camellia/camellia_C.c

   1 /* camellia_C.c */
   2 /*
   3     This file is part of the AVR-Crypto-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  *
  21  *
  22  *
  23  *
  24  */
  25
  26 #include <stdint.h>
  27 #include "camellia.h"
  28 #if 0
  29  #include "cli.h"
  30  #include "debug.h"
  31  #include <util/delay.h>
  32 #endif
  33 /*****************************************************************************/
  34
  35 static
  36 uint8_t rol(uint8_t a, uint8_t n){
  37         return ((a<<n) | (a>>(8-n)));
  38 }
  39
  40 /*****************************************************************************/
  41
  42 static
  43 uint8_t ror(uint8_t a, uint8_t n){
  44         return ((a<<(8-n)) | (a>>n));
  45 }
  46
  47 /*****************************************************************************/
  48
  49 static
  50 uint32_t rol32(uint32_t a, uint8_t n){
  51         return ((a<<n)|(a>>(32-n)));
  52 }
  53
  54 /*****************************************************************************/
  55 /*
  56 static
  57 uint64_t rol64(uint64_t a, uint8_t n){
  58         return ((a<<n)|(a>>(64-n)));
  59 }
  60 */
  61 /*****************************************************************************/
  62
  63 static
  64 const uint8_t camellia_s1_table[256] = {
  65  112, 130,  44, 236, 179,  39, 192, 229, 228, 133,  87,  53, 234,  12, 174,  65,
  66   35, 239, 107, 147,  69,  25, 165,  33, 237,  14,  79,  78,  29, 101, 146, 189,
  67  134, 184, 175, 143, 124, 235,  31, 206,  62,  48, 220,  95,  94, 197,  11,  26,
  68  166, 225,  57, 202, 213,  71,  93,  61, 217,   1,  90, 214,  81,  86, 108,  77,
  69  139,  13, 154, 102, 251, 204, 176,  45, 116,  18,  43,  32, 240, 177, 132, 153,
  70  223,  76, 203, 194,  52, 126, 118,   5, 109, 183, 169,  49, 209,  23,   4, 215,
  71   20,  88,  58,  97, 222,  27,  17,  28,  50,  15, 156,  22,  83,  24, 242,  34,
  72  254,  68, 207, 178, 195, 181, 122, 145,  36,   8, 232, 168,  96, 252, 105,  80,
  73  170, 208, 160, 125, 161, 137,  98, 151,  84,  91,  30, 149, 224, 255, 100, 210,
  74   16, 196,   0,  72, 163, 247, 117, 219, 138,   3, 230, 218,   9,  63, 221, 148,
  75  135,  92, 131,   2, 205,  74, 144,  51, 115, 103, 246, 243, 157, 127, 191, 226,
  76   82, 155, 216,  38, 200,  55, 198,  59, 129, 150, 111,  75,  19, 190,  99,  46,
  77  233, 121, 167, 140, 159, 110, 188, 142,  41, 245, 249, 182,  47, 253, 180,  89,
  78  120, 152,   6, 106, 231,  70, 113, 186, 212,  37, 171,  66, 136, 162, 141, 250,
  79  114,   7, 185,  85, 248, 238, 172,  10,  54,  73,  42, 104,  60,  56, 241, 164,
  80   64,  40, 211, 123, 187, 201,  67, 193,  21, 227, 173, 244, 119, 199, 128, 158
  81 };
  82
  83 /*****************************************************************************/
  84
  85 static
  86 uint8_t camellia_s1(uint8_t b){
  87         return camellia_s1_table[b];
  88 }
  89
  90 /*****************************************************************************/
  91
  92 static
  93 uint8_t camellia_s2(uint8_t b){
  94         return rol(camellia_s1_table[b], 1);
  95 }
  96
  97 /*****************************************************************************/
  98
  99 static
 100 uint8_t camellia_s3(uint8_t b){
 101         return ror(camellia_s1_table[b], 1);
 102 }
 103
 104 /*****************************************************************************/
 105
 106 static
 107 uint8_t camellia_s4(uint8_t b){
 108         return camellia_s1_table[rol(b, 1)];
