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         uint32_t t[16];
 115         uint32_t tr0, tr1, tr2;
 116         t[ 0] = h[ 0] ^ m[ 0];
 117         t[ 1] = h[ 1] ^ m[ 1];
 118         t[ 2] = h[ 2] ^ m[ 2];
 119         t[ 3] = h[ 3] ^ m[ 3];
 120         t[ 4] = h[ 4] ^ m[ 4];
 121         t[ 5] = h[ 5] ^ m[ 5];
 122         t[ 6] = h[ 6] ^ m[ 6];
 123         t[ 7] = h[ 7] ^ m[ 7];
 124         t[ 8] = h[ 8] ^ m[ 8];
 125         t[ 9] = h[ 9] ^ m[ 9];
 126         t[10] = h[10] ^ m[10];
 127         t[11] = h[11] ^ m[11];
 128         t[12] = h[12] ^ m[12];
 129         t[13] = h[13] ^ m[13];
 130         t[14] = h[14] ^ m[14];
 131         t[15] = h[15] ^ m[15];
 132
 133         dump_x(t, 16, 'T');
 134         /*
 135         q[ 0] = (t[ 5] - t[ 7] + t[10] + t[13] + t[14]);
 136         q[ 3] = (t[ 0] - t[ 1] + t[ 8] - t[10] + t[13]);
 137         q[ 6] = (t[ 4] - t[ 0] - t[ 3] - t[11] + t[13]);
 138         q[ 9] = (t[ 0] - t[ 3] + t[ 6] - t[ 7] + t[14]);
 139         q[12] = (t[ 1] + t[ 3] - t[ 6] - t[ 9] + t[10]);
 140         q[15] = (t[12] - t[ 4] - t[ 6] - t[ 9] + t[13]);
 141         q[ 2] = (t[ 0] + t[ 7] + t[ 9] - t[12] + t[15]);
 142         q[ 5] = (t[ 3] - t[ 2] + t[10] - t[12] + t[15]);
 143         q[ 8] = (t[ 2] - t[ 5] - t[ 6] + t[13] - t[15]);
 144         q[11] = (t[ 8] - t[ 0] - t[ 2] - t[ 5] + t[ 9]);
 145         q[14] = (t[ 3] - t[ 5] + t[ 8] - t[11] - t[12]);
 146         q[ 1] = (t[ 6] - t[ 8] + t[11] + t[14] - t[15]);
 147         q[ 4] = (t[ 1] + t[ 2] + t[ 9] - t[11] - t[14]);
 148         q[ 7] = (t[ 1] - t[ 4] - t[ 5] - t[12] - t[14]);
 149         q[10] = (t[ 8] - t[ 1] - t[ 4] - t[ 7] + t[15]);
 150         q[13] = (t[ 2] + t[ 4] + t[ 7] + t[10] + t[11]);
 151         */
 152         q[ 0] = +t[ 5] +t[10] +t[13] +(tr1=-t[ 7]+t[14]) ;
 153         q[ 3] = +t[ 8] +t[13] +t[ 0] +(tr2=-t[ 1]-t[10]) ;
 154         q[ 6] = -t[11] +t[13] -t[ 0] -t[ 3] +t[ 4] ;
 155         q[ 9] = +t[ 0] +(tr0=-t[ 3]+t[ 6]) +(tr1) ;
 156         q[12] = -t[ 9] -(tr0) -(tr2) ;
 157         q[15] = -t[ 4] +(tr0=-t[ 9]+t[12]) +(tr1=-t[ 6]+t[13]) ;
 158         q[ 2] = +t[ 7] +t[15] +t[ 0] -(tr0) ;
 159         q[ 5] = +t[10] +(tr0=-t[ 2]+t[15]) +(tr2=+t[ 3]-t[12]) ;
 160         q[ 8] = -t[ 5] -(tr0) +(tr1) ;
 161         q[11] = -t[ 0] -t[ 2] +t[ 9] +(tr0=-t[ 5]+t[ 8]) ;
 162         q[14] = -t[11] +(tr0) +(tr2) ;
 163         q[ 1] = +t[ 6] +(tr0=+t[11]+t[14]) +(tr1=-t[ 8]-t[15]) ;
 164         q[ 4] = +t[ 9] +t[ 1] +t[ 2] -(tr0) ;
 165         q[ 7] = -t[12] -t[14] +t[ 1] -t[ 4] -t[ 5] ;
 166         q[10] = -t[ 1] +(tr0=-t[ 4]-t[ 7]) -(tr1) ;
 167         q[13] = +t[ 2] +t[10] +t[11] -(tr0) ;
 168
 169         dump_x(q, 16, 'W');
 170         q[ 0] = S32_0(q[ 0]) + h[ 1];
 171         q[ 1] = S32_1(q[ 1]) + h[ 2];
 172         q[ 2] = S32_2(q[ 2]) + h[ 3];
 173         q[ 3] = S32_3(q[ 3]) + h[ 4];
 174         q[ 4] = S32_4(q[ 4]) + h[ 5];
 175         q[ 5] = S32_0(q[ 5]) + h[ 6];
 176         q[ 6] = S32_1(q[ 6]) + h[ 7];
 177         q[ 7] = S32_2(q[ 7]) + h[ 8];
 178         q[ 8] = S32_3(q[ 8]) + h[ 9];
 179         q[ 9] = S32_4(q[ 9]) + h[10];
 180         q[10] = S32_0(q[10]) + h[11];
