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 #include "f1_autogen.c"
 111
 112 static inline
 113 void bmw_small_f0(uint32_t* q, uint32_t* h, const uint32_t* m){
 114         h[ 0] ^= m[ 0];
 115         h[ 1] ^= m[ 1];
 116         h[ 2] ^= m[ 2];
 117         h[ 3] ^= m[ 3];
 118         h[ 4] ^= m[ 4];
 119         h[ 5] ^= m[ 5];
 120         h[ 6] ^= m[ 6];
 121         h[ 7] ^= m[ 7];
 122         h[ 8] ^= m[ 8];
 123         h[ 9] ^= m[ 9];
 124         h[10] ^= m[10];
 125         h[11] ^= m[11];
 126         h[12] ^= m[12];
 127         h[13] ^= m[13];
 128         h[14] ^= m[14];
 129         h[15] ^= m[15];
 130
 131         dump_x(h, 16, 'T');
 132         q[ 0] = (h[ 5] - h[ 7] + h[10] + h[13] + h[14]);
 133         q[ 3] = (h[ 0] - h[ 1] + h[ 8] - h[10] + h[13]);
 134         q[ 6] = (h[ 4] - h[ 0] - h[ 3] - h[11] + h[13]);
 135         q[ 9] = (h[ 0] - h[ 3] + h[ 6] - h[ 7] + h[14]);
 136         q[12] = (h[ 1] + h[ 3] - h[ 6] - h[ 9] + h[10]);
 137         q[15] = (h[12] - h[ 4] - h[ 6] - h[ 9] + h[13]);
 138         q[ 2] = (h[ 0] + h[ 7] + h[ 9] - h[12] + h[15]);
 139         q[ 5] = (h[ 3] - h[ 2] + h[10] - h[12] + h[15]);
 140         q[ 8] = (h[ 2] - h[ 5] - h[ 6] + h[13] - h[15]);
 141         q[11] = (h[ 8] - h[ 0] - h[ 2] - h[ 5] + h[ 9]);
 142         q[14] = (h[ 3] - h[ 5] + h[ 8] - h[11] - h[12]);
 143         q[ 1] = (h[ 6] - h[ 8] + h[11] + h[14] - h[15]);
 144         q[ 4] = (h[ 1] + h[ 2] + h[ 9] - h[11] - h[14]);
 145         q[ 7] = (h[ 1] - h[ 4] - h[ 5] - h[12] - h[14]);
 146         q[10] = (h[ 8] - h[ 1] - h[ 4] - h[ 7] + h[15]);
 147         q[13] = (h[ 2] + h[ 4] + h[ 7] + h[10] + h[11]);
 148         dump_x(q, 16, 'W');
 149         q[ 0] = S32_0(q[ 0]) + (h[ 1] ^= m[ 1]);
 150         q[ 1] = S32_1(q[ 1]) + (h[ 2] ^= m[ 2]);
 151         q[ 2] = S32_2(q[ 2]) + (h[ 3] ^= m[ 3]);
 152         q[ 3] = S32_3(q[ 3]) + (h[ 4] ^= m[ 4]);
 153         q[ 4] = S32_4(q[ 4]) + (h[ 5] ^= m[ 5]);
 154         q[ 5] = S32_0(q[ 5]) + (h[ 6] ^= m[ 6]);
 155         q[ 6] = S32_1(q[ 6]) + (h[ 7] ^= m[ 7]);
 156         q[ 7] = S32_2(q[ 7]) + (h[ 8] ^= m[ 8]);
 157         q[ 8] = S32_3(q[ 8]) + (h[ 9] ^= m[ 9]);
 158         q[ 9] = S32_4(q[ 9]) + (h[10] ^= m[10]);
 159         q[10] = S32_0(q[10]) + (h[11] ^= m[11]);
 160         q[11] = S32_1(q[11]) + (h[12] ^= m[12]);
 161         q[12] = S32_2(q[12]) + (h[13] ^= m[13]);
 162         q[13] = S32_3(q[13]) + (h[14] ^= m[14]);
 163         q[14] = S32_4(q[14]) + (h[15] ^= m[15]);
 164         q[15] = S32_0(q[15]) + (h[ 0] ^= m[ 0]);
 165 }
 166
 167 static inline
 168 void bmw_small_f2(uint32_t* h, uint32_t* q, const uint32_t* m){
 169         uint32_t xl, xh;
 170         xl =      q[16] ^ q[17] ^ q[18] ^ q[19] ^ q[20] ^ q[21] ^ q[22] ^ q[23];
 171         xh = xl ^ q[24] ^ q[25] ^ q[26] ^ q[27] ^ q[28] ^ q[29] ^ q[30] ^ q[31];
 172 #if DEBUG