 109 }
 110
 111 /*****************************************************************************/
 112
 113 static
 114 uint64_t camellia_s(uint64_t d){
 115 //      cli_putstr("\n\r S von "); cli_hexdump(&(d), 8);
 116         #define D ((uint8_t*)(&d))
 117         D[7] = camellia_s1(D[7]);
 118         D[6] = camellia_s2(D[6]);
 119         D[5] = camellia_s3(D[5]);
 120         D[4] = camellia_s4(D[4]);
 121
 122         D[3] = camellia_s2(D[3]);
 123         D[2] = camellia_s3(D[2]);
 124         D[1] = camellia_s4(D[1]);
 125         D[0] = camellia_s1(D[0]);
 126         #undef D
 127 //      cli_putstr(" ist "); cli_hexdump(&(d), 8);
 128         return d;
 129 }
 130
 131 /*****************************************************************************/
 132
 133 static
 134 uint64_t camellia_p(uint64_t d){
 135         uint64_t z=0;
 136         #define D ((uint8_t*)(&d))
 137         #define Z ((uint8_t*)(&z))
 138 /*
 139         Z[0] = D[4] ^ D[3] ^ D[1];
 140         Z[1] = D[5] ^ D[0] ^ D[2];
 141         Z[2] = D[6] ^ D[1] ^ D[3];
 142         Z[3] = D[7] ^ D[2] ^ D[0];
 143         Z[4] = D[0] ^ D[6] ^ D[5];
 144         Z[5] = D[1] ^ D[7] ^ D[6];
 145         Z[6] = D[2] ^ D[4] ^ D[7];
 146         Z[7] = D[3] ^ D[5] ^ D[4];
 147 */
 148 //      Z[7] = z1 z3 z4 z6 z7 z8
 149 //      cli_putstr("\n\r P von "); cli_hexdump(&(d), 8);
 150
 151         Z[7] = D[7] ^        D[5] ^ D[4] ^        D[2] ^ D[1] ^ D[0];
 152         Z[6] = D[7] ^ D[6]        ^ D[4] ^ D[3] ^        D[1] ^ D[0];
 153         Z[5] = D[7] ^ D[6] ^ D[5] ^        D[3] ^ D[2] ^        D[0];
 154         Z[4] =        D[6] ^ D[5] ^ D[4] ^ D[3] ^ D[2] ^ D[1]       ;
 155         Z[3] = D[7] ^ D[6] ^                      D[2] ^ D[1] ^ D[0];
 156         Z[2] =        D[6] ^ D[5] ^        D[3] ^        D[1] ^ D[0];
 157         Z[1] =               D[5] ^ D[4] ^ D[3] ^ D[2] ^        D[0];
 158         Z[0] = D[7] ^               D[4] ^ D[3] ^ D[2] ^ D[1]       ;
 159
 160 //      cli_putstr(" ist "); cli_hexdump(&(z), 8);
 161
 162         #undef Z
 163         #undef D
 164         return z;
 165 }
 166
 167 /*****************************************************************************/
 168
 169 static
 170 uint64_t camellia_f(uint64_t x, uint64_t k){
 171         uint64_t y;
 172         y = camellia_p(camellia_s(x ^ k));
 173         return y;
 174 }
 175
 176 /*****************************************************************************/
 177
 178 static
 179 uint64_t camellia_fl(uint64_t x, uint64_t k){
 180 //      uint64_t lx, lk, y;
 181         uint32_t lx[2], lk[2], yr, yl;
 182         lx[0]=(uint32_t)x;
 183         lx[1]=(uint32_t)(x>>32);
 184         lk[0]=(uint32_t)k;
 185         lk[1]=(uint32_t)(k>>32);
 186         #define Y ((uint32_t*)y)
 187         #define X ((uint32_t*)lx)
 188         #define K ((uint32_t*)lk)
 189
 190         yr = rol32((X[1]) & (K[1]) ,1) ^ (X[0]); /* Yr */
 191         yl = (yr | K[0]) ^ (X[1]);           /* Yl */
 192
 193 /*
 194         cli_putstr("\r\nFL(");
 195         cli_hexdump(&(x), 8);
 196         cli_putstr(", ");
 197         cli_hexdump(&(k), 8);
 198         cli_putstr(") = ");
 199         cli_hexdump(y, 8);
 200 */
 201         #undef K
 202         #undef X
 203         #undef Y
 204         return (((uint64_t)yl)<<32 | yr);
 205 }
 206
 207 /*****************************************************************************/
 208
 209 static
