khazad/khazad.c

   1 /* khazad.c */
   2 /*
   3     This file is part of the AVR-Crypto-Lib.
   4     Copyright (C) 2006-2011 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 <string.h>
  22 #include "gf256mul.h"
  23 #include "memxor.h"
  24 #include "khazad.h"
  25
  26 /*
  27   | | | |     | | | |
  28   V V V V     V V V V
  29  +-------+   +-------+
  30  |   P   |   |   Q   |
  31  +-------+   +-------+
  32   | | \ \     / / | |
  33   | |  \ \   / /  | |
  34   | |   \ \ / /   | |
  35   | |    \ X /    | |
  36   | |     X X     | |
  37   | |    / X \    | |
  38   | |   / / \ \   | |
  39   | |  / /   \ \  | |
  40   | | / /     \ \ | |
  41   | | | |     | | | |
  42   V V V V     V V V V
  43  +-------+   +-------+
  44  |   Q   |   |   P   |
  45  +-------+   +-------+
  46   | | \ \     / / | |
  47   | |  \ \   / /  | |
  48   | |   \ \ / /   | |
  49   | |    \ X /    | |
  50   | |     X X     | |
  51   | |    / X \    | |
  52   | |   / / \ \   | |
  53   | |  / /   \ \  | |
  54   | | / /     \ \ | |
  55   | | | |     | | | |
  56   V V V V     V V V V
  57  +-------+   +-------+
  58  |   P   |   |   Q   |
  59  +-------+   +-------+
  60   | | | |    | | | |
  61   V V V V    V V V V
  62
  63
  64 P:
  65 3x Fx Ex 0x 5x 4x Bx Cx Dx Ax 9x 6x 7x 8x 2x 1x
  66 Q:
  67 9x Ex 5x 6x Ax 2x 3x Cx Fx 0x 4x Dx 7x Bx 1x 8x
  68 */
  69
  70 static const uint8_t pq_lut[16] = {
  71         0x39, 0xFE, 0xE5, 0x06, 0x5A, 0x42, 0xB3, 0xCC,
  72         0xDF, 0xA0, 0x94, 0x6D, 0x77, 0x8B, 0x21, 0x18
  73 };
  74
  75 uint8_t khazad_sbox(uint8_t a){
  76         uint8_t b,c,d,e;
  77         b = pq_lut[a>>4]  & 0xf0;
  78         c = pq_lut[a&0xf] & 0x0f;
  79         d = (b>>2)&0x0c;
  80         e = (c<<2)&0x30;
  81         b = (b&0xc0)|e;
  82         c = (c&0x03)|d;
  83         b = pq_lut[b>>4]  << 4;
  84         c = pq_lut[c&0xf] >> 4;
  85         d = (b>>2)&0x0c;
  86         e = (c<<2)&0x30;
  87         b = (b&0xc0)|e;
  88         c = (c&0x03)|d;
  89         b = pq_lut[b>>4]  & 0xf0;
  90         c = pq_lut[c&0xf] & 0x0f;
  91         return b|c;
  92 }
  93
  94 static void gamma_x(uint8_t* a){
  95         uint8_t i;
  96         for(i=0; i<8; ++i){
  97                 *a = khazad_sbox(*a);
  98                 a++;
  99         }
 100 }
 101
 102 /******************************************************************************/
 103 /* p8 (x) = x^8 + x^4 + x^3 + x^2 + 1 */
 104 #define POLYNOM 0x1D
 105
 106 /*
 107  * 01x 03x 04x 05x 06x 08x 0Bx 07x
 108  * 03x 01x 05x 04x 08x 06x 07x 0Bx
 109  * 04x 05x 01x 03x 0Bx 07x 06x 08x
 110  * 05x 04x 03x 01x 07x 0Bx 08x 06x
 111  * 06x 08x 0Bx 07x 01x 03x 04x 05x
 112  * 08x 06x 07x 0Bx 03x 01x 05x 04x
 113  * 0Bx 07x 06x 08x 04x 05x 01x 03x
 114  * 07x 0Bx 08x 06x 05x 04x 03x 01x
 115  */
 116
 117 static const uint8_t h[8][4] = {
 118         { 0x13, 0x45, 0x68, 0xB7 },
 119         { 0x31, 0x54, 0x86, 0x7B },
 120         { 0x45, 0x13, 0xB7, 0x68 },
