serpent.c

   1 /* serpent.c
   2  * a bitsliced implementation of the serpent cipher for avr microcontrollers
   3  * author: Daniel Otte
   4  * email:  daniel.otte@rub.de
   5  * license: GPLv3
   6  */
   7
   8 #include <stdint.h>
   9 #include <string.h> /* memset() */
  10 #include <avr/pgmspace.h>
  11 #include "serpent.h"
  12 #include "serpent-sboxes.h"
  13
  14 /******************************************************************************/
  15
  16 void memxor(void * dest, void * src, uint8_t size){
  17         while(size--){
  18                 *((uint8_t*)dest) ^= *((uint8_t*)src);
  19                 dest = (uint8_t*)dest +1;
  20                 src  = (uint8_t*)src  +1;
  21         }
  22 }
  23
  24 /******************************************************************************/
  25
  26 uint32_t rotl32(uint32_t a, uint8_t n){
  27         return ((a<<n) | (a>>(32-n)));
  28 }
  29
  30
  31 uint32_t rotr32(uint32_t a, uint8_t n){
  32         return ((a>>n) | (a<<(32-n)));
  33 }
  34
  35
  36 #define X0 (((uint32_t*)b)[0])
  37 #define X1 (((uint32_t*)b)[1])
  38 #define X2 (((uint32_t*)b)[2])
  39 #define X3 (((uint32_t*)b)[3])
  40
  41 static void lt(uint8_t *b){
  42         X0 = rotl32(X0, 13);
  43         X2 = rotl32(X2,  3);
  44         X1 ^= X0 ^ X2;
  45         X3 ^= X2 ^ (X0 << 3);
  46         X1 = rotl32(X1, 1);
  47         X3 = rotl32(X3, 7);
  48         X0 ^= X1 ^ X3;
  49         X2 ^= X3 ^ (X1 << 7);
  50         X0 = rotl32(X0, 5);
  51         X2 = rotr32(X2, 10);
  52 }
  53
  54 static void inv_lt(uint8_t *b){
  55         X2 = rotl32(X2, 10);
  56         X0 = rotr32(X0, 5);
  57         X2 ^= X3 ^ (X1 << 7);
  58         X0 ^= X1 ^ X3;
  59         X3 = rotr32(X3, 7);
  60         X1 = rotr32(X1, 1);
  61         X3 ^= X2 ^ (X0 << 3);
  62         X1 ^= X0 ^ X2;
  63         X2 = rotr32(X2,  3);
  64         X0 = rotr32(X0, 13);
  65 }
  66
  67 #define GOLDEN_RATIO 0x9e3779b9l
  68
  69 static uint32_t gen_w(uint32_t * b, uint8_t i){
  70         uint32_t ret;
  71         ret = b[0] ^ b[3] ^ b[5] ^ b[7] ^ GOLDEN_RATIO ^ (uint32_t)i;
  72         ret = rotl32(ret, 11);
  73         return ret;
  74 }
  75
  76 /* key must be 256bit (32 byte) large! */
  77 void serpent_genctx(void * key, uint8_t keysize, serpent_ctx_t * ctx){
  78         uint32_t buffer[8];
  79         uint8_t i,j;
  80         if(keysize){
  81                 /* keysize is less than 256 bit, padding needed */
  82                 memset(buffer, 0, 32);
  83                 memcpy(buffer, key, (keysize+7)/8);
  84                 ((uint8_t*)buffer)[keysize/8] |= 1<<(keysize%8);
  85         } else {
  86                 /* keysize is 256 bit */
  87                 memcpy(buffer, key, 32);
  88         }
  89         for(i=0; i<33; ++i){
  90                 for(j=0; j<4; ++j){
  91                         ctx->k[i][j] = gen_w(buffer, i*4+j);
  92                         memmove(buffer, &(buffer[1]), 7*4); /* shift buffer one to the "left" */
  93                         buffer[7] = ctx->k[i][j];
  94                 }
  95         }
  96         for(i=0; i<33; ++i){
  97                 sbox128(ctx->k[i],3-i);
  98         }
  99 }
 100
 101
 102 void serpent_enc(void* buffer, serpent_ctx_t * ctx){
 103         uint8_t i;
 104         for(i=0; i<31; ++i){
 105                 memxor((uint8_t*)buffer, ctx->k[i], 16);
 106                 sbox128(buffer, i);
 107                 lt((uint8_t*)buffer);
 108         }
 109         memxor((uint8_t*)buffer, ctx->k[i], 16);
 110         sbox128(buffer, i);
 111         ++i;
 112         memxor((uint8_t*)buffer, ctx->k[i], 16);
 113 }
 114
 115 void serpent_dec(void* buffer, serpent_ctx_t * ctx){
 116         int8_t i=32;
 117
 118         memxor((uint8_t*)buffer, ctx->k[i], 16);
 119         --i;
 120         inv_sbox128(buffer, i);
 121         memxor((uint8_t*)buffer, ctx->k[i], 16);
 122         --i;
 123         for(; i>=0; --i){
 124                 inv_lt((uint8_t*)buffer);
 125                 inv_sbox128(buffer, i);
 126                 memxor((uint8_t*)buffer, ctx->k[i], 16);
 127         }
 128 }
 129
 130
 131
 132
 133
 134