seed_C.c

   1 /* seed_C.c */
   2 /*
   3     This file is part of the Crypto-avr-lib/microcrypt-lib.
   4     Copyright (C) 2008  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  * \file        seed_C.c
  21  * \author      Daniel Otte
  22  * \date        2007-06-1
  23  * \brief       SEED parts in C for AVR
  24  * \par License
  25  * GPL
  26  *
  27  */
  28 #include <stdint.h>
  29 #include <avr/pgmspace.h>
  30 #include <string.h>
  31 #include "seed_sbox.h"
  32 #include "uart.h"
  33 #include "debug.h"
  34
  35 /******************************************************************************/
  36
  37 static
  38 void changeendian32(uint32_t * a){
  39         *a = (*a & 0x000000FF) << 24 |
  40                  (*a & 0x0000FF00) <<  8 |
  41                  (*a & 0x00FF0000) >>  8 |
  42                  (*a & 0xFF000000) >> 24;
  43 }
  44
  45 /******************************************************************************/
  46 static
  47 uint32_t bigendian_sum32(uint32_t a, uint32_t b){
  48         changeendian32(&a);
  49         changeendian32(&b);
  50         a += b;
  51         changeendian32(&a);
  52         return a;
  53 }
  54
  55 /******************************************************************************/
  56 static
  57 uint32_t bigendian_sub32(uint32_t a, uint32_t b){
  58         changeendian32(&a);
  59         changeendian32(&b);
  60         a -= b;
  61         changeendian32(&a);
  62         return a;
  63 }
  64
  65 /******************************************************************************/
  66 static inline
  67 uint64_t bigendian_rotl8_64(uint64_t a){
  68         /*
  69         changeendian64(&a);
  70         a = (a<<8) | (a>>(64-8));
  71         changeendian64(&a);
  72         */
  73         a = (a>>8) | (a<<(64-8));
  74         return a;
  75 }
  76
  77 /******************************************************************************/
  78 static inline
  79 uint64_t bigendian_rotr8_64(uint64_t a){
  80         /*
  81         changeendian64(&a);
  82         a = (a>>8) | (a<<(64-8));
  83         changeendian64(&a);
  84         */
  85         a = (a<<8) | (a>>(64-8));
  86         return a;
  87 }
  88
  89 /******************************************************************************/
  90 static
  91 uint64_t f_function(uint64_t a, uint32_t k0, uint32_t k1){
  92         uint32_t c,d;
  93
  94         c = a & 0x00000000FFFFFFFFLL;
  95         d = (a>>32) & 0x00000000FFFFFFFFLL;
  96
  97         c ^= k0;        d ^= k1;
  98         d ^= c;
  99         d = g_function(d);
 100         c = bigendian_sum32(c,d);
 101         c = g_function(c);
 102         d = bigendian_sum32(c,d);
 103         d = g_function(d);
 104         c = bigendian_sum32(c,d);
 105         a = ((uint64_t)d << 32) | c;
 106         return a;
 107 }
 108
 109 /******************************************************************************/
 110 #define M0 0xfc
 111 #define M1 0xf3
 112 #define M2 0xcf
 113 #define M3 0x3f
 114
 115 #define X3 (((uint8_t*)(&x))[0])
 116 #define X2 (((uint8_t*)(&x))[1])
 117 #define X1 (((uint8_t*)(&x))[2])
 118 #define X0 (((uint8_t*)(&x))[3])
 119
 120 #define Z3 (((uint8_t*)(&z))[0])
 121 #define Z2 (((uint8_t*)(&z))[1])
 122 #define Z1 (((uint8_t*)(&z))[2])
 123 #define Z0 (((uint8_t*)(&z))[3])