 210 uint64_t camellia_fl_inv(uint64_t y, uint64_t k){
 211 //volatile      uint32_t xl, xr;
 212         uint32_t ly[2], lk[2], x[2];
 213         ly[0]=(uint32_t)y;
 214         ly[1]=(uint32_t)(y>>32);
 215         lk[0]=(uint32_t)k;
 216         lk[1]=(uint32_t)(k>>32);
 217         #define Y ((uint32_t*)ly)
 218         #define X ((uint32_t*)x)
 219         #define K ((uint32_t*)lk)
 220
 221         X[1]=(Y[0] | K[0]) ^ Y[1];
 222         X[0]=rol32((X[1] & K[1]),1) ^ Y[0];
 223
 224 /*
 225         cli_putstr("\r\nFL_inv(");
 226         cli_hexdump(&(y), 8);
 227         cli_putstr(", ");
 228         cli_hexdump(&(k), 8);
 229         cli_putstr(") = ");
 230 */
 231         #undef K
 232         #undef X
 233         #undef Y
 234         return ((uint64_t)(x[1]))<<32 | x[0];
 235 }
 236
 237 /*****************************************************************************/
 238
 239 static
 240 const uint64_t camellia_sigma_table[6] = {
 241         0xA09E667F3BCC908BLL,
 242         0xB67AE8584CAA73B2LL,
 243         0xC6EF372FE94F82BELL,
 244         0x54FF53A5F1D36F1CLL,
 245         0x10E527FADE682D1DLL,
 246         0xB05688C2B3E6C1FDLL
 247 };
 248
 249 /*****************************************************************************/
 250 #if 0
 251 void camellia128_ctx_dump(camellia128_ctx_t *s){
 252         cli_putstr("\r\n==State Dump==");
 253         cli_putstr("\n\rKAl: "); cli_hexdump(&(s->kal), 8);
 254         cli_putstr("\n\rKAr: "); cli_hexdump(&(s->kar), 8);
 255         cli_putstr("\n\rKLl: "); cli_hexdump(&(s->kll), 8);
 256         cli_putstr("\n\rKLr: "); cli_hexdump(&(s->klr), 8);
 257         return;
 258 }
 259 #endif
 260 /*****************************************************************************/
 261
 262 void camellia128_init(const void* key, camellia128_ctx_t* s){
 263         uint8_t i;
 264         s->kll = 0; //((uint64_t*)key)[0];
 265
 266         /* load the key, endian-adjusted, to kll,klr */
 267         for(i=0; i<8; ++i){
 268                 s->kll <<= 8;
 269                 s->kll |= *((uint8_t*)key);
 270                 key = (uint8_t*)key+1;
 271         }
 272         for(i=0; i<8; ++i){
 273                 s->klr <<= 8;
 274                 s->klr |= *((uint8_t*)key);
 275                 key = (uint8_t*)key+1;
 276         }
 277
 278         s->kal = s->kll;
 279         s->kar = s->klr;
 280
 281         s->kar ^= camellia_f(s->kal, camellia_sigma_table[0]);
 282         s->kal ^= camellia_f(s->kar, camellia_sigma_table[1]);
 283
 284         s->kal ^= s->kll;
 285         s->kar ^= s->klr;
 286
 287         s->kar ^= camellia_f(s->kal, camellia_sigma_table[2]);
 288         s->kal ^= camellia_f(s->kar, camellia_sigma_table[3]);
 289         /**/
 290 //      cli_putstr("\n\r----------------init finished--------------------");
 291 }
 292
 293 /*****************************************************************************/
 294
 295 static
 296 void camellia128_keyop(camellia128_ctx_t* s, int8_t q){
 297         /* first we do 16 bit left-rols for kl and ka (128bit each) */
 298         uint32_t temp;
 299
 300         temp = (s->kal)>>(64-16-q);
 301         s->kal = s->kal<<(16+q) | s->kar>>(64-16-q);
 302         s->kar = s->kar<<(16+q) | temp;
 303
 304         temp = (s->kll)>>(64-16-q);
 305         s->kll = s->kll<<(16+q) | s->klr>>(64-16-q);
 306         s->klr = s->klr<<(16+q) | temp;
 307         /* after doing the 16-bit rol we have to rol 1 bit left or rigth depending on q */
