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 /*
 129 static inline
 130 uint32_t bmw_small_expand1(uint8_t j, const uint32_t* q, const void* m, const void* h){
 131         uint32_t r;
 132         r = (   ROTL32(((uint32_t*)m)[j],      ((j+0))+1  )
 133                + ROTL32(((uint32_t*)m)[(j+3)],  ((j+3))+1  )
 134                - ROTL32(((uint32_t*)m)[(j+10)], ((j+10))+1 )
 135                + k_lut[j]
 136              ) ^ ((uint32_t*)h)[(j+7)];
 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 inline
 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 static inline
 161 void bmw_small_f1(uint32_t* q, const void* m, const void* h);
 162
 163 static inline
 164 void bmw_small_f0(uint32_t* q, uint32_t* h, const uint32_t* m){
 165         h[ 0] ^= m[ 0];
 166         h[ 1] ^= m[ 1];
 167         h[ 2] ^= m[ 2];
 168         h[ 3] ^= m[ 3];
 169         h[ 4] ^= m[ 4];
 170         h[ 5] ^= m[ 5];
 171         h[ 6] ^= m[ 6];
 172         h[ 7] ^= m[ 7];
 173         h[ 8] ^= m[ 8];
 174         h[ 9] ^= m[ 9];
 175         h[10] ^= m[10];
 176         h[11] ^= m[11];
 177         h[12] ^= m[12];
 178         h[13] ^= m[13];
 179         h[14] ^= m[14];
 180         h[15] ^= m[15];
 181
 182         dump_x(h, 16, 'T');
 183         q[ 0] = (h[ 5] - h[ 7] + h[10] + h[13] + h[14]);
 184         q[ 3] = (h[ 0] - h[ 1] + h[ 8] - h[10] + h[13]);
 185         q[ 6] = (h[ 4] - h[ 0] - h[ 3] - h[11] + h[13]);
 186         q[ 9] = (h[ 0] - h[ 3] + h[ 6] - h[ 7] + h[14]);
 187         q[12] = (h[ 1] + h[ 3] - h[ 6] - h[ 9] + h[10]);
 188         q[15] = (h[12] - h[ 4] - h[ 6] - h[ 9] + h[13]);
 189         q[ 2] = (h[ 0] + h[ 7] + h[ 9] - h[12] + h[15]);
 190         q[ 5] = (h[ 3] - h[ 2] + h[10] - h[12] + h[15]);
 191         q[ 8] = (h[ 2] - h[ 5] - h[ 6] + h[13] - h[15]);
 192         q[11] = (h[ 8] - h[ 0] - h[ 2] - h[ 5] + h[ 9]);
 193         q[14] = (h[ 3] - h[ 5] + h[ 8] - h[11] - h[12]);
 194         q[ 1] = (h[ 6] - h[ 8] + h[11] + h[14] - h[15]);
 195         q[ 4] = (h[ 1] + h[ 2] + h[ 9] - h[11] - h[14]);
 196         q[ 7] = (h[ 1] - h[ 4] - h[ 5] - h[12] - h[14]);
 197         q[10] = (h[ 8] - h[ 1] - h[ 4] - h[ 7] + h[15]);
 198         q[13] = (h[ 2] + h[ 4] + h[ 7] + h[10] + h[11]);
 199         dump_x(q, 16, 'W');
 200 /*
 201         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]);
 202         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]);
 203         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]);
 204         q[15] = S32_0(q[15]);
 205         q[ 0] += h[ 1] ^= m[ 1];
 206         q[ 1] += h[ 2] ^= m[ 2];
 207         q[ 2] += h[ 3] ^= m[ 3];
 208         q[ 3] += h[ 4] ^= m[ 4];
 209         q[ 4] += h[ 5] ^= m[ 5];
 210         q[ 5] += h[ 6] ^= m[ 6];
 211         q[ 6] += h[ 7] ^= m[ 7];
 212         q[ 7] += h[ 8] ^= m[ 8];
 213         q[ 8] += h[ 9] ^= m[ 9];
 214         q[ 9] += h[10] ^= m[10];
 215         q[10] += h[11] ^= m[11];
 216         q[11] += h[12] ^= m[12];
 217         q[12] += h[13] ^= m[13];
 218         q[13] += h[14] ^= m[14];
 219         q[14] += h[15] ^= m[15];
 220         q[15] += h[ 0] ^= m[ 0];
 221 */
 222         q[ 0] = S32_0(q[ 0]) + (h[ 1] ^= m[ 1]);
 223         q[ 1] = S32_1(q[ 1]) + (h[ 2] ^= m[ 2]);
 224         q[ 2] = S32_2(q[ 2]) + (h[ 3] ^= m[ 3]);
 225         q[ 3] = S32_3(q[ 3]) + (h[ 4] ^= m[ 4]);
