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 static
  37 uint32_t g_function(uint32_t x);
  38 /******************************************************************************/
  39
  40 static
  41 void changeendian32(uint32_t * a){
  42         *a = (*a & 0x000000FF) << 24 |
  43                  (*a & 0x0000FF00) <<  8 |
  44                  (*a & 0x00FF0000) >>  8 |
  45                  (*a & 0xFF000000) >> 24;
  46 }
  47
  48 /******************************************************************************/
  49 static
  50 uint32_t bigendian_sum32(uint32_t a, uint32_t b){
  51         changeendian32(&a);
  52         changeendian32(&b);
  53         a += b;
  54         changeendian32(&a);
  55         return a;
  56 }
  57
  58 /******************************************************************************/
  59 static
  60 uint32_t bigendian_sub32(uint32_t a, uint32_t b){
  61         changeendian32(&a);
  62         changeendian32(&b);
  63         a -= b;
  64         changeendian32(&a);
  65         return a;
  66 }
  67
  68 /******************************************************************************/
  69 static inline
  70 uint64_t bigendian_rotl8_64(uint64_t a){
  71         /*
  72         changeendian64(&a);
  73         a = (a<<8) | (a>>(64-8));
  74         changeendian64(&a);
  75         */
  76         a = (a>>8) | (a<<(64-8));
  77         return a;
  78 }
  79
  80 /******************************************************************************/
  81 static inline
  82 uint64_t bigendian_rotr8_64(uint64_t a){
  83         /*
  84         changeendian64(&a);
  85         a = (a>>8) | (a<<(64-8));
  86         changeendian64(&a);
  87         */
  88         a = (a<<8) | (a>>(64-8));
  89         return a;
  90 }
  91
  92 /******************************************************************************/
  93 static
  94 uint64_t f_function(uint64_t a, uint32_t k0, uint32_t k1){
  95         uint32_t c,d;
  96
  97         c = a & 0x00000000FFFFFFFFLL;
  98         d = (a>>32) & 0x00000000FFFFFFFFLL;
  99
 100         c ^= k0;        d ^= k1;
 101         d ^= c;
 102         d = g_function(d);
 103         c = bigendian_sum32(c,d);
 104         c = g_function(c);
 105         d = bigendian_sum32(c,d);
 106         d = g_function(d);
 107         c = bigendian_sum32(c,d);
 108         a = ((uint64_t)d << 32) | c;
 109         return a;
 110 }
 111
 112 /******************************************************************************/
 113 #define M0 0xfc
 114 #define M1 0xf3
 115 #define M2 0xcf
 116 #define M3 0x3f
 117
 118 #define X3 (((uint8_t*)(&x))[0])
 119 #define X2 (((uint8_t*)(&x))[1])
 120 #define X1 (((uint8_t*)(&x))[2])
 121 #define X0 (((uint8_t*)(&x))[3])
 122
 123 #define Z3 (((uint8_t*)(&z))[0])
 124 #define Z2 (((uint8_t*)(&z))[1])
 125 #define Z1 (((uint8_t*)(&z))[2])
 126 #define Z0 (((uint8_t*)(&z))[3])
 127
 128 static
 129 uint32_t g_function(uint32_t x){
 130         uint32_t z;
 131         /* sbox substitution */
 132         X3 = pgm_read_byte(&(seed_sbox2[X3]));
 133         X2 = pgm_read_byte(&(seed_sbox1[X2]));
 134         X1 = pgm_read_byte(&(seed_sbox2[X1]));
 135         X0 = pgm_read_byte(&(seed_sbox1[X0]));
 136         /* now the permutation */
 137         Z0 = (X0 & M0) ^ (X1 & M1) ^ (X2 & M2) ^ (X3 & M3);
 138         Z1 = (X0 & M1) ^ (X1 & M2) ^ (X2 & M3) ^ (X3 & M0);
 139         Z2 = (X0 & M2) ^ (X1 & M3) ^ (X2 & M0) ^ (X3 & M1);
 140         Z3 = (X0 & M3) ^ (X1 & M0) ^ (X2 & M1) ^ (X3 & M2);
 141         return z;
 142 }
 143 /******************************************************************************/
 144 typedef struct {
 145         uint32_t k0, k1;
 146 } keypair_t;
 147
 148 keypair_t getnextkeys(uint32_t *keystate, uint8_t curround){
 149         keypair_t ret;
 150         if (curround>15){
 151                 /* ERROR */
 152                 ret.k0 = ret.k1 = 0;
 153         } else {
 154         /*      ret.k0 = g_function(keystate[0] + keystate[2] - pgm_read_dword(&(seed_kc[curround])));
 155                 ret.k1 = g_function(keystate[1] - keystate[3] + pgm_read_dword(&(seed_kc[curround]))); */
 156                 ret.k0 = bigendian_sum32(keystate[0], keystate[2]);
 157                 ret.k0 = bigendian_sub32(ret.k0, pgm_read_dword(&(seed_kc[curround])));
 158                 ret.k0 = g_function(ret.k0);
 159                 ret.k1 = bigendian_sub32(keystate[1], keystate[3]);
 160                 ret.k1 = bigendian_sum32(ret.k1, pgm_read_dword(&(seed_kc[curround])));
 161                 ret.k1 = g_function(ret.k1);
 162
 163                 if (curround & 1){
 164                         /* odd round (1,3,5, ...) */
 165                         ((uint64_t*)keystate)[1] = bigendian_rotl8_64( ((uint64_t*)keystate)[1] );
