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 static uint8_t r[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 void keccak_theta(uint64_t *a, uint64_t *b);
 100
 101 static inline
 102 void keccak_round(uint64_t a[5][5], uint8_t rci){
 103         uint64_t b[5][5];
 104         uint8_t i, j;
 105         union {
 106                         uint64_t v64;
 107                         uint8_t v8[8];
 108                 } t;
 109         /* theta */
 110 #if DEBUG
 111     printf_P(PSTR("\npre-theta(1):"));
 112     keccak_dump_state(b);
 113 #endif
 114         keccak_theta((uint64_t*)a, (uint64_t*)b);
 115 #if DEBUG
 116     printf_P(PSTR("\npost-theta(1):"));
 117         keccak_dump_state(b);
 118 #endif
 119         for(i = 0; i < 5; ++i){
 120                 t.v64 = b[(4 + i) % 5][0] ^ rotate64_1bit_left(b[(i + 1) % 5][0]);
 121                 for(j = 0; j < 5; ++j){
 122                         a[j][i] ^= t.v64;
 123                 }
 124         }
 125 #if DEBUG
 126         cli_putstr_P(PSTR("\r\nAfter theta:"));
 127         keccak_dump_state(a);
 128 #endif
 129         /* rho & pi */
 130         for(i = 0; i < 5; ++i){
 131                 for(j = 0; j < 5; ++j){
 132                         b[(2 * i + 3 * j) % 5][j] = rotate64left_code(a[j][i], pgm_read_byte(&(r[i][j])));
 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         for(i = 0; i < 5; ++i){
 141                 for(j = 0; j < 5; ++j){
 142                         a[j][i] =  b[j][i] ^ ((~(b[j][(i + 1) % 5])) & (b[j][(i + 2) % 5]));
 143                 }
 144         }
 145 #if DEBUG & 0
 146         cli_putstr_P(PSTR("\r\nAfter chi:"));
 147         keccak_dump_state(a);
 148 #endif
 149         /* iota */
 150
 151 //      memcpy_P(&t, &(rc_comp[rci]), 8);
 152         t.v64 = 0;
 153         t.v8[0] = pgm_read_byte(&(rc_comp[rci]));
 154         if(t.v8[0] & 0x40){
 155                 t.v8[7] = 0x80;
 156         }
 157         if(t.v8[0] & 0x20){
 158                 t.v8[3] = 0x80;
 159         }
 160         if(t.v8[0] & 0x10){
 161                 t.v8[1] = 0x80;
 162         }
 163         t.v8[0] &= 0x8F;
 164
 165         a[0][0] ^= t.v64;
 166 #if DEBUG & 0
 167         cli_putstr_P(PSTR("\r\nAfter iota:"));
 168         keccak_dump_state(a);
 169 #endif
 170 }
 171
 172 void keccak_f1600(uint64_t a[5][5]){
 173         uint8_t i = 0;
 174         do {
 175 #if DEBUG
 176                 cli_putstr_P(PSTR("\r\n\r\n--- Round "));
 177                 cli_hexdump(&i, 1);
 178                 cli_putstr_P(PSTR(" ---"));
 179 #endif
 180                 keccak_round(a, i);
 181         } while (++i < 24);
 182 }
 183
 184 void keccak_nextBlock(keccak_ctx_t* ctx, const void* block){
 185         memxor(ctx->a, block, ctx->bs);
 186         keccak_f1600(ctx->a);
 187 }
 188
 189 void keccak_lastBlock(keccak_ctx_t* ctx, const void* block, uint16_t length_b){
 190         while(length_b>=ctx->r){
 191                 keccak_nextBlock(ctx, block);
 192                 block = (uint8_t*)block + ctx->bs;
 193                 length_b -=  ctx->r;
 194         }
 195         uint8_t tmp[ctx->bs];
 196         uint8_t pad[3];
 197         memset(tmp, 0x00, ctx->bs);
 198         memcpy(tmp, block, (length_b+7)/8);
 199         /* appand 1 */
 200         if(length_b & 7){
 201                 /* we have some single bits */