 226         q[ 4] = S32_4(q[ 4]) + (h[ 5] ^= m[ 5]);
 227         q[ 5] = S32_0(q[ 5]) + (h[ 6] ^= m[ 6]);
 228         q[ 6] = S32_1(q[ 6]) + (h[ 7] ^= m[ 7]);
 229         q[ 7] = S32_2(q[ 7]) + (h[ 8] ^= m[ 8]);
 230         q[ 8] = S32_3(q[ 8]) + (h[ 9] ^= m[ 9]);
 231         q[ 9] = S32_4(q[ 9]) + (h[10] ^= m[10]);
 232         q[10] = S32_0(q[10]) + (h[11] ^= m[11]);
 233         q[11] = S32_1(q[11]) + (h[12] ^= m[12]);
 234         q[12] = S32_2(q[12]) + (h[13] ^= m[13]);
 235         q[13] = S32_3(q[13]) + (h[14] ^= m[14]);
 236         q[14] = S32_4(q[14]) + (h[15] ^= m[15]);
 237         q[15] = S32_0(q[15]) + (h[ 0] ^= m[ 0]);
 238 }
 239
 240 static inline
 241 void bmw_small_f2(uint32_t* h, uint32_t* q, const uint32_t* m){
 242         uint32_t xl, xh;
 243         xl =      q[16] ^ q[17] ^ q[18] ^ q[19] ^ q[20] ^ q[21] ^ q[22] ^ q[23];
 244         xh = xl ^ q[24] ^ q[25] ^ q[26] ^ q[27] ^ q[28] ^ q[29] ^ q[30] ^ q[31];
 245 #if DEBUG
 246         cli_putstr("\r\n XL = ");
 247         cli_hexdump_rev(&xl, 4);
 248         cli_putstr("\r\n XH = ");
 249         cli_hexdump_rev(&xh, 4);
 250 #endif
 251
 252         h[0] = (SHL32(xh, 5) ^ SHR32(q[16], 5) ^ m[ 0]) + (xl ^ q[24] ^ q[ 0]);
 253         h[1] = (SHR32(xh, 7) ^ SHL32(q[17], 8) ^ m[ 1]) + (xl ^ q[25] ^ q[ 1]);
 254         h[2] = (SHR32(xh, 5) ^ SHL32(q[18], 5) ^ m[ 2]) + (xl ^ q[26] ^ q[ 2]);
 255         h[3] = (SHR32(xh, 1) ^ SHL32(q[19], 5) ^ m[ 3]) + (xl ^ q[27] ^ q[ 3]);
 256         h[4] = (SHR32(xh, 3) ^ q[20]           ^ m[ 4]) + (xl ^ q[28] ^ q[ 4]);
 257         h[5] = (SHL32(xh, 6) ^ SHR32(q[21], 6) ^ m[ 5]) + (xl ^ q[29] ^ q[ 5]);
 258         h[6] = (SHR32(xh, 4) ^ SHL32(q[22], 6) ^ m[ 6]) + (xl ^ q[30] ^ q[ 6]);
 259         h[7] = (SHR32(xh,11) ^ SHL32(q[23], 2) ^ m[ 7]) + (xl ^ q[31] ^ q[ 7]);
 260
 261         h[ 8] = ROTL32(h[4],  9) + (xh ^ q[24] ^ m[ 8]) + (SHL32(xl, 8) ^ q[23] ^ q[ 8]);
 262         h[ 9] = ROTL32(h[5], 10) + (xh ^ q[25] ^ m[ 9]) + (SHR32(xl, 6) ^ q[16] ^ q[ 9]);
 263         h[10] = ROTL32(h[6], 11) + (xh ^ q[26] ^ m[10]) + (SHL32(xl, 6) ^ q[17] ^ q[10]);
 264         h[11] = ROTL32(h[7], 12) + (xh ^ q[27] ^ m[11]) + (SHL32(xl, 4) ^ q[18] ^ q[11]);
 265         h[12] = ROTL32(h[0], 13) + (xh ^ q[28] ^ m[12]) + (SHR32(xl, 3) ^ q[19] ^ q[12]);
 266         h[13] = ROTL32(h[1], 14) + (xh ^ q[29] ^ m[13]) + (SHR32(xl, 4) ^ q[20] ^ q[13]);
 267         h[14] = ROTL32(h[2], 15) + (xh ^ q[30] ^ m[14]) + (SHR32(xl, 7) ^ q[21] ^ q[14]);
 268         h[15] = ROTL32(h[3], 16) + (xh ^ q[31] ^ m[15]) + (SHR32(xl, 2) ^ q[22] ^ q[15]);
 269 }
 270
 271 void bmw_small_nextBlock(bmw_small_ctx_t* ctx, const void* block){
 272         uint32_t q[32];
 273         dump_x(block, 16, 'M');
 274         bmw_small_f0(q, ctx->h, block);
 275         dump_x(q, 16, 'Q');
 276         bmw_small_f1(q, block, ctx->h);
 277         dump_x(q+16, 16, 'Q');
 278         bmw_small_f2(ctx->h, q, block);
 279         ctx->counter += 1;
 280         ctx_dump(ctx);
 281 }
 282
 283 void bmw_small_lastBlock(bmw_small_ctx_t* ctx, const void* block, uint16_t length_b){
 284         uint8_t buffer[64];
 285         while(length_b >= BMW_SMALL_BLOCKSIZE){
 286                 bmw_small_nextBlock(ctx, block);
 287                 length_b -= BMW_SMALL_BLOCKSIZE;
 288                 block = (uint8_t*)block + BMW_SMALL_BLOCKSIZE_B;
 289         }
 290         memset(buffer, 0, 64);
