keccak/keccak-stub.c

   1 /* keecak.c */
   2 /*
   3     This file is part of the AVR-Crypto-Lib.
   4     Copyright (C) 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 <avr/pgmspace.h>
  24 #include "memxor.h"
  25 #include "rotate64.h"
  26 #include "keccak.h"
  27 #include "stdio.h"
  28
  29 #ifdef DEBUG
  30 #  undef DEBUG
  31 #endif
  32
  33 #define DEBUG 0
  34
  35 #if DEBUG
  36 #include "cli.h"
  37
  38 void keccak_dump_state(uint64_t a[5][5]){
  39         uint8_t i,j;
  40         for(i=0; i<5; ++i){
  41                 cli_putstr_P(PSTR("\r\n"));
  42                 cli_putc('0'+i);
  43                 cli_putstr_P(PSTR(": "));
  44                 for(j=0; j<5; ++j){
  45                         cli_hexdump_rev(&(a[i][j]), 8);
  46                         cli_putc(' ');
  47                 }
  48         }
  49 }
  50
  51 void keccak_dump_ctx(keccak_ctx_t* ctx){
  52         keccak_dump_state(ctx->a);
  53         cli_putstr_P(PSTR("\r\nDBG: r: "));
  54         cli_hexdump_rev(&(ctx->r), 2);
  55         cli_putstr_P(PSTR("\t c: "));
  56         cli_hexdump_rev(&(ctx->c), 2);
  57         cli_putstr_P(PSTR("\t d: "));
  58         cli_hexdump(&(ctx->d), 1);
  59         cli_putstr_P(PSTR("\t bs: "));
  60         cli_hexdump(&(ctx->bs), 1);
  61 }
  62
  63 #endif
  64
  65 /*
  66 const uint64_t rc[] PROGMEM = {
  67        0x0000000000000001LL, 0x0000000000008082LL,
  68        0x800000000000808ALL, 0x8000000080008000LL,
  69        0x000000000000808BLL, 0x0000000080000001LL,
  70        0x8000000080008081LL, 0x8000000000008009LL,
  71        0x000000000000008ALL, 0x0000000000000088LL,
  72        0x0000000080008009LL, 0x000000008000000ALL,
  73        0x000000008000808BLL, 0x800000000000008BLL,
  74        0x8000000000008089LL, 0x8000000000008003LL,
  75        0x8000000000008002LL, 0x8000000000000080LL,
  76        0x000000000000800ALL, 0x800000008000000ALL,
  77        0x8000000080008081LL, 0x8000000000008080LL,
  78        0x0000000080000001LL, 0x8000000080008008LL
  79 };
  80 */
  81
  82 const static uint8_t rc_comp[] PROGMEM = {
  83                 0x01, 0x92, 0xda, 0x70,
  84                 0x9b, 0x21, 0xf1, 0x59,
  85                 0x8a, 0x88, 0x39, 0x2a,
  86                 0xbb, 0xcb, 0xd9, 0x53,
  87                 0x52, 0xc0, 0x1a, 0x6a,
  88                 0xf1, 0xd0, 0x21, 0x78,
  89 };
  90 /*
  91 const uint8_t keccak_rotate_codes[5][5] PROGMEM = {
  92                 { ROT_CODE( 0), ROT_CODE(36), ROT_CODE( 3), ROT_CODE(41), ROT_CODE(18) },
  93                 { ROT_CODE( 1), ROT_CODE(44), ROT_CODE(10), ROT_CODE(45), ROT_CODE( 2) },
  94                 { ROT_CODE(62), ROT_CODE( 6), ROT_CODE(43), ROT_CODE(15), ROT_CODE(61) },
  95                 { ROT_CODE(28), ROT_CODE(55), ROT_CODE(25), ROT_CODE(21), ROT_CODE(56) },
  96                 { ROT_CODE(27), ROT_CODE(20), ROT_CODE(39), ROT_CODE( 8), ROT_CODE(14) }
  97 };
  98 */
  99 const uint8_t keccak_rotate_codes[5][5] PROGMEM = {
 100         { ROT_CODE( 0), ROT_CODE( 1), ROT_CODE(62), ROT_CODE(28), ROT_CODE(27) },
 101         { ROT_CODE(36), ROT_CODE(44), ROT_CODE( 6), ROT_CODE(55), ROT_CODE(20) },
 102         { ROT_CODE( 3), ROT_CODE(10), ROT_CODE(43), ROT_CODE(25), ROT_CODE(39) },
 103         { ROT_CODE(41), ROT_CODE(45), ROT_CODE(15), ROT_CODE(21), ROT_CODE( 8) },
 104         { ROT_CODE(18), ROT_CODE( 2), ROT_CODE(61), ROT_CODE(56), ROT_CODE(14) }
 105 };
 106
 107 void keccak_theta(uint64_t *a, uint64_t *b);
