
 136         r += S32_1(q[j+ 0]) + S32_2(q[j+ 1]) + S32_3(q[j+ 2]) + S32_0(q[j+ 3]) +
 137                  S32_1(q[j+ 4]) + S32_2(q[j+ 5]) + S32_3(q[j+ 6]) + S32_0(q[j+ 7]) +
 138                  S32_1(q[j+ 8]) + S32_2(q[j+ 9]) + S32_3(q[j+10]) + S32_0(q[j+11]) +
 139                  S32_1(q[j+12]) + S32_2(q[j+13]) + S32_3(q[j+14]) + S32_0(q[j+15]);
 140
 141         return r;
 142 }
 143
 144 static
 145 uint32_t bmw_small_expand2(uint8_t j, const uint32_t* q, const void* m, const void* h){
 146         uint32_t r;
 147         r = (   ROTL32(((uint32_t*)m)[j&0xf],      ((j+0)&0xf)+1  )
 148                + ROTL32(((uint32_t*)m)[(j+3)&0xf],  ((j+3)&0xf)+1  )
 149                - ROTL32(((uint32_t*)m)[(j+10)&0xf], ((j+10)&0xf)+1 )
 150                + k_lut[j]
 151              ) ^ ((uint32_t*)h)[(j+7)&0xf];
 152         r += (q[j+ 0]) + R32_1(q[j+ 1]) + (q[j+ 2]) + R32_2(q[j+ 3]) +
 153                  (q[j+ 4]) + R32_3(q[j+ 5]) + (q[j+ 6]) + R32_4(q[j+ 7]) +
 154                  (q[j+ 8]) + R32_5(q[j+ 9]) + (q[j+10]) + R32_6(q[j+11]) +
 155                  (q[j+12]) + R32_7(q[j+13]) + S32_4(q[j+14]) + S32_5(q[j+15]);
 156         return r;
 157 }
 158
 159
 160 static
 161 void bmw_small_f0(uint32_t* q, uint32_t* h, const void* m){
 162         uint8_t i;
 163         i=15;
 164         do{
 165                 ((uint32_t*)h)[i] ^= ((uint32_t*)m)[i];
 166         }while(i--);
 167         dump_x(h, 16, 'T');
 168         q[ 0] = (h[ 5] - h[ 7] + h[10] + h[13] + h[14]);
 169         q[ 1] = (h[ 6] - h[ 8] + h[11] + h[14] - h[15]);
 170         q[ 2] = (h[ 0] + h[ 7] + h[ 9] - h[12] + h[15]);
 171         q[ 3] = (h[ 0] - h[ 1] + h[ 8] - h[10] + h[13]);
 172         q[ 4] = (h[ 1] + h[ 2] + h[ 9] - h[11] - h[14]);
 173         q[ 5] = (h[ 3] - h[ 2] + h[10] - h[12] + h[15]);
 174         q[ 6] = (h[ 4] - h[ 0] - h[ 3] - h[11] + h[13]);
 175         q[ 7] = (h[ 1] - h[ 4] - h[ 5] - h[12] - h[14]);
 176         q[ 8] = (h[ 2] - h[ 5] - h[ 6] + h[13] - h[15]);
 177         q[ 9] = (h[ 0] - h[ 3] + h[ 6] - h[ 7] + h[14]);
 178         q[10] = (h[ 8] - h[ 1] - h[ 4] - h[ 7] + h[15]);
 179         q[11] = (h[ 8] - h[ 0] - h[ 2] - h[ 5] + h[ 9]);
 180         q[12] = (h[ 1] + h[ 3] - h[ 6] - h[ 9] + h[10]);
 181         q[13] = (h[ 2] + h[ 4] + h[ 7] + h[10] + h[11]);
 182         q[14] = (h[ 3] - h[ 5] + h[ 8] - h[11] - h[12]);
 183         q[15] = (h[12] - h[ 4] - h[ 6] - h[ 9] + h[13]);
 184         dump_x(q, 16, 'W');
 185         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]);
 186         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]);
 187         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]);
 188         q[15] = S32_0(q[15]);
 189         i=15;
 190         do{
 191                 q[(i+15)&15] += ((uint32_t*)h)[i] ^= ((uint32_t*)m)[i];
 192         }while(i--);
 193 }
 194
 195 static
 196 void bmw_small_f1(uint32_t* q, const void* m, const void* h){
 197         uint8_t i;
 198         q[16] = bmw_small_expand1(0, q, m, h);
 199         q[17] = bmw_small_expand1(1, q, m, h);
 200         for(i=2; i<16; ++i){
 201                 q[16+i] = bmw_small_expand2(i, q, m, h);
