]> git.cryptolib.org Git - avr-crypto-lib.git/blob - doc/acl-guide.texi
more docu
[avr-crypto-lib.git] / doc / acl-guide.texi
1 \input texinfo  @c -*-texinfo-*-
2 @c %**start of header
3 @setfilename acl-manual.info
4 @settitle AVR/ARM-Crypto-Lib Manual 1.0
5 @c %**end of header
6
7 @copying
8 This is a short example of a complete Texinfo file.
9 Copyright © 2011 Daniel Otte (@email{daniel.otte@@rub.de})
10 @end copying
11
12 @titlepage
13 @title AVR/ARM-Crypto-Lib Manual 1.0
14 @page
15 @vskip 0pt plus 1filll
16 @insertcopying
17 @end titlepage
18 @c Output the table of the contents at the beginning.
19 @contents
20 @ifnottex
21 @node Top
22 @top GNU Sample
23 @insertcopying
24 @end ifnottex
25
26 @chapter About
27 This documentation is a guide to the AVR-Crypto-Lib and ARM-Crypto-Lib.
28 Instead of documenting the full API and each function we choose the approach
29 of documenting the structure of the API so you know what to do when you want
30 to use the library.
31
32 @chapter Generic stuff
33 @section File organisation
34 @section Build process
35 @section Testing system
36 @section Sizes in bits and bytes
37  Working with cryptographic functions involves working with different
38  lengths. Some times you want to know it in bits, sometimes in bytes and another
39  time in words (how long a word is must be defined by the context).
40  To reduce confusion, frustration and to avoid bugs we suffix a length 
41  parameter with either _b, _B or _w depending on the meaning. 
42  _b means in bits and _B means in bytes (big b big word) and _w meaning words.
43
44 @chapter Symmetric primitives
45
46 @section Block ciphers
47 @subsection What a block cipher does
48  A block cipher is a algorithm which turn an input of fixed length into an 
49  output of the same length (enciphering or encrypting). The transformation is 
50  specified by a key which has to be of a fixed length, or a length of a given 
51  set or range.
52  Generally there is also an algorithm which turns the output back to the 
53  previous input (deciphering or decrypting) when supplied with the same key.
54  
55 @subsection List of available block ciphers
56 This is a list of the currently supported block ciphers:
57 @itemize @bullet
58   @item AES (Advanced Encryption Standard)
59   @item Camellia
60   @item CAST5
61   @item CAST6
62   @item CS-Cipher
63   @item DES (Data Encryption Standard)
64   @item Khazad
65   @item Noekeon
66   @item Present
67   @item RC5
68   @item RC6
69   @item Seed
70   @item Serpent (AES finalist)
71   @item Shacal1
72   @item Shacal2
73   @item Skipjack
74   @item TDES (Tripple DES)
75   @item Threefish
76   @item XTEA
77 @end itemize
78
79 @subsection high frequent parameters:
80   block size: 64 bits, 128 bits
81   key size: 64 bits, 80 bits, 128 bits, 192 bits, 256 bits
82   (note that some block ciphers use different sizes)
83
84 @subsection Parts of a block cipher 
85 @itemize @bullet
86   @item encryption algorithm
87   @item decryption algorithm
88   @item mostly a set of subkeys
89   @item mostly a keyschedule which generates the subkeys from the supplied key.
90 @end itemize
91  As we can see here a block cipher normally has an algorithm besides the 
92  encryption and decryption algorithm, which we call keyschedule.
93  Mostly the encryption and decryption algorithm consist of multiple rounds,
94  where each round (and sometimes between rounds) subkeys are needed to modify
95  the data. This subkeys are generated by the keyschedule and stored in a state
96  or context variable.
97  Note that not all algorithms need a pregenerated context, sometimes it is easy
98  to generate the subkeys "on the fly" so there is not always the need of a 
99  context variable. In this case instead of a context the actual key is passed
100  to the encryption and decryption function.
101
102 @subsection API of block ciphers
103  The API is not always consistent due to the fact that we tried to optimize the
104  code for size (flash, heap and stack) and speed (runtime of the different 
105  components).
106  Generally the API of the implemented block ciphers consists of:
107 @itemize @bullet 
108  @item *_init function, which implements the keyschedule
109  @item *_enc  function, which implements the encryption algorithm
110  @item *_dec  function, which implements the decryption algorithm
111  @item *_free function, which frees memory allocated for the keyschedule
112  @item *_ctx_t context type, which can contain a keyschedule and other information
113 @end itemize 
114 @subsubsection *_init function
115  The *_init function generally takes a pointer to the key as first parameter.
116  For ciphers where the keysize is not fixed the second parameter gives the 
117  keysize (in bits regularly) and the last parameter points to the context
118  variable to fill.