 108 extern const uint8_t rho_pi_idx_table[25] PROGMEM;
 109
 110 static inline
 111 void keccak_round(uint64_t a[5][5], uint8_t rci){
 112         uint64_t b[5][5];
 113 //      uint8_t i, j;
 114         union {
 115                         uint64_t v64;
 116                         uint8_t v8[8];
 117                 } t;
 118         /* theta */
 119         keccak_theta((uint64_t*)a, (uint64_t*)b);
 120 #if DEBUG
 121         cli_putstr_P(PSTR("\r\nAfter theta:"));
 122         keccak_dump_state(a);
 123 #endif
 124         /* rho & pi */
 125 /*
 126         const uint8_t* rot_code = (const uint8_t*)keccak_rotate_codes;
 127     const uint8_t* idx_idx = (const uint8_t*)rho_pi_idx_table;
 128     uint64_t *a_tmp = (uint64_t*)a;
 129         for(i = 0; i < 25; ++i){
 130                     *((uint64_t*)(((uint8_t*)b) + pgm_read_byte(idx_idx++))) =
 131                 rotate64left_code(*a_tmp++, pgm_read_byte(rot_code++));
 132
 133         }
 134 */
 135 #if DEBUG & 0
 136         cli_putstr_P(PSTR("\r\n--- after rho & pi ---"));
 137         keccak_dump_state(a);
 138 #endif
 139         /* chi */
 140 //      memcpy(a, b, 5 * 5 * 8);
 141 //      for(i = 1; i < 5; ++i){
 142 /*
 143                 for(j = 0; j < 5; ++j){
 144                         a[i][j] =  b[i][j] ^ ((~(b[i][(j + 1) % 5])) & (b[i][(j + 2) % 5]));
 145                 }
 146 * /
 147 //            a[i][0] ^= ((~(b[i][1])) & (b[i][2]));
 148 //        a[i][1] ^= ((~(b[i][2])) & (b[i][3]));
 149 //        a[i][2] ^= ((~(b[i][3])) & (b[i][4]));
 150         for(j = 0; j < 3 * 8; ++j){
 151             ((uint8_t*)a)[i * 5 * 8 + j] ^=
 152                 (~((uint8_t*)b)[i * 5 * 8 + j + 8]) & ((uint8_t*)a)[i * 5 * 8 + j + 16];
 153         }
 154         a[i][3] ^= ((~(b[i][4])) & (b[i][0]));
 155         a[i][4] ^= ((~(b[i][0])) & (b[i][1]));
 156
 157         }
 158 */
 159 #if DEBUG & 0
 160         cli_putstr_P(PSTR("\r\nAfter chi:"));
 161         keccak_dump_state(a);
 162 #endif
 163         /* iota */
 164
 165 //      memcpy_P(&t, &(rc_comp[rci]), 8);
 166         t.v64 = 0;
 167         t.v8[0] = pgm_read_byte(&(rc_comp[rci]));
 168         if(t.v8[0] & 0x40){
 169                 t.v8[7] = 0x80;
 170         }
 171         if(t.v8[0] & 0x20){
 172                 t.v8[3] = 0x80;
 173         }
 174         if(t.v8[0] & 0x10){
 175                 t.v8[1] = 0x80;
 176         }
 177         t.v8[0] &= 0x8F;
 178
 179         a[0][0] ^= t.v64;
 180 #if DEBUG & 0
 181         cli_putstr_P(PSTR("\r\nAfter iota:"));
 182         keccak_dump_state(a);
 183 #endif
 184 }
 185
 186 void keccak_f1600(uint64_t a[5][5]){
 187         uint8_t i = 0;
 188         do {
 189 #if DEBUG
 190                 cli_putstr_P(PSTR("\r\n\r\n--- Round "));
 191                 cli_hexdump(&i, 1);
 192                 cli_putstr_P(PSTR(" ---"));
 193 #endif
 194                 keccak_round(a, i);
 195         } while (++i < 24);
 196 }
 197
 198 void keccak_nextBlock(keccak_ctx_t* ctx, const void* block){
 199         memxor(ctx->a, block, ctx->bs);
 200         keccak_f1600(ctx->a);
 201 }
 202
 203 void keccak_lastBlock(keccak_ctx_t* ctx, const void* block, uint16_t length_b){
 204         while(length_b>=ctx->r){
 205                 keccak_nextBlock(ctx, block);
 206                 block = (uint8_t*)block + ctx->bs;
 207                 length_b -=  ctx->r;
 208         }
 209         uint8_t tmp[ctx->bs];
 210         uint8_t pad[3];
 211         memset(tmp, 0x00, ctx->bs);
 212         memcpy(tmp, block, (length_b+7)/8);