 202         }
 203 }
 204
 205 static
 206 void bmw_small_f2(uint32_t* h, uint32_t* q, const void* m){
 207         uint32_t xl=0, xh;
 208         uint8_t i;
 209         for(i=16;i<24;++i){
 210                 xl ^= q[i];
 211         }
 212         xh = xl;
 213         for(i=24;i<32;++i){
 214                 xh ^= q[i];
 215         }
 216 #if DEBUG
 217         cli_putstr("\r\n XL = ");
 218         cli_hexdump_rev(&xl, 4);
 219         cli_putstr("\r\n XH = ");
 220         cli_hexdump_rev(&xh, 4);
 221 #endif
 222         memcpy(h, m, 16*4);
 223         h[0] ^= SHL32(xh, 5) ^ SHR32(q[16], 5);
 224         h[1] ^= SHR32(xh, 7) ^ SHL32(q[17], 8);
 225         h[2] ^= SHR32(xh, 5) ^ SHL32(q[18], 5);
 226         h[3] ^= SHR32(xh, 1) ^ SHL32(q[19], 5);
 227         h[4] ^= SHR32(xh, 3) ^ q[20];
 228         h[5] ^= SHL32(xh, 6) ^ SHR32(q[21], 6);
 229         h[6] ^= SHR32(xh, 4) ^ SHL32(q[22], 6);
 230         h[7] ^= SHR32(xh,11) ^ SHL32(q[23], 2);
 231         for(i=0; i<8; ++i){
 232                 h[i] += xl ^ q[24+i] ^ q[i];
 233         }
 234         for(i=0; i<8; ++i){
 235                 h[8+i] ^= xh ^ q[24+i];
 236                 h[8+i] += ROTL32(h[(4+i)%8],i+9);
 237         }
 238 /*
 239         h[ 8] += SHL32(xl, 8) ^ q[23] ^ q[ 8];
 240         h[ 9] += SHR32(xl, 6) ^ q[16] ^ q[ 9];
 241         h[10] += SHL32(xl, 6) ^ q[17] ^ q[10];
 242         h[11] += SHL32(xl, 4) ^ q[18] ^ q[11];
 243         h[12] += SHR32(xl, 3) ^ q[19] ^ q[12];
 244         h[13] += SHR32(xl, 4) ^ q[20] ^ q[13];
 245         h[14] += SHR32(xl, 7) ^ q[21] ^ q[14];
 246         h[15] += SHR32(xl, 2) ^ q[22] ^ q[15];
 247 */
 248         i=6;
 249         do{
 250                 q[9+i] ^= q[16+i];
 251         }while(i--);
 252         q[8] ^= q[23];
 253         h[ 8] += SHL32(xl, 8) ^ q[ 8];
 254         h[ 9] += SHR32(xl, 6) ^ q[ 9];
 255         h[10] += SHL32(xl, 6) ^ q[10];
 256         h[11] += SHL32(xl, 4) ^ q[11];
 257         h[12] += SHR32(xl, 3) ^ q[12];
 258         h[13] += SHR32(xl, 4) ^ q[13];
 259         h[14] += SHR32(xl, 7) ^ q[14];
 260         h[15] += SHR32(xl, 2) ^ q[15];
 261 }
 262
 263 void bmw_small_nextBlock(bmw_small_ctx_t* ctx, const void* block){
 264         uint32_t q[32];
 265         dump_x(block, 16, 'M');
 266         bmw_small_f0(q, ctx->h, block);
 267         dump_x(q, 16, 'Q');
 268         bmw_small_f1(q, block, ctx->h);
 269         dump_x(q, 32, 'Q');
 270         bmw_small_f2(ctx->h, q, block);
 271         ctx->counter += 1;
 272         ctx_dump(ctx);
 273 }
 274
 275 void bmw_small_lastBlock(bmw_small_ctx_t* ctx, const void* block, uint16_t length_b){
 276         uint8_t buffer[64];
 277         while(length_b >= BMW_SMALL_BLOCKSIZE){
 278                 bmw_small_nextBlock(ctx, block);
 279                 length_b -= BMW_SMALL_BLOCKSIZE;
 280                 block = (uint8_t*)block + BMW_SMALL_BLOCKSIZE_B;
 281         }
 282         memset(buffer, 0, 64);
 283         memcpy(buffer, block, (length_b+7)/8);
 284         buffer[length_b>>3] |= 0x80 >> (length_b&0x07);
 285         if(length_b+1>64*8-64){
 286                 bmw_small_nextBlock(ctx, buffer);