119  For some ciphers there are additional parameters like the number of rounds, 
120  these parameters generally occur before the context pointer.
121  
122 @subsubsection *_enc and *_dec functions
123  The encryption and decryption function of a specific algorithm normally do not
124  differ in their parameters. Generally these functions take a pointer to the 
125  block to operate on. Some ciphers allow to specify two blocks, where the first
126  one will be written to and the second will contain the source block. The two 
127  blocks may overlap or be the same. Most ciphers have only one block pointer. 
128  The block specified by the pointer is encrypted (if the *_enc function is 
129  called) or decrypted (if the *_dec function is called).
130  The last parameter specifies either the key direct (with a pointer to it) or
131  is a pointer to a context created with the *_init function.
132  It is guaranteed that the context is in the same state as before the *_enc or 
133  *_dec function call. Most *_enc and *_dec functions do not modify the context
134  at all, but some do for reducing dynamic memory requirements. So here are some
135  limitations to the reentrant property.
136  
137 @subsubsection *_free function
138  A *_free function is only provided where needed (so most ciphers do not have 
139  it). It is used to free memory dynamically allocated by the *_init function.
140
141 @subsubsection *_ctx_t type
142  A variable of the *_ctx_t type may hold information needed by the *_enc or 
143  *_dec function. It is initialized by the *_init function. If dynamic memory is 
144  allocated by the *_init function also a *_free function is provided which frees
145  the allocated memory. An initialized *_ctx_t variable may not be copied as it
146  may contains pointers to itself.
147
148 @section Block cipher abstraction layer (BCAL)
149 The BlockCipeherAbstractionLayer (BCAL) is an abstraction layer which allows
150 usage of all implemented block ciphers in a simple way. It abstracts specific
151 function details and is suitable for implementations which want to be flexible
152 in the choosing of specific block ciphers. Another important aspect is that this
153 abstraction layer enables the implementation of block cipher operating modes
154 independently from concrete ciphers. It is very simple to use and reassembles 
155 the API used to implement individual ciphers.
156
157 The main component is a block cipher descriptor which contains the details of
158 the individual ciphers.
159
160 Care should be taken when choosing a specific keysize. It may be the case that
161 the chosen keysize is not compatible with the chosen block cipher.
162
163
164 @subsection Parts of BCAL
165 The BCAL is split up in different parts:
166 @itemize @bullet
167   @item BCAL declaration for BCAL decriptors
168   @item algorithm specific definitions of BCAL decriptors
169   @item BCAL basic context type
170   @item BCAL basic functions  
171 @end itemize
172
173 @subsubsection BCAL declaration for BCAL decriptors
174 The BCAL descriptor is a structure which is usually placed in FLASH or ROM since
175 modification is unnecessary. It contains all information required to use the
176 according block cipher.
177
178 @verbatim
179 typedef struct {
180         uint8_t  type; /* 1==block cipher */
181         uint8_t  flags;
182         PGM_P    name;
183         uint16_t ctxsize_B;
184         uint16_t blocksize_b;
185         bc_init_fpt init;
186         bc_enc_fpt  enc;
187         bc_dec_fpt  dec;
188         bc_free_fpt free;
189         PGM_VOID_P valid_keysize_desc;
190 } bcdesc_t; /* block cipher descriptor type */
191 @end verbatim
192
193 @table @var
194   @item type
195   should be set to @samp{1} to indicate that this descriptor is for a
196   block cipher.
197
198  @item flags
199  defines what kind of init function is provided and what kind of decrypt
200  and encrypt functions are provided.
201
202  @table @asis
203  @item bit 0
204  if clear (@samp{0}) designates an init function with fixed key length, so
205  the length parameter is omitted (@code{init(void* ctx, void* key)}).
206  
207  if set (@samp{1}) designates an init function which requires an explicit
208  keysize argument (@code{init(void*ctx, uint16_t length_b, void* key)}).
209
210  @item bit 1
211  if clear (@samp{0}) designates that the encryption function transforms the
212  plaintext block in place to the ciphertext (@code{enc(void* block, void* ctx)}).
213  
214  if set (@samp{1}) designates that the encryption function offers a dedicated
215  pointers for input and output. The two regions may be the same
216  (@code{enc(void* out, void* in, void*ctx)}).
217
218  @item bit 2
219  if clear (@samp{0}) designates that the decryption function transforms the
220  ciphertext block in place to the plaintext (@code{dec(void* block, void* ctx)}).
221  
222  if set (@samp{1}) designates that the decryption function offers a dedicated
223  pointers for input and output. The two regions may be the same
224  (@code{dec(void* out, void* in, void*ctx)}).