 213         /* appand 1 */
 214         if(length_b & 7){
 215                 /* we have some single bits */
 216                 uint8_t t;
 217                 t = tmp[length_b / 8] >> (8 - (length_b & 7));
 218                 t |= 0x01 << (length_b & 7);
 219                 tmp[length_b / 8] = t;
 220         }else{
 221                 tmp[length_b / 8] = 0x01;
 222         }
 223         pad[0] = ctx->d;
 224         pad[1] = ctx->bs;
 225         pad[2] = 0x01;
 226         if(length_b / 8 + 1 + 3 <= ctx->bs){
 227                 memcpy(tmp + length_b / 8 + 1, pad, 3);
 228         }else{
 229                 if(length_b / 8 + 1 + 2 <= ctx->bs){
 230                         memcpy(tmp+length_b/8+1, pad, 2);
 231                         keccak_nextBlock(ctx, tmp);
 232                         memset(tmp, 0x00, ctx->bs);
 233                         tmp[0] = 0x01;
 234                 }else{
 235                         if(length_b/8+1+1 <= ctx->bs){
 236                                 memcpy(tmp + length_b / 8 + 1, pad, 1);
 237                                 keccak_nextBlock(ctx, tmp);
 238                                 memset(tmp, 0x00, ctx->bs);
 239                                 tmp[0] = ctx->bs;
 240                                 tmp[1] = 0x01;
 241                         }else{
 242                                 keccak_nextBlock(ctx, tmp);
 243                                 memset(tmp, 0x00, ctx->bs);
 244                                 tmp[0] = ctx->d;
 245                                 tmp[1] = ctx->bs;
 246                                 tmp[2] = 0x01;
 247                         }
 248                 }
 249         }
 250         keccak_nextBlock(ctx, tmp);
 251 }
 252
 253 void keccak_ctx2hash(void* dest, uint16_t length_b, keccak_ctx_t* ctx){
 254         while(length_b>=ctx->r){
 255                 memcpy(dest, ctx->a, ctx->bs);
 256                 dest = (uint8_t*)dest + ctx->bs;
 257                 length_b -= ctx->r;
 258                 keccak_f1600(ctx->a);
 259         }
 260         memcpy(dest, ctx->a, (length_b+7)/8);
 261 }
 262
 263 void keccak224_ctx2hash(void* dest, keccak_ctx_t* ctx){
 264         keccak_ctx2hash(dest, 224, ctx);
 265 }
 266
 267 void keccak256_ctx2hash(void* dest, keccak_ctx_t* ctx){
 268         keccak_ctx2hash(dest, 256, ctx);
 269 }
 270
 271 void keccak384_ctx2hash(void* dest, keccak_ctx_t* ctx){
 272         keccak_ctx2hash(dest, 384, ctx);
 273 }
 274
 275 void keccak512_ctx2hash(void* dest, keccak_ctx_t* ctx){
 276         keccak_ctx2hash(dest, 512, ctx);
 277 }
 278
 279 /*
 280   1. SHA3-224: ⌊Keccak[r = 1152, c =  448, d = 28]⌋224
 281   2. SHA3-256: ⌊Keccak[r = 1088, c =  512, d = 32]⌋256
 282   3. SHA3-384: ⌊Keccak[r =  832, c =  768, d = 48]⌋384
 283   4. SHA3-512: ⌊Keccak[r =  576, c = 1024, d = 64]⌋512
 284 */
 285 void keccak_init(uint16_t r, uint16_t c, uint8_t d, keccak_ctx_t* ctx){
 286         memset(ctx->a, 0x00, 5 * 5 * 8);
 287         ctx->r = r;
 288         ctx->c = c;
 289         ctx->d = d;
 290         ctx->bs = (uint8_t)(r / 8);
 291 }
 292
 293 void keccak224_init(keccak_ctx_t* ctx){
 294         keccak_init(1152, 448, 28, ctx);
 295 }
 296
 297 void keccak256_init(keccak_ctx_t* ctx){
 298         keccak_init(1088, 512, 32, ctx);
 299 }
 300
 301 void keccak384_init(keccak_ctx_t* ctx){
 302         keccak_init( 832, 768, 48, ctx);
 303 }
 304
 305 void keccak512_init(keccak_ctx_t* ctx){
 306         keccak_init( 576, 1024, 64, ctx);
 307 }