 291         memcpy(buffer, block, (length_b+7)/8);
 292         buffer[length_b>>3] |= 0x80 >> (length_b&0x07);
 293         if(length_b+1>64*8-64){
 294                 bmw_small_nextBlock(ctx, buffer);
 295                 memset(buffer, 0, 64-8);
 296                 ctx->counter -= 1;
 297         }
 298         *((uint64_t*)&(buffer[64-8])) = (uint64_t)(ctx->counter*512LL)+(uint64_t)length_b;
 299         bmw_small_nextBlock(ctx, buffer);
 300         uint8_t i;
 301         uint32_t q[32];
 302         memset(buffer, 0xaa, 64);
 303         for(i=0; i<16;++i){
 304                 buffer[i*4] = i+0xa0;
 305         }
 306 //      dump_x(buffer, 16, 'A');
 307         dump_x(ctx->h, 16, 'M');
 308         bmw_small_f0(q, (uint32_t*)buffer, ctx->h);
 309         dump_x(buffer, 16, 'a');
 310         dump_x(q, 16, 'Q');
 311         bmw_small_f1(q, ctx->h, (uint32_t*)buffer);
 312         dump_x(q, 32, 'Q');
 313         bmw_small_f2((uint32_t*)buffer, q, ctx->h);
 314         memcpy(ctx->h, buffer, 64);
 315 }
 316
 317 void bmw224_init(bmw224_ctx_t* ctx){
 318         uint8_t i;
 319         ctx->h[0] = 0x00010203;
 320         for(i=1; i<16; ++i){
 321                 ctx->h[i] = ctx->h[i-1]+ 0x04040404;
 322         }
 323         ctx->counter=0;
 324         ctx_dump(ctx);
 325 }
 326
 327 void bmw256_init(bmw256_ctx_t* ctx){
 328         uint8_t i;
 329         ctx->h[0] = 0x40414243;
 330         for(i=1; i<16; ++i){
 331                 ctx->h[i] = ctx->h[i-1]+ 0x04040404;
 332         }
 333         ctx->counter=0;
 334         ctx_dump(ctx);
 335 }
 336
 337 void bmw224_nextBlock(bmw224_ctx_t* ctx, const void* block){
 338         bmw_small_nextBlock(ctx, block);
 339 }
 340
 341 void bmw256_nextBlock(bmw256_ctx_t* ctx, const void* block){
 342         bmw_small_nextBlock(ctx, block);
 343 }
 344
 345 void bmw224_lastBlock(bmw224_ctx_t* ctx, const void* block, uint16_t length_b){
 346         bmw_small_lastBlock(ctx, block, length_b);
 347 }
 348
 349 void bmw256_lastBlock(bmw256_ctx_t* ctx, const void* block, uint16_t length_b){
 350         bmw_small_lastBlock(ctx, block, length_b);
 351 }
 352
 353 void bmw224_ctx2hash(void* dest, const bmw224_ctx_t* ctx){
 354         memcpy(dest, &(ctx->h[9]), 224/8);
 355 }
 356
 357 void bmw256_ctx2hash(void* dest, const bmw256_ctx_t* ctx){
 358         memcpy(dest, &(ctx->h[8]), 256/8);
 359 }
 360
 361 void bmw224(void* dest, const void* msg, uint32_t length_b){
 362         bmw_small_ctx_t ctx;
 363         bmw224_init(&ctx);
 364         while(length_b>=BMW_SMALL_BLOCKSIZE){
 365                 bmw_small_nextBlock(&ctx, msg);
 366                 length_b -= BMW_SMALL_BLOCKSIZE;
 367                 msg = (uint8_t*)msg + BMW_SMALL_BLOCKSIZE_B;
 368         }
 369         bmw_small_lastBlock(&ctx, msg, length_b);
 370         bmw224_ctx2hash(dest, &ctx);
 371 }
 372
 373 void bmw256(void* dest, const void* msg, uint32_t length_b){
 374         bmw_small_ctx_t ctx;
 375         bmw256_init(&ctx);
 376         while(length_b>=BMW_SMALL_BLOCKSIZE){
 377                 bmw_small_nextBlock(&ctx, msg);
 378                 length_b -= BMW_SMALL_BLOCKSIZE;
 379                 msg = (uint8_t*)msg + BMW_SMALL_BLOCKSIZE_B;
 380         }
 381         bmw_small_lastBlock(&ctx, msg, length_b);
 382         bmw256_ctx2hash(dest, &ctx);
 383 }
 384
 385 #include "f1_autogen.c"
 386