 121         { 0x54, 0x31, 0x7B, 0x86 },
 122         { 0x68, 0xB7, 0x13, 0x45 },
 123         { 0x86, 0x7B, 0x31, 0x54 },
 124         { 0xB7, 0x68, 0x45, 0x13 },
 125         { 0x7B, 0x86, 0x54, 0x31 }
 126 };
 127
 128 static void theta(uint8_t* a){
 129         uint8_t i,j,x,accu;
 130         uint8_t c[8];
 131         uint8_t *hp;
 132         hp = (uint8_t*)h;
 133         for(i=0; i<8; ++i){
 134                 accu = 0;
 135                 for(j=0; j<4; ++j){
 136                         x = *hp++;
 137                         accu ^= gf256mul(*a++, x>>4, POLYNOM);
 138                         accu ^= gf256mul(*a++, x&0xf, POLYNOM);
 139                 }
 140                 a -= 8;
 141                 c[i] = accu;
 142         }
 143         memcpy(a, c, 8);
 144 }
 145
 146 /******************************************************************************/
 147
 148 static void khazad_round(uint8_t* a, const uint8_t* k){
 149         gamma_x(a);
 150         theta(a);
 151         memxor(a, k, 8);
 152 }
 153
 154 /******************************************************************************/
 155
 156 void khazad_init(const void* key, khazad_ctx_t* ctx){
 157         uint8_t c[8];
 158         uint8_t i,r=0;
 159         for(i=0; i<8; ++i){
 160                 c[i] = khazad_sbox(r*8+i);
 161         }
 162         memcpy(ctx->k[r], (uint8_t*)key+8, 8);
 163         khazad_round(ctx->k[r], c);
 164         memxor(ctx->k[r], (uint8_t*)key, 8);
 165         r=1;
 166         for(i=0; i<8; ++i){
 167                         c[i] = khazad_sbox(r*8+i);
 168         }
 169         memcpy(ctx->k[r], ctx->k[r-1], 8);
 170         khazad_round(ctx->k[r], c);
 171         memxor(ctx->k[r], (uint8_t*)key+8, 8);
 172         for(r=2; r<9; ++r){
 173                 for(i=0; i<8; ++i){
 174                                 c[i] = khazad_sbox(r*8+i);
 175                 }
 176                 memcpy(ctx->k[r], ctx->k[r-1], 8);
 177                 khazad_round(ctx->k[r], c);
 178                 memxor(ctx->k[r], ctx->k[r-2], 8);
 179         }
 180 }
 181
 182 /******************************************************************************/
 183
 184 void khazad_enc(void* buffer, const khazad_ctx_t* ctx){
 185         uint8_t r;
 186         memxor(buffer, ctx->k[0], 8);
 187         for(r=1; r<8; ++r){
 188                 khazad_round(buffer, ctx->k[r]);
 189         }
 190         gamma_x(buffer);
 191         memxor(buffer, ctx->k[8], 8);
 192 }
 193
 194 /******************************************************************************/
 195
 196 void khazad_dec(void* buffer, const khazad_ctx_t* ctx){
 197         uint8_t r=7;
 198         memxor(buffer, ctx->k[8], 8);
 199         gamma_x(buffer);
 200         do{
 201                 memxor(buffer, ctx->k[r--], 8);
 202                 theta(buffer);
 203                 gamma_x(buffer);
 204         }while(r);
 205         memxor(buffer, ctx->k[0], 8);
 206 }
 207
 208
 209
 210