keccak/keccak.c

   1 /* keecak.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 #include <stdint.h>
  21 #include <stdlib.h>
  22 #include <string.h>
  23 #include "memxor.h"
  24 #include "keccak.h"
  25
  26 #ifdef DEBUG
  27 #  undef DEBUG
  28 #endif
  29
  30 #define DEBUG 0
  31
  32 #if DEBUG
  33 #include "cli.h"
  34
  35 void keccak_dump_state(uint64_t a[5][5]){
  36         uint8_t i,j;
  37         for(i=0; i<5; ++i){
  38                 cli_putstr("\r\n");
  39                 cli_putc('0'+i);
  40                 cli_putstr(": ");
  41                 for(j=0; j<5; ++j){
  42                         cli_hexdump_rev(&(a[i][j]), 8);
  43                         cli_putc(' ');
  44                 }
  45         }
  46 }
  47
  48 void keccak_dump_ctx(keccak_ctx_t* ctx){
  49         keccak_dump_state(ctx->a);
  50         cli_putstr("\r\nDBG: r: ");
  51         cli_hexdump_rev(&(ctx->r), 2);
  52         cli_putstr("\t c: ");
  53         cli_hexdump_rev(&(ctx->c), 2);
  54         cli_putstr("\t d: ");
  55         cli_hexdump(&(ctx->d), 1);
  56         cli_putstr("\t bs: ");
  57         cli_hexdump(&(ctx->bs), 1);
  58 }
  59
  60 #endif
  61
  62 static const uint64_t rc[] = {
  63        0x0000000000000001LL, 0x0000000000008082LL,
  64        0x800000000000808ALL, 0x8000000080008000LL,
  65        0x000000000000808BLL, 0x0000000080000001LL,
  66        0x8000000080008081LL, 0x8000000000008009LL,
  67        0x000000000000008ALL, 0x0000000000000088LL,
  68        0x0000000080008009LL, 0x000000008000000ALL,
  69        0x000000008000808BLL, 0x800000000000008BLL,
  70        0x8000000000008089LL, 0x8000000000008003LL,
  71        0x8000000000008002LL, 0x8000000000000080LL,
  72        0x000000000000800ALL, 0x800000008000000ALL,
  73        0x8000000080008081LL, 0x8000000000008080LL,
  74        0x0000000080000001LL, 0x8000000080008008LL
  75 };
  76
  77 static inline
  78 uint64_t rotl64(uint64_t a, uint8_t r){
  79          return (a<<r)|(a>>(64-r));
  80 }
  81
  82 static const uint8_t r[5][5] = {
  83                 {  0, 36,  3, 41, 18 },
  84                 {  1, 44, 10, 45,  2 },
  85                 { 62,  6, 43, 15, 61 },
  86                 { 28, 55, 25, 21, 56 },
  87                 { 27, 20, 39,  8, 14 }
  88 };
  89
  90 void keccak_round(uint64_t a[5][5], uint8_t rci){
  91         uint64_t b[5][5];
  92         uint8_t i,j;
  93         /* theta */
  94         for(i=0; i<5; ++i){
  95                 b[i][0] = a[0][i] ^ a[1][i] ^ a[2][i] ^ a[3][i] ^ a[4][i];
  96         }
  97         for(i=0; i<5; ++i){
  98                 b[i][1] = b[(4+i)%5][0] ^ rotl64(b[(i+1)%5][0], 1);
  99                 for(j=0; j<5; ++j){
 100                         a[j][i] ^= b[i][1];
 101                 }
 102         }
 103 #if DEBUG
 104         cli_putstr("\r\nAfter theta:");
 105         keccak_dump_state(a);
 106 #endif
 107         /* rho & pi */
 108         for(i=0; i<5; ++i){
 109                 for(j=0; j<5; ++j){
 110                         b[(2*i+3*j)%5][j] = rotl64(a[j][i], r[i][j]);
 111                 }
 112         }
 113 #if DEBUG
 114         cli_putstr("\r\n--- after rho & pi ---");
 115         keccak_dump_state(a);
 116 #endif
 117         /* chi */
 118         for(i=0; i<5; ++i){
 119                 for(j=0; j<5; ++j){
 120                         a[j][i] =  b[j][i] ^ ((~(b[j][(i+1)%5]))&(b[j][(i+2)%5]));
 121                 }
 122         }
 123 #if DEBUG
 124         cli_putstr("\r\nAfter chi:");
 125         keccak_dump_state(a);
 126 #endif
 127         /* iota */
 128         uint64_t t;
 129         t= rc[rci];
 130         a[0][0] ^= t;
 131 #if DEBUG
 132         cli_putstr("\r\nAfter iota:");
 133         keccak_dump_state(a);
 134 #endif
 135 }
 136
 137 void keccak_f1600(uint64_t a[5][5]){
 138         uint8_t i=0;
 139         do{
 140 #if DEBUG
 141                 cli_putstr("\r\n\r\n--- Round ");
 142                 cli_hexdump(&i, 1);
 143                 cli_putstr(" ---");
 144 #endif
 145                 keccak_round(a, i);
