git.sur5r.net Git - freertos/blob - FreeRTOS-Plus/Source/WolfSSL/ctaocrypt/src/hc128.c

   1 /* hc128.c
   2  *
   3  * Copyright (C) 2006-2014 wolfSSL Inc.
   4  *
   5  * This file is part of CyaSSL.
   6  *
   7  * CyaSSL is free software; you can redistribute it and/or modify
   8  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
   9  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
  10  * (at your option) any later version.
  11  *
  12  * CyaSSL is distributed in the hope that it will be useful,
  13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  15  * GNU General Public License for more details.
  16  *
  17  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  18  * along with this program; if not, write to the Free Software
  19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301, USA
  20  */
  21
  22 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  23     #include <config.h>
  24 #endif
  25
  26 #include <cyassl/ctaocrypt/settings.h>
  27
  28 #ifdef HAVE_HC128
  29
  30 #include <cyassl/ctaocrypt/hc128.h>
  31 #include <cyassl/ctaocrypt/error-crypt.h>
  32 #include <cyassl/ctaocrypt/logging.h>
  33 #ifdef NO_INLINE
  34     #include <cyassl/ctaocrypt/hc128.h>
  35                 #include <cyassl/ctaocrypt/misc.h>
  36 #else
  37     #include <ctaocrypt/src/misc.c>
  38 #endif
  39
  40
  41 #ifdef BIG_ENDIAN_ORDER
  42     #define LITTLE32(x) ByteReverseWord32(x)
  43 #else
  44     #define LITTLE32(x) (x)
  45 #endif
  46
  47
  48 /*h1 function*/
  49 #define h1(ctx, x, y) {                         \
  50      byte a,c;                                  \
  51      a = (byte) (x);                            \
  52      c = (byte) ((x) >> 16);                    \
  53      y = (ctx->T[512+a])+(ctx->T[512+256+c]);   \
  54 }
  55
  56 /*h2 function*/
  57 #define h2(ctx, x, y) {                         \
  58      byte a,c;                                  \
  59      a = (byte) (x);                            \
  60      c = (byte) ((x) >> 16);                    \
  61      y = (ctx->T[a])+(ctx->T[256+c]);           \
  62 }
  63
  64 /*one step of HC-128, update P and generate 32 bits keystream*/
  65 #define step_P(ctx,u,v,a,b,c,d,n){              \
  66      word32 tem0,tem1,tem2,tem3;                \
  67      h1((ctx),(ctx->X[(d)]),tem3);              \
  68      tem0 = rotrFixed((ctx->T[(v)]),23);        \
  69      tem1 = rotrFixed((ctx->X[(c)]),10);        \
  70      tem2 = rotrFixed((ctx->X[(b)]),8);         \
  71      (ctx->T[(u)]) += tem2+(tem0 ^ tem1);       \
  72      (ctx->X[(a)]) = (ctx->T[(u)]);             \
  73      (n) = tem3 ^ (ctx->T[(u)]) ;               \
  74 }
  75
  76 /*one step of HC-128, update Q and generate 32 bits keystream*/
  77 #define step_Q(ctx,u,v,a,b,c,d,n){              \