 287                 memset(buffer, 0, 64-8);
 288                 ctx->counter -= 1;
 289         }
 290         *((uint64_t*)&(buffer[64-8])) = (uint64_t)(ctx->counter*512LL)+(uint64_t)length_b;
 291         bmw_small_nextBlock(ctx, buffer);
 292         uint8_t i;
 293         uint32_t q[32];
 294         memset(buffer, 0xaa, 64);
 295         for(i=0; i<16;++i){
 296                 buffer[i*4] = i+0xa0;
 297         }
 298 //      dump_x(buffer, 16, 'A');
 299         dump_x(ctx->h, 16, 'M');
 300         bmw_small_f0(q, (uint32_t*)buffer, ctx->h);
 301         dump_x(buffer, 16, 'a');
 302         dump_x(q, 16, 'Q');
 303         bmw_small_f1(q, ctx->h, (uint32_t*)buffer);
 304         dump_x(q, 32, 'Q');
 305         bmw_small_f2((uint32_t*)buffer, q, ctx->h);
 306         memcpy(ctx->h, buffer, 64);
 307 }
 308
 309 void bmw224_init(bmw224_ctx_t* ctx){
 310         uint8_t i;
 311         ctx->h[0] = 0x00010203;
 312         for(i=1; i<16; ++i){
 313                 ctx->h[i] = ctx->h[i-1]+ 0x04040404;
 314         }
 315         ctx->counter=0;
 316         ctx_dump(ctx);
 317 }
 318
 319 void bmw256_init(bmw256_ctx_t* ctx){
 320         uint8_t i;
 321         ctx->h[0] = 0x40414243;
 322         for(i=1; i<16; ++i){
 323                 ctx->h[i] = ctx->h[i-1]+ 0x04040404;
 324         }
 325         ctx->counter=0;
 326         ctx_dump(ctx);
 327 }
 328
 329 void bmw224_nextBlock(bmw224_ctx_t* ctx, const void* block){
 330         bmw_small_nextBlock(ctx, block);
 331 }
 332
 333 void bmw256_nextBlock(bmw256_ctx_t* ctx, const void* block){
 334         bmw_small_nextBlock(ctx, block);
 335 }
 336
 337 void bmw224_lastBlock(bmw224_ctx_t* ctx, const void* block, uint16_t length_b){
 338         bmw_small_lastBlock(ctx, block, length_b);
 339 }
 340
 341 void bmw256_lastBlock(bmw256_ctx_t* ctx, const void* block, uint16_t length_b){
 342         bmw_small_lastBlock(ctx, block, length_b);
 343 }
 344
 345 void bmw224_ctx2hash(void* dest, const bmw224_ctx_t* ctx){
 346         memcpy(dest, &(ctx->h[9]), 224/8);
 347 }
 348
 349 void bmw256_ctx2hash(void* dest, const bmw256_ctx_t* ctx){
 350         memcpy(dest, &(ctx->h[8]), 256/8);
 351 }
 352
 353 void bmw224(void* dest, const void* msg, uint32_t length_b){
 354         bmw_small_ctx_t ctx;
 355         bmw224_init(&ctx);
 356         while(length_b>=BMW_SMALL_BLOCKSIZE){
 357                 bmw_small_nextBlock(&ctx, msg);
 358                 length_b -= BMW_SMALL_BLOCKSIZE;
 359                 msg = (uint8_t*)msg + BMW_SMALL_BLOCKSIZE_B;
 360         }
 361         bmw_small_lastBlock(&ctx, msg, length_b);
 362         bmw224_ctx2hash(dest, &ctx);
 363 }
 364
 365 void bmw256(void* dest, const void* msg, uint32_t length_b){
 366         bmw_small_ctx_t ctx;
 367         bmw256_init(&ctx);
 368         while(length_b>=BMW_SMALL_BLOCKSIZE){
 369                 bmw_small_nextBlock(&ctx, msg);
 370                 length_b -= BMW_SMALL_BLOCKSIZE;
 371                 msg = (uint8_t*)msg + BMW_SMALL_BLOCKSIZE_B;
 372         }
 373         bmw_small_lastBlock(&ctx, msg, length_b);
 374         bmw256_ctx2hash(dest, &ctx);
 375 }
 376