 202                 uint8_t t;
 203                 t = tmp[length_b / 8] >> (8 - (length_b & 7));
 204                 t |= 0x01 << (length_b & 7);
 205                 tmp[length_b / 8] = t;
 206         }else{
 207                 tmp[length_b / 8] = 0x01;
 208         }
 209         pad[0] = ctx->d;
 210         pad[1] = ctx->bs;
 211         pad[2] = 0x01;
 212         if(length_b / 8 + 1 + 3 <= ctx->bs){
 213                 memcpy(tmp + length_b / 8 + 1, pad, 3);
 214         }else{
 215                 if(length_b / 8 + 1 + 2 <= ctx->bs){
 216                         memcpy(tmp+length_b/8+1, pad, 2);
 217                         keccak_nextBlock(ctx, tmp);
 218                         memset(tmp, 0x00, ctx->bs);
 219                         tmp[0] = 0x01;
 220                 }else{
 221                         if(length_b/8+1+1 <= ctx->bs){
 222                                 memcpy(tmp + length_b / 8 + 1, pad, 1);
 223                                 keccak_nextBlock(ctx, tmp);
 224                                 memset(tmp, 0x00, ctx->bs);
 225                                 tmp[0] = ctx->bs;
 226                                 tmp[1] = 0x01;
 227                         }else{
 228                                 keccak_nextBlock(ctx, tmp);
 229                                 memset(tmp, 0x00, ctx->bs);
 230                                 tmp[0] = ctx->d;
 231                                 tmp[1] = ctx->bs;
 232                                 tmp[2] = 0x01;
 233                         }
 234                 }
 235         }
 236         keccak_nextBlock(ctx, tmp);
 237 }
 238
 239 void keccak_ctx2hash(void* dest, uint16_t length_b, keccak_ctx_t* ctx){
 240         while(length_b>=ctx->r){
 241                 memcpy(dest, ctx->a, ctx->bs);
 242                 dest = (uint8_t*)dest + ctx->bs;
 243                 length_b -= ctx->r;
 244                 keccak_f1600(ctx->a);
 245         }
 246         memcpy(dest, ctx->a, (length_b+7)/8);
 247 }
 248
 249 void keccak224_ctx2hash(void* dest, keccak_ctx_t* ctx){
 250         keccak_ctx2hash(dest, 224, ctx);
 251 }
 252
 253 void keccak256_ctx2hash(void* dest, keccak_ctx_t* ctx){
 254         keccak_ctx2hash(dest, 256, ctx);
 255 }
 256
 257 void keccak384_ctx2hash(void* dest, keccak_ctx_t* ctx){
 258         keccak_ctx2hash(dest, 384, ctx);
 259 }
 260
 261 void keccak512_ctx2hash(void* dest, keccak_ctx_t* ctx){
 262         keccak_ctx2hash(dest, 512, ctx);
 263 }
 264
 265 /*
 266   1. SHA3-224: ⌊Keccak[r = 1152, c =  448, d = 28]⌋224
 267   2. SHA3-256: ⌊Keccak[r = 1088, c =  512, d = 32]⌋256
 268   3. SHA3-384: ⌊Keccak[r =  832, c =  768, d = 48]⌋384
 269   4. SHA3-512: ⌊Keccak[r =  576, c = 1024, d = 64]⌋512
 270 */
 271 void keccak_init(uint16_t r, uint16_t c, uint8_t d, keccak_ctx_t* ctx){
 272         memset(ctx->a, 0x00, 5 * 5 * 8);
 273         ctx->r = r;
 274         ctx->c = c;
 275         ctx->d = d;
 276         ctx->bs = (uint8_t)(r / 8);
 277 }
 278
 279 void keccak224_init(keccak_ctx_t* ctx){
 280         keccak_init(1152, 448, 28, ctx);
 281 }
 282
 283 void keccak256_init(keccak_ctx_t* ctx){
 284         keccak_init(1088, 512, 32, ctx);
 285 }
 286
 287 void keccak384_init(keccak_ctx_t* ctx){
 288         keccak_init( 832, 768, 48, ctx);
 289 }
 290
 291 void keccak512_init(keccak_ctx_t* ctx){
 292         keccak_init( 576, 1024, 64, ctx);
 293 }