 124
 125 static
 126 uint32_t g_function(uint32_t x){
 127         uint32_t z;
 128         /* sbox substitution */
 129         X3 = pgm_read_byte(&(seed_sbox2[X3]));
 130         X2 = pgm_read_byte(&(seed_sbox1[X2]));
 131         X1 = pgm_read_byte(&(seed_sbox2[X1]));
 132         X0 = pgm_read_byte(&(seed_sbox1[X0]));
 133         /* now the permutation */
 134         Z0 = (X0 & M0) ^ (X1 & M1) ^ (X2 & M2) ^ (X3 & M3);
 135         Z1 = (X0 & M1) ^ (X1 & M2) ^ (X2 & M3) ^ (X3 & M0);
 136         Z2 = (X0 & M2) ^ (X1 & M3) ^ (X2 & M0) ^ (X3 & M1);
 137         Z3 = (X0 & M3) ^ (X1 & M0) ^ (X2 & M1) ^ (X3 & M2);
 138         return z;
 139 }
 140 /******************************************************************************/
 141 typedef struct {
 142         uint32_t k0, k1;
 143 } keypair_t;
 144
 145 keypair_t getnextkeys(uint32_t *keystate, uint8_t curround){
 146         keypair_t ret;
 147         if (curround>15){
 148                 /* ERROR */
 149                 ret.k0 = ret.k1 = 0;
 150         } else {
 151         /*      ret.k0 = g_function(keystate[0] + keystate[2] - pgm_read_dword(&(seed_kc[curround])));
 152                 ret.k1 = g_function(keystate[1] - keystate[3] + pgm_read_dword(&(seed_kc[curround]))); */
 153                 ret.k0 = bigendian_sum32(keystate[0], keystate[2]);
 154                 ret.k0 = bigendian_sub32(ret.k0, pgm_read_dword(&(seed_kc[curround])));
 155                 ret.k0 = g_function(ret.k0);
 156                 ret.k1 = bigendian_sub32(keystate[1], keystate[3]);
 157                 ret.k1 = bigendian_sum32(ret.k1, pgm_read_dword(&(seed_kc[curround])));
 158                 ret.k1 = g_function(ret.k1);
 159
 160                 if (curround & 1){
 161                         /* odd round (1,3,5, ...) */
 162                         ((uint64_t*)keystate)[1] = bigendian_rotl8_64( ((uint64_t*)keystate)[1] );
 163                 } else {
 164                         /* even round (0,2,4, ...) */
 165                         ((uint64_t*)keystate)[0] = bigendian_rotr8_64(((uint64_t*)keystate)[0]);
 166                 }
 167         }
 168         return ret;
 169 }
 170
 171
 172 /******************************************************************************/
 173
 174 keypair_t getprevkeys(uint32_t *keystate, uint8_t curround){
 175         keypair_t ret;
 176         if (curround>15){
 177                 /* ERROR */
 178                 ret.k0 = ret.k1 = 0;
 179         } else {
 180                 if (curround & 1){
 181                         /* odd round (1,3,5, ..., 15) */
 182                         ((uint64_t*)keystate)[1] = bigendian_rotr8_64( ((uint64_t*)keystate)[1] );
 183                 } else {
 184                         /* even round (0,2,4, ..., 14) */
 185                         ((uint64_t*)keystate)[0] = bigendian_rotl8_64(((uint64_t*)keystate)[0]);
 186                 }
 187         /*      ret.k0 = g_function(keystate[0] + keystate[2] - pgm_read_dword(&(seed_kc[curround])));
 188                 ret.k1 = g_function(keystate[1] - keystate[3] + pgm_read_dword(&(seed_kc[curround]))); */
 189                 ret.k0 = bigendian_sum32(keystate[0], keystate[2]);
 190                 ret.k0 = bigendian_sub32(ret.k0, pgm_read_dword(&(seed_kc[curround])));
 191                 ret.k0 = g_function(ret.k0);