 146         }while(++i<24);
 147 }
 148
 149 void keccak_nextBlock(keccak_ctx_t* ctx, const void* block){
 150         memxor(ctx->a, block, ctx->bs);
 151         keccak_f1600(ctx->a);
 152 }
 153
 154 void keccak_lastBlock(keccak_ctx_t* ctx, const void* block, uint16_t length_b){
 155         while(length_b>=ctx->r){
 156                 keccak_nextBlock(ctx, block);
 157                 block = (uint8_t*)block + ctx->bs;
 158                 length_b -=  ctx->r;
 159         }
 160         uint8_t tmp[ctx->bs];
 161         uint8_t pad[3];
 162         memset(tmp, 0x00, ctx->bs);
 163         memcpy(tmp, block, (length_b+7)/8);
 164         /* appand 1 */
 165         if(length_b&7){
 166                 /* we have some single bits */
 167                 uint8_t t;
 168                 t = tmp[length_b/8]>>(8-(length_b&7));
 169                 t |= 0x01<<(length_b&7);
 170                 tmp[length_b/8] = t;
 171         }else{
 172                 tmp[length_b/8] = 0x01;
 173         }
 174         pad[0] = ctx->d;
 175         pad[1] = ctx->bs;
 176         pad[2] = 0x01;
 177         if(length_b/8+1+3<=ctx->bs){
 178                 memcpy(tmp+length_b/8+1, pad, 3);
 179         }else{
 180                 if(length_b/8+1+2<=ctx->bs){
 181                         memcpy(tmp+length_b/8+1, pad, 2);
 182                         keccak_nextBlock(ctx, tmp);
 183                         memset(tmp, 0x00, ctx->bs);
 184                         tmp[0]=0x01;
 185                 }else{
 186                         if(length_b/8+1+1<=ctx->bs){
 187                                 memcpy(tmp+length_b/8+1, pad, 1);
 188                                 keccak_nextBlock(ctx, tmp);
 189                                 memset(tmp, 0x00, ctx->bs);
 190                                 tmp[0] = ctx->bs;
 191                                 tmp[1] = 0x01;
 192                         }else{
 193                                 keccak_nextBlock(ctx, tmp);
 194                                 memset(tmp, 0x00, ctx->bs);
 195                                 tmp[0] = ctx->d;
 196                                 tmp[1] = ctx->bs;
 197                                 tmp[2] = 0x01;
 198                         }
 199                 }
 200         }
 201         keccak_nextBlock(ctx, tmp);
 202 }
 203
 204 void keccak_ctx2hash(void* dest, uint16_t length_b, keccak_ctx_t* ctx){
 205         while(length_b>=ctx->r){
 206                 memcpy(dest, ctx->a, ctx->bs);
 207                 dest = (uint8_t*)dest + ctx->bs;
 208                 length_b -= ctx->r;
 209                 keccak_f1600(ctx->a);
 210         }
 211         memcpy(dest, ctx->a, (length_b+7)/8);
 212 }
 213
 214 void keccak224_ctx2hash(void* dest, keccak_ctx_t* ctx){
 215         keccak_ctx2hash(dest, 224, ctx);
 216 }
 217
 218 void keccak256_ctx2hash(void* dest, keccak_ctx_t* ctx){
 219         keccak_ctx2hash(dest, 256, ctx);
 220 }
 221
 222 void keccak384_ctx2hash(void* dest, keccak_ctx_t* ctx){
 223         keccak_ctx2hash(dest, 384, ctx);
 224 }
 225
 226 void keccak512_ctx2hash(void* dest, keccak_ctx_t* ctx){
 227         keccak_ctx2hash(dest, 512, ctx);
 228 }
 229
 230 /*
 231 1. SHA3-224: ⌊Keccak[r = 1152, c = 448, d = 28]⌋224
 232 2. SHA3-256: ⌊Keccak[r = 1088, c = 512, d = 32]⌋256
 233 3. SHA3-384: ⌊Keccak[r = 832, c = 768, d = 48]⌋384
 234 4. SHA3-512: ⌊Keccak[r = 576, c = 1024, d = 64]⌋512
 235 */
 236 void keccak_init(uint16_t r, uint16_t c, uint8_t d, keccak_ctx_t* ctx){
 237         memset(ctx->a, 0x00, 5*5*8);
 238         ctx->r = r;
 239         ctx->c = c;
 240         ctx->d = d;
 241         ctx->bs = (uint8_t)(r/8);
 242 }
 243
 244 void keccak224_init(keccak_ctx_t* ctx){
 245         keccak_init(1152, 448, 28, ctx);
 246 }
 247
 248 void keccak256_init(keccak_ctx_t* ctx){
 249         keccak_init(1088, 512, 32, ctx);
 250 }
 251
 252 void keccak384_init(keccak_ctx_t* ctx){
 253         keccak_init( 832, 768, 48, ctx);
 254 }
 255
 256 void keccak512_init(keccak_ctx_t* ctx){
 257         keccak_init( 576, 1024, 64, ctx);
 258 }