225  @end table
226
227  @item name
228  is a pointer to a zero terminated ASCII string giving the name of the
229  implemented primitive. On targets with Harvard-architecture the string resides
230  in code memory (FLASH, ROM, ...).
231
232  @item ctxsize_B
233  is the number of bytes which should be allocated for the context variable.
234
235  @item blocksize_b
236  is the number of bits on which the encrypt and decrypt function work on.
237
238  @item init
239  is a pointer to the init function (see @samp{flags} how the init function
240  should be called). If there is no init function this field is NULL.
241
242  @item enc
243  is a pointer to the encryption function (see @samp{flags} how the encryption
244  function should be called).
245
246  @item dec
247  is a pointer to the decryption function (see @samp{flags} how the decryption
248  function should be called).
249
250  @item free
251  is a pointer to the free function or NULL if there is no free function.
252
253  @item valid_keysize_desc
254  is a pointer to a keysize descriptor structure which is used to validate
255  that the chosen keysize is valid
256 @end table
257
258 @subsubsection BCAL-Basic context
259 Besides the context types for individual ciphers there is a generic context
260 type for BCAL. This is the context to use when using BCAL based functions.
261 The BCAL context has the following structure:
262 @verbatim
263 typedef struct{
264         bcdesc_t* desc_ptr;
265         uint16_t  keysize;
266         void*     ctx;
267 } bcgen_ctx_t;
268 @end verbatim
269 @table @code
270 @item desc_ptr
271 a pointer to the BCAL descriptor
272 @item keysize
273 the chosen keysize
274 @item ctx
275 pointer to the cipher specific context
276 @end table
277
278
279
280 @subsubsection BCAL-Basic
281 BCAL-Basic provides the basic features of an block cipher on top of the
282 BCAL. To use it you simply have to include the algorithms you want to use,
283 the BCAL descriptor file and of course the BCAL-Basic implementation.
284
285 The following functions are provided:
286 @table @code
287 @item bcal_cipher_init
288 @code{uint8_t bcal_cipher_init(const bcdesc_t* cipher_descriptor, const void* key, uint16_t keysize_b, bcgen_ctx_t* ctx)}
289  this function initializes a BCAL context based on the given BCAL descriptor
290  pointer (first parameter) with a given key (second parameter) of a given length
291  (third parameter). The context to initialize is designated by the pointer 
292  passed as fourth parameter.
293
294  If everything works fine @samp{0} is returned. In the case something fails
295  the following codes are returned:
296 @table @samp
297   @item 1
298   The specified keysize is not available with this cipher
299   @item 2
300   It was not possible to allocate enough memory to hold the key.
301   (This is returned when there is no actual init function and you ran out 
302   of memory)    
303   @item 3
304   It was not possible to allocate enough memory to hold the context variable
305   for the selected cipher.
306 @end table
307
308 @item bcal_cipher_free
309 @code{void bcal_cipher_free(bcgen_ctx_t* ctx)} this function frees the memory 
310 allocated by the init function and should be called whenever you are finished 
311 with BCAL context. It automatically also calls the @code{free} function if
312 necessary.
313
314 @item bcal_cipher_enc
315 @code{void bcal_cipher_enc(void* block, const bcgen_ctx_t* ctx)}
316 this function encrypts a block in-place using a given BCAL contex.
317
318 @item bcal_cipher_dec
319 @code{void bcal_cipher_dec(void* block, const bcgen_ctx_t* ctx)}
320 this function decrypts a block in-place using a given BCAL contex.
321
322 @item bcal_cipher_getBlocksize_b
323 @code{uint16_t bcal_cipher_getBlocksize_b(const bcdesc_t* desc)}
324 this function returns the block size of a given cipher by using the BCAL
325 descriptor (to which a pointer must be passed).
326
327 @item bcal_cipher_getKeysizeDesc
328 @code{PGM_VOID_P bcal_cipher_getKeysizeDesc(const bcdesc_t* desc)}
329 this function returns a pointer to the keysize descriptor of a given cipher by 
330 using the BCAL descriptor (to which a pointer must be passed).
331
332 @end table
333 @section Modes of operation
334
335 @section Stream ciphers
336 @subsection List of available stream ciphers
337 @subsection API of stream ciphers
338 @subsection Stream cipher abstraction layer (SCAL)
339
340 @section Hash functions
341 @subsection List of available hash functions
342 @subsection API of hash functions
343 @subsection Hash function abstraction layer (HFAL)
344
345 @section MAC functions
346 @section Pseudo random number generators (PRNGs)
347
348 @chapter Encodings
349 @section Base64
350 @section ASN.1
351
352 @chapter Big integer functions
353
354 @chapter Asymmetric Primitives
355 @section DSA
356 @section RSA
357 @section El-Gamal
358 @section MQQ
359
360 @bye
361