 308 }
 309
 310 /*****************************************************************************/
 311
 312 static
 313 void camellia128_keyop_inv(camellia128_ctx_t* s, int8_t q){
 314         /* first we do 16 bit right-rols for kl and ka (128bit each) */
 315         uint32_t temp;
 316
 317         temp = (s->kar)&(0xffffff>>(24-16-q));
 318         s->kar = s->kar>>(16+q) | s->kal<<(64-16-q);
 319         s->kal = s->kal>>(16+q) | ((uint64_t)temp)<<(64-16-q);
 320
 321         temp = (s->klr)&(0xffffff>>(24-16-q));
 322         s->klr = s->klr>>(16+q) | s->kll<<(64-16-q);
 323         s->kll = s->kll>>(16+q) | ((uint64_t)temp)<<(64-16-q);
 324         /* after doing the 16-bit rol we have to rol 1 bit left or rigth depending on q */
 325 }
 326
 327 /*****************************************************************************/
 328
 329 #define SEL_KA 1
 330 #define SEL_KL 0
 331
 332 #define KEY_POSTC1              0x00
 333 #define KEY_POSTC2              0x01
 334 #define KEY_INC2                0x02
 335
 336 #define KEY_DIR                 0x04
 337 #define KEY_DIR_NORM            0x00
 338 #define KEY_DIR_INV             0x04
 339
 340 #define KEY_AMMOUNT             0x08
 341 #define KEY_ROL17               0x08
 342 #define KEY_ROL15               0x00
 343
 344 static
 345 void camellia_6rounds(const camellia128_ctx_t* s, uint64_t* bl, uint64_t* br, uint8_t roundop, uint8_t keychoice){
 346         uint8_t i;
 347         uint64_t* k[4];
 348         k[0] = &(((camellia128_ctx_t*)s)->kll);
 349         k[1] = &(((camellia128_ctx_t*)s)->klr);
 350         k[2] = &(((camellia128_ctx_t*)s)->kal);
 351         k[3] = &(((camellia128_ctx_t*)s)->kar);
 352         for(i=0; i<3; ++i){ /* each cycle */
 353                 br[0] ^= camellia_f(bl[0],*(k[(keychoice&1)*2+((roundop&KEY_DIR)?1:0)]));
 354                 keychoice >>= 1;
 355
 356                 if((i == 1) && (roundop&KEY_INC2)){
 357                         ((roundop&KEY_DIR)?camellia128_keyop_inv:camellia128_keyop)(((camellia128_ctx_t*)s),(roundop&KEY_AMMOUNT)?1:-1);
 358                 }
 359
 360                 bl[0] ^= camellia_f(br[0],*(k[(keychoice&1)*2+((roundop&KEY_DIR)?0:1)]));
 361                 keychoice >>= 1;
 362
 363                 /* check if we should do some keyop */
 364                 if((i == (roundop&1)) && (!(roundop&KEY_INC2)) ){
 365                         ((roundop&KEY_DIR)?camellia128_keyop_inv:camellia128_keyop)(((camellia128_ctx_t*)s),(roundop&KEY_AMMOUNT)?1:-1);
 366                         /* isn't it fuckin nice what we can do in C?! */
 367                 }
 368         }
 369 }
 370
 371 /*****************************************************************************/
 372
 373 static
 374 void change_endian(void* data, uint8_t length){
 375         uint8_t i,a;
 376         for(i=0; i<length/2; ++i){
 377                 a = ((uint8_t*)data)[i];
 378                 ((uint8_t*)data)[i] = ((uint8_t*)data)[length-i-1];
 379                 ((uint8_t*)data)[length-i-1] = a;
 380         }
 381 }
 382
 383 /*****************************************************************************/
 384
 385 void camellia128_enc(void* block, const camellia128_ctx_t* s){
 386
 387         #define BL (((uint64_t*)block)[0])
 388         #define BR (((uint64_t*)block)[1])
 389         /* endian adjustment */
 390          /*BL*/
 391          /* 1 2 3 4 5 6 7 8