 173         cli_putstr("\r\n XL = ");
 174         cli_hexdump_rev(&xl, 4);
 175         cli_putstr("\r\n XH = ");
 176         cli_hexdump_rev(&xh, 4);
 177 #endif
 178
 179         h[0] = (SHL32(xh, 5) ^ SHR32(q[16], 5) ^ m[ 0]) + (xl ^ q[24] ^ q[ 0]);
 180         h[1] = (SHR32(xh, 7) ^ SHL32(q[17], 8) ^ m[ 1]) + (xl ^ q[25] ^ q[ 1]);
 181         h[2] = (SHR32(xh, 5) ^ SHL32(q[18], 5) ^ m[ 2]) + (xl ^ q[26] ^ q[ 2]);
 182         h[3] = (SHR32(xh, 1) ^ SHL32(q[19], 5) ^ m[ 3]) + (xl ^ q[27] ^ q[ 3]);
 183         h[4] = (SHR32(xh, 3) ^ q[20]           ^ m[ 4]) + (xl ^ q[28] ^ q[ 4]);
 184         h[5] = (SHL32(xh, 6) ^ SHR32(q[21], 6) ^ m[ 5]) + (xl ^ q[29] ^ q[ 5]);
 185         h[6] = (SHR32(xh, 4) ^ SHL32(q[22], 6) ^ m[ 6]) + (xl ^ q[30] ^ q[ 6]);
 186         h[7] = (SHR32(xh,11) ^ SHL32(q[23], 2) ^ m[ 7]) + (xl ^ q[31] ^ q[ 7]);
 187
 188         h[ 8] = ROTL32(h[4],  9) + (xh ^ q[24] ^ m[ 8]) + (SHL32(xl, 8) ^ q[23] ^ q[ 8]);
 189         h[ 9] = ROTL32(h[5], 10) + (xh ^ q[25] ^ m[ 9]) + (SHR32(xl, 6) ^ q[16] ^ q[ 9]);
 190         h[10] = ROTL32(h[6], 11) + (xh ^ q[26] ^ m[10]) + (SHL32(xl, 6) ^ q[17] ^ q[10]);
 191         h[11] = ROTL32(h[7], 12) + (xh ^ q[27] ^ m[11]) + (SHL32(xl, 4) ^ q[18] ^ q[11]);
 192         h[12] = ROTL32(h[0], 13) + (xh ^ q[28] ^ m[12]) + (SHR32(xl, 3) ^ q[19] ^ q[12]);
 193         h[13] = ROTL32(h[1], 14) + (xh ^ q[29] ^ m[13]) + (SHR32(xl, 4) ^ q[20] ^ q[13]);
 194         h[14] = ROTL32(h[2], 15) + (xh ^ q[30] ^ m[14]) + (SHR32(xl, 7) ^ q[21] ^ q[14]);
 195         h[15] = ROTL32(h[3], 16) + (xh ^ q[31] ^ m[15]) + (SHR32(xl, 2) ^ q[22] ^ q[15]);
 196 }
 197
 198 void bmw_small_nextBlock(bmw_small_ctx_t* ctx, const void* block){
 199         uint32_t q[32];
 200         dump_x(block, 16, 'M');
 201         bmw_small_f0(q, ctx->h, block);
 202         dump_x(q, 16, 'Q');
 203         bmw_small_f1(q, block, ctx->h);
 204         dump_x(q+16, 16, 'Q');
 205         bmw_small_f2(ctx->h, q, block);
 206         ctx->counter += 1;
 207         ctx_dump(ctx);
 208 }
 209
 210 void bmw_small_lastBlock(bmw_small_ctx_t* ctx, const void* block, uint16_t length_b){
 211         uint8_t buffer[64];
 212         while(length_b >= BMW_SMALL_BLOCKSIZE){
 213                 bmw_small_nextBlock(ctx, block);
 214                 length_b -= BMW_SMALL_BLOCKSIZE;
 215                 block = (uint8_t*)block + BMW_SMALL_BLOCKSIZE_B;
 216         }
 217         memset(buffer, 0, 64);
 218         memcpy(buffer, block, (length_b+7)/8);
 219         buffer[length_b>>3] |= 0x80 >> (length_b&0x07);
 220         if(length_b+1>64*8-64){
 221                 bmw_small_nextBlock(ctx, buffer);
 222                 memset(buffer, 0, 64-8);
 223                 ctx->counter -= 1;
 224         }
 225         *((uint64_t*)&(buffer[64-8])) = (uint64_t)(ctx->counter*512LL)+(uint64_t)length_b;
 226         bmw_small_nextBlock(ctx, buffer);