 181         q[11] = S32_1(q[11]) + h[12];
 182         q[12] = S32_2(q[12]) + h[13];
 183         q[13] = S32_3(q[13]) + h[14];
 184         q[14] = S32_4(q[14]) + h[15];
 185         q[15] = S32_0(q[15]) + h[ 0];
 186 }
 187
 188 static inline
 189 void bmw_small_f2(uint32_t* h, uint32_t* q, const uint32_t* m){
 190         uint32_t xl, xh;
 191         xl =      q[16] ^ q[17] ^ q[18] ^ q[19] ^ q[20] ^ q[21] ^ q[22] ^ q[23];
 192         xh = xl ^ q[24] ^ q[25] ^ q[26] ^ q[27] ^ q[28] ^ q[29] ^ q[30] ^ q[31];
 193 #if DEBUG
 194         cli_putstr("\r\n XL = ");
 195         cli_hexdump_rev(&xl, 4);
 196         cli_putstr("\r\n XH = ");
 197         cli_hexdump_rev(&xh, 4);
 198 #endif
 199
 200         h[0] = (SHL32(xh, 5) ^ SHR32(q[16], 5) ^ m[ 0]) + (xl ^ q[24] ^ q[ 0]);
 201         h[1] = (SHR32(xh, 7) ^ SHL32(q[17], 8) ^ m[ 1]) + (xl ^ q[25] ^ q[ 1]);
 202         h[2] = (SHR32(xh, 5) ^ SHL32(q[18], 5) ^ m[ 2]) + (xl ^ q[26] ^ q[ 2]);
 203         h[3] = (SHR32(xh, 1) ^ SHL32(q[19], 5) ^ m[ 3]) + (xl ^ q[27] ^ q[ 3]);
 204         h[4] = (SHR32(xh, 3) ^ q[20]           ^ m[ 4]) + (xl ^ q[28] ^ q[ 4]);
 205         h[5] = (SHL32(xh, 6) ^ SHR32(q[21], 6) ^ m[ 5]) + (xl ^ q[29] ^ q[ 5]);
 206         h[6] = (SHR32(xh, 4) ^ SHL32(q[22], 6) ^ m[ 6]) + (xl ^ q[30] ^ q[ 6]);
 207         h[7] = (SHR32(xh,11) ^ SHL32(q[23], 2) ^ m[ 7]) + (xl ^ q[31] ^ q[ 7]);
 208
 209         h[ 8] = ROTL32(h[4],  9) + (xh ^ q[24] ^ m[ 8]) + (SHL32(xl, 8) ^ q[23] ^ q[ 8]);
 210         h[ 9] = ROTL32(h[5], 10) + (xh ^ q[25] ^ m[ 9]) + (SHR32(xl, 6) ^ q[16] ^ q[ 9]);
 211         h[10] = ROTL32(h[6], 11) + (xh ^ q[26] ^ m[10]) + (SHL32(xl, 6) ^ q[17] ^ q[10]);
 212         h[11] = ROTL32(h[7], 12) + (xh ^ q[27] ^ m[11]) + (SHL32(xl, 4) ^ q[18] ^ q[11]);
 213         h[12] = ROTL32(h[0], 13) + (xh ^ q[28] ^ m[12]) + (SHR32(xl, 3) ^ q[19] ^ q[12]);
 214         h[13] = ROTL32(h[1], 14) + (xh ^ q[29] ^ m[13]) + (SHR32(xl, 4) ^ q[20] ^ q[13]);
 215         h[14] = ROTL32(h[2], 15) + (xh ^ q[30] ^ m[14]) + (SHR32(xl, 7) ^ q[21] ^ q[14]);
 216         h[15] = ROTL32(h[3], 16) + (xh ^ q[31] ^ m[15]) + (SHR32(xl, 2) ^ q[22] ^ q[15]);
 217 }
 218
 219 void bmw_small_nextBlock(bmw_small_ctx_t* ctx, const void* block){
 220         uint32_t q[32];
 221         dump_x(block, 16, 'M');
 222         bmw_small_f0(q, ctx->h, block);
 223         dump_x(q, 16, 'Q');
 224         bmw_small_f1(q, block, ctx->h);
 225         dump_x(q+16, 16, 'Q');
 226         bmw_small_f2(ctx->h, q, block);
 227         ctx->counter += 1;
 228         ctx_dump(ctx);
 229 }
 230
 231 void bmw_small_lastBlock(bmw_small_ctx_t* ctx, const void* block, uint16_t length_b){
 232         uint8_t buffer[64];
 233         while(length_b >= BMW_SMALL_BLOCKSIZE){
 234                 bmw_small_nextBlock(ctx, block);
 235                 length_b -= BMW_SMALL_BLOCKSIZE;
 236                 block = (uint8_t*)block + BMW_SMALL_BLOCKSIZE_B;
 237         }
 238         memset(buffer, 0, 64);
 239         memcpy(buffer, block, (length_b+7)/8);
 240         buffer[length_b>>3] |= 0x80 >> (length_b&0x07);
 241         if(length_b+1>64*8-64){
 242                 bmw_small_nextBlock(ctx, buffer);