  78      word32 tem0,tem1,tem2,tem3;                \
  79      h2((ctx),(ctx->Y[(d)]),tem3);              \
  80      tem0 = rotrFixed((ctx->T[(v)]),(32-23));   \
  81      tem1 = rotrFixed((ctx->Y[(c)]),(32-10));   \
  82      tem2 = rotrFixed((ctx->Y[(b)]),(32-8));    \
  83      (ctx->T[(u)]) += tem2 + (tem0 ^ tem1);     \
  84      (ctx->Y[(a)]) = (ctx->T[(u)]);             \
  85      (n) = tem3 ^ (ctx->T[(u)]) ;               \
  86 }
  87
  88 /*16 steps of HC-128, generate 512 bits keystream*/
  89 static void generate_keystream(HC128* ctx, word32* keystream)
  90 {
  91    word32 cc,dd;
  92    cc = ctx->counter1024 & 0x1ff;
  93    dd = (cc+16)&0x1ff;
  94
  95    if (ctx->counter1024 < 512)
  96    {
  97       ctx->counter1024 = (ctx->counter1024 + 16) & 0x3ff;
  98       step_P(ctx, cc+0, cc+1, 0, 6, 13,4, keystream[0]);
  99       step_P(ctx, cc+1, cc+2, 1, 7, 14,5, keystream[1]);
 100       step_P(ctx, cc+2, cc+3, 2, 8, 15,6, keystream[2]);
 101       step_P(ctx, cc+3, cc+4, 3, 9, 0, 7, keystream[3]);
 102       step_P(ctx, cc+4, cc+5, 4, 10,1, 8, keystream[4]);
 103       step_P(ctx, cc+5, cc+6, 5, 11,2, 9, keystream[5]);
 104       step_P(ctx, cc+6, cc+7, 6, 12,3, 10,keystream[6]);
 105       step_P(ctx, cc+7, cc+8, 7, 13,4, 11,keystream[7]);
 106       step_P(ctx, cc+8, cc+9, 8, 14,5, 12,keystream[8]);
 107       step_P(ctx, cc+9, cc+10,9, 15,6, 13,keystream[9]);
 108       step_P(ctx, cc+10,cc+11,10,0, 7, 14,keystream[10]);
 109       step_P(ctx, cc+11,cc+12,11,1, 8, 15,keystream[11]);
 110       step_P(ctx, cc+12,cc+13,12,2, 9, 0, keystream[12]);
 111       step_P(ctx, cc+13,cc+14,13,3, 10,1, keystream[13]);
 112       step_P(ctx, cc+14,cc+15,14,4, 11,2, keystream[14]);
 113       step_P(ctx, cc+15,dd+0, 15,5, 12,3, keystream[15]);
 114    }
 115    else
 116    {
 117           ctx->counter1024 = (ctx->counter1024 + 16) & 0x3ff;
 118       step_Q(ctx, 512+cc+0, 512+cc+1, 0, 6, 13,4, keystream[0]);
 119       step_Q(ctx, 512+cc+1, 512+cc+2, 1, 7, 14,5, keystream[1]);
 120       step_Q(ctx, 512+cc+2, 512+cc+3, 2, 8, 15,6, keystream[2]);
 121       step_Q(ctx, 512+cc+3, 512+cc+4, 3, 9, 0, 7, keystream[3]);
 122       step_Q(ctx, 512+cc+4, 512+cc+5, 4, 10,1, 8, keystream[4]);
 123       step_Q(ctx, 512+cc+5, 512+cc+6, 5, 11,2, 9, keystream[5]);
 124       step_Q(ctx, 512+cc+6, 512+cc+7, 6, 12,3, 10,keystream[6]);
 125       step_Q(ctx, 512+cc+7, 512+cc+8, 7, 13,4, 11,keystream[7]);
 126       step_Q(ctx, 512+cc+8, 512+cc+9, 8, 14,5, 12,keystream[8]);
 127       step_Q(ctx, 512+cc+9, 512+cc+10,9, 15,6, 13,keystream[9]);
 128       step_Q(ctx, 512+cc+10,512+cc+11,10,0, 7, 14,keystream[10]);
 129       step_Q(ctx, 512+cc+11,512+cc+12,11,1, 8, 15,keystream[11]);
 130       step_Q(ctx, 512+cc+12,512+cc+13,12,2, 9, 0, keystream[12]);
 131       step_Q(ctx, 512+cc+13,512+cc+14,13,3, 10,1, keystream[13]);