 227         uint8_t i;
 228         uint32_t q[32];
 229         memset(buffer, 0xaa, 64);
 230         for(i=0; i<16;++i){
 231                 buffer[i*4] = i+0xa0;
 232         }
 233 //      dump_x(buffer, 16, 'A');
 234         dump_x(ctx->h, 16, 'M');
 235         bmw_small_f0(q, (uint32_t*)buffer, ctx->h);
 236         dump_x(buffer, 16, 'a');
 237         dump_x(q, 16, 'Q');
 238         bmw_small_f1(q, ctx->h, (uint32_t*)buffer);
 239         dump_x(q, 32, 'Q');
 240         bmw_small_f2((uint32_t*)buffer, q, ctx->h);
 241         memcpy(ctx->h, buffer, 64);
 242 }
 243
 244 void bmw224_init(bmw224_ctx_t* ctx){
 245         uint8_t i;
 246         ctx->h[0] = 0x00010203;
 247         for(i=1; i<16; ++i){
 248                 ctx->h[i] = ctx->h[i-1]+ 0x04040404;
 249         }
 250         ctx->counter=0;
 251         ctx_dump(ctx);
 252 }
 253
 254 void bmw256_init(bmw256_ctx_t* ctx){
 255         uint8_t i;
 256         ctx->h[0] = 0x40414243;
 257         for(i=1; i<16; ++i){
 258                 ctx->h[i] = ctx->h[i-1]+ 0x04040404;
 259         }
 260         ctx->counter=0;
 261         ctx_dump(ctx);
 262 }
 263
 264 void bmw224_nextBlock(bmw224_ctx_t* ctx, const void* block){
 265         bmw_small_nextBlock(ctx, block);
 266 }
 267
 268 void bmw256_nextBlock(bmw256_ctx_t* ctx, const void* block){
 269         bmw_small_nextBlock(ctx, block);
 270 }
 271
 272 void bmw224_lastBlock(bmw224_ctx_t* ctx, const void* block, uint16_t length_b){
 273         bmw_small_lastBlock(ctx, block, length_b);
 274 }
 275
 276 void bmw256_lastBlock(bmw256_ctx_t* ctx, const void* block, uint16_t length_b){
 277         bmw_small_lastBlock(ctx, block, length_b);
 278 }
 279
 280 void bmw224_ctx2hash(void* dest, const bmw224_ctx_t* ctx){
 281         memcpy(dest, &(ctx->h[9]), 224/8);
 282 }
 283
 284 void bmw256_ctx2hash(void* dest, const bmw256_ctx_t* ctx){
 285         memcpy(dest, &(ctx->h[8]), 256/8);
 286 }
 287
 288 void bmw224(void* dest, const void* msg, uint32_t length_b){
 289         bmw_small_ctx_t ctx;
 290         bmw224_init(&ctx);
 291         while(length_b>=BMW_SMALL_BLOCKSIZE){
 292                 bmw_small_nextBlock(&ctx, msg);
 293                 length_b -= BMW_SMALL_BLOCKSIZE;
 294                 msg = (uint8_t*)msg + BMW_SMALL_BLOCKSIZE_B;
 295         }
 296         bmw_small_lastBlock(&ctx, msg, length_b);
 297         bmw224_ctx2hash(dest, &ctx);
 298 }
 299
 300 void bmw256(void* dest, const void* msg, uint32_t length_b){
 301         bmw_small_ctx_t ctx;
 302         bmw256_init(&ctx);
 303         while(length_b>=BMW_SMALL_BLOCKSIZE){
 304                 bmw_small_nextBlock(&ctx, msg);
 305                 length_b -= BMW_SMALL_BLOCKSIZE;
 306                 msg = (uint8_t*)msg + BMW_SMALL_BLOCKSIZE_B;
 307         }
 308         bmw_small_lastBlock(&ctx, msg, length_b);
 309         bmw256_ctx2hash(dest, &ctx);
 310 }
 311