 243                 memset(buffer, 0, 64-8);
 244                 ctx->counter -= 1;
 245         }
 246         *((uint64_t*)&(buffer[64-8])) = (uint64_t)(ctx->counter*512LL)+(uint64_t)length_b;
 247         bmw_small_nextBlock(ctx, buffer);
 248         uint8_t i;
 249         uint32_t q[32];
 250         memset(buffer, 0xaa, 64);
 251         for(i=0; i<16;++i){
 252                 buffer[i*4] = i+0xa0;
 253         }
 254 //      dump_x(buffer, 16, 'A');
 255         dump_x(ctx->h, 16, 'M');
 256         bmw_small_f0(q, (uint32_t*)buffer, ctx->h);
 257         dump_x(buffer, 16, 'a');
 258         dump_x(q, 16, 'Q');
 259         bmw_small_f1(q, ctx->h, (uint32_t*)buffer);
 260         dump_x(q, 32, 'Q');
 261         bmw_small_f2((uint32_t*)buffer, q, ctx->h);
 262         memcpy(ctx->h, buffer, 64);
 263 }
 264
 265 void bmw224_init(bmw224_ctx_t* ctx){
 266         uint8_t i;
 267         ctx->h[0] = 0x00010203;
 268         for(i=1; i<16; ++i){
 269                 ctx->h[i] = ctx->h[i-1]+ 0x04040404;
 270         }
 271         ctx->counter=0;
 272         ctx_dump(ctx);
 273 }
 274
 275 void bmw256_init(bmw256_ctx_t* ctx){
 276         uint8_t i;
 277         ctx->h[0] = 0x40414243;
 278         for(i=1; i<16; ++i){
 279                 ctx->h[i] = ctx->h[i-1]+ 0x04040404;
 280         }
 281         ctx->counter=0;
 282         ctx_dump(ctx);
 283 }
 284
 285 void bmw224_nextBlock(bmw224_ctx_t* ctx, const void* block){
 286         bmw_small_nextBlock(ctx, block);
 287 }
 288
 289 void bmw256_nextBlock(bmw256_ctx_t* ctx, const void* block){
 290         bmw_small_nextBlock(ctx, block);
 291 }
 292
 293 void bmw224_lastBlock(bmw224_ctx_t* ctx, const void* block, uint16_t length_b){
 294         bmw_small_lastBlock(ctx, block, length_b);
 295 }
 296
 297 void bmw256_lastBlock(bmw256_ctx_t* ctx, const void* block, uint16_t length_b){
 298         bmw_small_lastBlock(ctx, block, length_b);
 299 }
 300
 301 void bmw224_ctx2hash(void* dest, const bmw224_ctx_t* ctx){
 302         memcpy(dest, &(ctx->h[9]), 224/8);
 303 }
 304
 305 void bmw256_ctx2hash(void* dest, const bmw256_ctx_t* ctx){
 306         memcpy(dest, &(ctx->h[8]), 256/8);
 307 }
 308
 309 void bmw224(void* dest, const void* msg, uint32_t length_b){
 310         bmw_small_ctx_t ctx;
 311         bmw224_init(&ctx);
 312         while(length_b>=BMW_SMALL_BLOCKSIZE){
 313                 bmw_small_nextBlock(&ctx, msg);
 314                 length_b -= BMW_SMALL_BLOCKSIZE;
 315                 msg = (uint8_t*)msg + BMW_SMALL_BLOCKSIZE_B;
 316         }
 317         bmw_small_lastBlock(&ctx, msg, length_b);
 318         bmw224_ctx2hash(dest, &ctx);
 319 }
 320
 321 void bmw256(void* dest, const void* msg, uint32_t length_b){
 322         bmw_small_ctx_t ctx;
 323         bmw256_init(&ctx);
 324         while(length_b>=BMW_SMALL_BLOCKSIZE){
 325                 bmw_small_nextBlock(&ctx, msg);
 326                 length_b -= BMW_SMALL_BLOCKSIZE;
 327                 msg = (uint8_t*)msg + BMW_SMALL_BLOCKSIZE_B;
 328         }
 329         bmw_small_lastBlock(&ctx, msg, length_b);
 330         bmw256_ctx2hash(dest, &ctx);
 331 }
 332