 192                 ret.k1 = bigendian_sub32(keystate[1], keystate[3]);
 193                 ret.k1 = bigendian_sum32(ret.k1, pgm_read_dword(&(seed_kc[curround])));
 194                 ret.k1 = g_function(ret.k1);
 195                 }
 196         return ret;
 197 }
 198
 199 /******************************************************************************/
 200
 201 typedef struct{
 202         uint32_t k[4];
 203 } seed_ctx_t;
 204
 205 /******************************************************************************/
 206
 207 void seed_init(uint8_t * key, seed_ctx_t * ctx){
 208         memcpy(ctx->k, key, 128/8);
 209 }
 210
 211 /******************************************************************************/
 212
 213 #define L (((uint64_t*)buffer)[0])
 214 #define R (((uint64_t*)buffer)[1])
 215
 216 void seed_enc(void * buffer, seed_ctx_t * ctx){
 217         uint8_t r;
 218         keypair_t k;
 219         for(r=0; r<8; ++r){
 220                         k = getnextkeys(ctx->k, 2*r);
 221 /*
 222         DEBUG_S("\r\n\tDBG ka,0: "); uart_hexdump(&k.k0, 4);
 223         DEBUG_S("\r\n\tDBG ka,1: "); uart_hexdump(&k.k1, 4);
 224         DEBUG_S("\r\n\t DBG L: "); uart_hexdump((uint8_t*)buffer+0, 8);
 225         DEBUG_S("\r\n\t DBG R: "); uart_hexdump((uint8_t*)buffer+8, 8);
 226 */
 227                         L ^= f_function(R,k.k0,k.k1);
 228
 229                         k = getnextkeys(ctx->k, 2*r+1);
 230 /*
 231         DEBUG_S("\r\n\tDBG kb,0: "); uart_hexdump(&k.k0, 4);
 232         DEBUG_S("\r\n\tDBG kb,1: "); uart_hexdump(&k.k1, 4);
 233         DEBUG_S("\r\n\t DBG L: "); uart_hexdump((uint8_t*)buffer+8, 8);
 234         DEBUG_S("\r\n\t DBG R: "); uart_hexdump((uint8_t*)buffer+0, 8);
 235 */
 236                         R ^= f_function(L,k.k0,k.k1);
 237         }
 238         /* just an exchange without temp. variable */
 239         L ^= R;
 240         R ^= L;
 241         L ^= R;
 242 }
 243
 244 /******************************************************************************/
 245
 246 #define L (((uint64_t*)buffer)[0])
 247 #define R (((uint64_t*)buffer)[1])
 248
 249 void seed_dec(void * buffer, seed_ctx_t * ctx){
 250         int8_t r;
 251         keypair_t k;
 252         for(r=7; r>=0; --r){
 253                         k = getprevkeys(ctx->k, 2*r+1);
 254 /*
 255         DEBUG_S("\r\n\tDBG ka,0: "); uart_hexdump(&k.k0, 4);
 256         DEBUG_S("\r\n\tDBG ka,1: "); uart_hexdump(&k.k1, 4);
 257         DEBUG_S("\r\n\t DBG L: "); uart_hexdump((uint8_t*)buffer+0, 8);
 258         DEBUG_S("\r\n\t DBG R: "); uart_hexdump((uint8_t*)buffer+8, 8);
 259 */
 260                         L ^= f_function(R,k.k0,k.k1);
 261
 262                         k = getprevkeys(ctx->k, 2*r+0);
 263 /*
 264         DEBUG_S("\r\n\tDBG kb,0: "); uart_hexdump(&k.k0, 4);
 265         DEBUG_S("\r\n\tDBG kb,1: "); uart_hexdump(&k.k1, 4);
 266         DEBUG_S("\r\n\t DBG L: "); uart_hexdump((uint8_t*)buffer+8, 8);
 267         DEBUG_S("\r\n\t DBG R: "); uart_hexdump((uint8_t*)buffer+0, 8);
 268 */
 269                         R ^= f_function(L,k.k0,k.k1);
 270         }
 271         /* just an exchange without temp. variable */
 272         L ^= R;
 273         R ^= L;
 274         L ^= R;
 275 }
 276
 277
 278
 279
 280
 281
 282
 283
 284
 285
 286