 392           *     8 7 6 5 4 3 2 1
 393           */
 394
 395         uint64_t temp64;
 396
 397         change_endian(&BL, 64/8);
 398         change_endian(&BR, 64/8);
 399
 400         /* Prewhitening */
 401         BL ^= s->kll;
 402         BR ^= s->klr;
 403
 404         /* the first 6 */
 405         camellia_6rounds(s, &BL, &BR, KEY_ROL15 | KEY_DIR_NORM | KEY_POSTC1 , 0x33);
 406         /* FL injection  */
 407    camellia128_keyop((camellia128_ctx_t*)s, -1);
 408         BL = camellia_fl(BL, s->kal);
 409         BR = camellia_fl_inv(BR, s->kar);
 410    camellia128_keyop((camellia128_ctx_t*)s, -1);
 411         /* middle 6 */
 412         camellia_6rounds(s, &BL, &BR, KEY_ROL15 | KEY_DIR_NORM | KEY_INC2 , 0x34);
 413         /* FL injection  */
 414    camellia128_keyop((camellia128_ctx_t*)s, 1);
 415         BL = camellia_fl(BL, s->kll);
 416         BR = camellia_fl_inv(BR, s->klr);
 417    camellia128_keyop((camellia128_ctx_t*)s, 1);
 418    /* last 6 */
 419         camellia_6rounds(s, &BL, &BR, KEY_ROL17 | KEY_DIR_NORM | KEY_POSTC2 , 0x0C);
 420         /* Postwhitening */
 421         BR ^= s->kal;
 422         BL ^= s->kar;
 423
 424         temp64 = BR;
 425         BR = BL;
 426         BL = temp64;
 427
 428         camellia128_keyop((camellia128_ctx_t*)s,1);
 429
 430         change_endian(&BL, 64/8);
 431         change_endian(&BR, 64/8);
 432
 433         #undef BL
 434         #undef BR
 435 }
 436
 437 /*****************************************************************************/
 438
 439 void camellia128_dec(void* block, const camellia128_ctx_t* s){
 440
 441         #define BL (((uint64_t*)block)[1])
 442         #define BR (((uint64_t*)block)[0])
 443         /* endian adjustment */
 444          /*BL*/
 445          /* 1 2 3 4 5 6 7 8
 446           * 8 7 6 5 4 3 2 1
 447           */
 448
 449         uint64_t temp64;
 450         change_endian(&BL, 64/8);
 451         change_endian(&BR, 64/8);
 452
 453         camellia128_keyop_inv((camellia128_ctx_t*)s, 1);
 454         /* Prewhitening */
 455         BR ^= s->kal; /* kw3 */
 456         BL ^= s->kar; /* kw4 */
 457         /* the first 6 */
 458         camellia_6rounds(s, &BR, &BL, KEY_ROL17 | KEY_DIR_INV | KEY_POSTC1 , 0x0C);
 459         /* FL injection  */
 460    camellia128_keyop_inv((camellia128_ctx_t*)s, 1);
 461         BR = camellia_fl(BR, s->klr);
 462         BL = camellia_fl_inv(BL, s->kll);
 463    camellia128_keyop_inv((camellia128_ctx_t*)s, 1);
 464         /* middle 6 */
 465         camellia_6rounds(s, &BR, &BL, KEY_ROL15 | KEY_DIR_INV | KEY_INC2 , 0x0B);
 466         /* FL injection  */
 467    camellia128_keyop_inv((camellia128_ctx_t*)s, -1);
 468         BR = camellia_fl(BR, s->kar);
 469         BL = camellia_fl_inv(BL, s->kal);
 470    camellia128_keyop_inv((camellia128_ctx_t*)s, -1);
 471    /* last 6 */
 472         camellia_6rounds(s, &BR, &BL, KEY_ROL15 | KEY_DIR_INV | KEY_POSTC2 , 0x33);
 473
 474         /* Postwhitening */
 475         BL ^= s->kll; /* kw1 */
 476         BR ^= s->klr; /* kw2 */
 477
 478         temp64 = BR;
 479         BR = BL;
 480         BL = temp64;
 481
 482         change_endian(&BL, 64/8);
 483         change_endian(&BR, 64/8);
 484
 485 }
 486
 487
 488
 489 /*****************************************************************************/
 490 /*****************************************************************************/
 491
 492
 493
 494 /* EOF */