 166                 } else {
 167                         /* even round (0,2,4, ...) */
 168                         ((uint64_t*)keystate)[0] = bigendian_rotr8_64(((uint64_t*)keystate)[0]);
 169                 }
 170         }
 171         return ret;
 172 }
 173
 174
 175 /******************************************************************************/
 176
 177 keypair_t getprevkeys(uint32_t *keystate, uint8_t curround){
 178         keypair_t ret;
 179         if (curround>15){
 180                 /* ERROR */
 181                 ret.k0 = ret.k1 = 0;
 182         } else {
 183                 if (curround & 1){
 184                         /* odd round (1,3,5, ..., 15) */
 185                         ((uint64_t*)keystate)[1] = bigendian_rotr8_64( ((uint64_t*)keystate)[1] );
 186                 } else {
 187                         /* even round (0,2,4, ..., 14) */
 188                         ((uint64_t*)keystate)[0] = bigendian_rotl8_64(((uint64_t*)keystate)[0]);
 189                 }
 190         /*      ret.k0 = g_function(keystate[0] + keystate[2] - pgm_read_dword(&(seed_kc[curround])));
 191                 ret.k1 = g_function(keystate[1] - keystate[3] + pgm_read_dword(&(seed_kc[curround]))); */
 192                 ret.k0 = bigendian_sum32(keystate[0], keystate[2]);
 193                 ret.k0 = bigendian_sub32(ret.k0, pgm_read_dword(&(seed_kc[curround])));
 194                 ret.k0 = g_function(ret.k0);
 195                 ret.k1 = bigendian_sub32(keystate[1], keystate[3]);
 196                 ret.k1 = bigendian_sum32(ret.k1, pgm_read_dword(&(seed_kc[curround])));
 197                 ret.k1 = g_function(ret.k1);
 198                 }
 199         return ret;
 200 }
 201
 202 /******************************************************************************/
 203
 204 typedef struct{
 205         uint32_t k[4];
 206 } seed_ctx_t;
 207
 208 /******************************************************************************/
 209
 210 void seed_init(uint8_t * key, seed_ctx_t * ctx){
 211         memcpy(ctx->k, key, 128/8);
 212 }
 213
 214 /******************************************************************************/
 215
 216 #define L (((uint64_t*)buffer)[0])
 217 #define R (((uint64_t*)buffer)[1])
 218
 219 void seed_enc(void * buffer, seed_ctx_t * ctx){
 220         uint8_t r;
 221         keypair_t k;
 222         for(r=0; r<8; ++r){
 223                         k = getnextkeys(ctx->k, 2*r);
 224 /*
 225         DEBUG_S("\r\n\tDBG ka,0: "); uart_hexdump(&k.k0, 4);
 226         DEBUG_S("\r\n\tDBG ka,1: "); uart_hexdump(&k.k1, 4);
 227         DEBUG_S("\r\n\t DBG L: "); uart_hexdump((uint8_t*)buffer+0, 8);
 228         DEBUG_S("\r\n\t DBG R: "); uart_hexdump((uint8_t*)buffer+8, 8);
 229 */
 230                         L ^= f_function(R,k.k0,k.k1);
 231
 232                         k = getnextkeys(ctx->k, 2*r+1);
 233 /*
 234         DEBUG_S("\r\n\tDBG kb,0: "); uart_hexdump(&k.k0, 4);
 235         DEBUG_S("\r\n\tDBG kb,1: "); uart_hexdump(&k.k1, 4);
 236         DEBUG_S("\r\n\t DBG L: "); uart_hexdump((uint8_t*)buffer+8, 8);
 237         DEBUG_S("\r\n\t DBG R: "); uart_hexdump((uint8_t*)buffer+0, 8);
 238 */
 239                         R ^= f_function(L,k.k0,k.k1);
 240         }
 241         /* just an exchange without temp. variable */
 242         L ^= R;
 243         R ^= L;
 244         L ^= R;
 245 }
 246
 247 /******************************************************************************/
 248
 249 #define L (((uint64_t*)buffer)[0])
 250 #define R (((uint64_t*)buffer)[1])
 251
 252 void seed_dec(void * buffer, seed_ctx_t * ctx){
 253         int8_t r;
 254         keypair_t k;
 255         for(r=7; r>=0; --r){
 256                         k = getprevkeys(ctx->k, 2*r+1);
 257 /*
 258         DEBUG_S("\r\n\tDBG ka,0: "); uart_hexdump(&k.k0, 4);
 259         DEBUG_S("\r\n\tDBG ka,1: "); uart_hexdump(&k.k1, 4);
 260         DEBUG_S("\r\n\t DBG L: "); uart_hexdump((uint8_t*)buffer+0, 8);
 261         DEBUG_S("\r\n\t DBG R: "); uart_hexdump((uint8_t*)buffer+8, 8);
 262 */
 263                         L ^= f_function(R,k.k0,k.k1);
 264
 265                         k = getprevkeys(ctx->k, 2*r+0);
 266 /*
 267         DEBUG_S("\r\n\tDBG kb,0: "); uart_hexdump(&k.k0, 4);
 268         DEBUG_S("\r\n\tDBG kb,1: "); uart_hexdump(&k.k1, 4);
 269         DEBUG_S("\r\n\t DBG L: "); uart_hexdump((uint8_t*)buffer+8, 8);
 270         DEBUG_S("\r\n\t DBG R: "); uart_hexdump((uint8_t*)buffer+0, 8);
 271 */
 272                         R ^= f_function(L,k.k0,k.k1);
 273         }
 274         /* just an exchange without temp. variable */
 275         L ^= R;
 276         R ^= L;
 277         L ^= R;
 278 }
 279
 280
 281
 282
 283
 284
 285
 286
 287
 288
 289