serpent.c

   1 /* serpent.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 /* serpent.c
  20  * a bitsliced implementation of the serpent cipher for avr microcontrollers
  21  * author: Daniel Otte
  22  * email:  daniel.otte@rub.de
  23  * license: GPLv3
  24  */
  25
  26 #include <stdint.h>
  27 #include <string.h> /* memset() */
  28 #include <avr/pgmspace.h>
  29 #include "serpent.h"
  30 #include "serpent-sboxes.h"
  31
  32 /******************************************************************************/
  33
  34 void memxor(void * dest, void * src, uint8_t size){
  35         while(size--){
  36                 *((uint8_t*)dest) ^= *((uint8_t*)src);
  37                 dest = (uint8_t*)dest +1;
  38                 src  = (uint8_t*)src  +1;
  39         }
  40 }
  41
  42 /******************************************************************************/
  43
  44 uint32_t rotl32(uint32_t a, uint8_t n){
  45         return ((a<<n) | (a>>(32-n)));
  46 }
  47
  48
  49 uint32_t rotr32(uint32_t a, uint8_t n){
  50         return ((a>>n) | (a<<(32-n)));
  51 }
  52
  53
  54 #define X0 (((uint32_t*)b)[0])
  55 #define X1 (((uint32_t*)b)[1])
  56 #define X2 (((uint32_t*)b)[2])
  57 #define X3 (((uint32_t*)b)[3])
  58
  59 static void lt(uint8_t *b){
  60         X0 = rotl32(X0, 13);
  61         X2 = rotl32(X2,  3);
  62         X1 ^= X0 ^ X2;
  63         X3 ^= X2 ^ (X0 << 3);
  64         X1 = rotl32(X1, 1);
  65         X3 = rotl32(X3, 7);
  66         X0 ^= X1 ^ X3;
  67         X2 ^= X3 ^ (X1 << 7);
  68         X0 = rotl32(X0, 5);
  69         X2 = rotr32(X2, 10);
  70 }
  71
  72 static void inv_lt(uint8_t *b){
  73         X2 = rotl32(X2, 10);
  74         X0 = rotr32(X0, 5);
  75         X2 ^= X3 ^ (X1 << 7);
  76         X0 ^= X1 ^ X3;
  77         X3 = rotr32(X3, 7);
  78         X1 = rotr32(X1, 1);
  79         X3 ^= X2 ^ (X0 << 3);
  80         X1 ^= X0 ^ X2;
  81         X2 = rotr32(X2,  3);
  82         X0 = rotr32(X0, 13);
  83 }
  84
  85 #define GOLDEN_RATIO 0x9e3779b9l
  86
  87 static uint32_t gen_w(uint32_t * b, uint8_t i){
  88         uint32_t ret;
  89         ret = b[0] ^ b[3] ^ b[5] ^ b[7] ^ GOLDEN_RATIO ^ (uint32_t)i;
  90         ret = rotl32(ret, 11);
  91         return ret;
  92 }
  93
  94 /* key must be 256bit (32 byte) large! */
  95 void serpent_genctx(void * key, uint8_t keysize, serpent_ctx_t * ctx){
  96         uint32_t buffer[8];
  97         uint8_t i,j;
  98         if(keysize){
  99                 /* keysize is less than 256 bit, padding needed */
 100                 memset(buffer, 0, 32);
 101                 memcpy(buffer, key, (keysize+7)/8);
 102                 ((uint8_t*)buffer)[keysize/8] |= 1<<(keysize%8);
 103         } else {
 104                 /* keysize is 256 bit */
 105                 memcpy(buffer, key, 32);
 106         }
 107         for(i=0; i<33; ++i){
 108                 for(j=0; j<4; ++j){
 109                         ctx->k[i][j] = gen_w(buffer, i*4+j);
 110                         memmove(buffer, &(buffer[1]), 7*4); /* shift buffer one to the "left" */
 111                         buffer[7] = ctx->k[i][j];
 112                 }
 113         }
 114         for(i=0; i<33; ++i){
 115                 sbox128(ctx->k[i],3-i);
 116         }
 117 }
 118
 119
 120 void serpent_enc(void* buffer, serpent_ctx_t * ctx){
 121         uint8_t i;
 122         for(i=0; i<31; ++i){
 123                 memxor((uint8_t*)buffer, ctx->k[i], 16);
 124                 sbox128(buffer, i);
 125                 lt((uint8_t*)buffer);
 126         }
 127         memxor((uint8_t*)buffer, ctx->k[i], 16);
 128         sbox128(buffer, i);
 129         ++i;
 130         memxor((uint8_t*)buffer, ctx->k[i], 16);
 131 }
 132
 133 void serpent_dec(void* buffer, serpent_ctx_t * ctx){
 134         int8_t i=32;
 135
 136         memxor((uint8_t*)buffer, ctx->k[i], 16);
 137         --i;
 138         inv_sbox128(buffer, i);
 139         memxor((uint8_t*)buffer, ctx->k[i], 16);
 140         --i;
 141         for(; i>=0; --i){
 142                 inv_lt((uint8_t*)buffer);
 143                 inv_sbox128(buffer, i);
 144                 memxor((uint8_t*)buffer, ctx->k[i], 16);
 145         }
 146 }
 147
 148
 149
 150
 151
 152