 132       step_Q(ctx, 512+cc+14,512+cc+15,14,4, 11,2, keystream[14]);
 133       step_Q(ctx, 512+cc+15,512+dd+0, 15,5, 12,3, keystream[15]);
 134    }
 135 }
 136
 137
 138 /* The following defines the initialization functions */
 139 #define f1(x)  (rotrFixed((x),7)  ^ rotrFixed((x),18) ^ ((x) >> 3))
 140 #define f2(x)  (rotrFixed((x),17) ^ rotrFixed((x),19) ^ ((x) >> 10))
 141
 142 /*update table P*/
 143 #define update_P(ctx,u,v,a,b,c,d){                  \
 144      word32 tem0,tem1,tem2,tem3;                    \
 145      tem0 = rotrFixed((ctx->T[(v)]),23);            \
 146      tem1 = rotrFixed((ctx->X[(c)]),10);            \
 147      tem2 = rotrFixed((ctx->X[(b)]),8);             \
 148      h1((ctx),(ctx->X[(d)]),tem3);                  \
 149      (ctx->T[(u)]) = ((ctx->T[(u)]) + tem2+(tem0^tem1)) ^ tem3;     \
 150      (ctx->X[(a)]) = (ctx->T[(u)]);                 \
 151 }
 152
 153 /*update table Q*/
 154 #define update_Q(ctx,u,v,a,b,c,d){                  \
 155      word32 tem0,tem1,tem2,tem3;                    \
 156      tem0 = rotrFixed((ctx->T[(v)]),(32-23));       \
 157      tem1 = rotrFixed((ctx->Y[(c)]),(32-10));       \
 158      tem2 = rotrFixed((ctx->Y[(b)]),(32-8));        \
 159      h2((ctx),(ctx->Y[(d)]),tem3);                  \
 160      (ctx->T[(u)]) = ((ctx->T[(u)]) + tem2+(tem0^tem1)) ^ tem3;     \
 161      (ctx->Y[(a)]) = (ctx->T[(u)]);                 \
 162 }
 163
 164 /*16 steps of HC-128, without generating keystream, */
 165 /*but use the outputs to update P and Q*/
 166 static void setup_update(HC128* ctx)  /*each time 16 steps*/
 167 {
 168    word32 cc,dd;
 169    cc = ctx->counter1024 & 0x1ff;
 170    dd = (cc+16)&0x1ff;
 171
 172    if (ctx->counter1024 < 512)
 173    {
 174       ctx->counter1024 = (ctx->counter1024 + 16) & 0x3ff;
 175       update_P(ctx, cc+0, cc+1, 0, 6, 13, 4);
 176       update_P(ctx, cc+1, cc+2, 1, 7, 14, 5);
 177       update_P(ctx, cc+2, cc+3, 2, 8, 15, 6);
 178       update_P(ctx, cc+3, cc+4, 3, 9, 0,  7);
 179       update_P(ctx, cc+4, cc+5, 4, 10,1,  8);
 180       update_P(ctx, cc+5, cc+6, 5, 11,2,  9);
 181       update_P(ctx, cc+6, cc+7, 6, 12,3,  10);
 182       update_P(ctx, cc+7, cc+8, 7, 13,4,  11);
 183       update_P(ctx, cc+8, cc+9, 8, 14,5,  12);
 184       update_P(ctx, cc+9, cc+10,9, 15,6,  13);
 185       update_P(ctx, cc+10,cc+11,10,0, 7,  14);
 186       update_P(ctx, cc+11,cc+12,11,1, 8,  15);
 187       update_P(ctx, cc+12,cc+13,12,2, 9,  0);
 188       update_P(ctx, cc+13,cc+14,13,3, 10, 1);
 189       update_P(ctx, cc+14,cc+15,14,4, 11, 2);
 190       update_P(ctx, cc+15,dd+0, 15,5, 12, 3);
 191    }
 192    else
 193    {
 194       ctx->counter1024 = (ctx->counter1024 + 16) & 0x3ff;
 195       update_Q(ctx, 512+cc+0, 512+cc+1, 0, 6, 13, 4);
 196       update_Q(ctx, 512+cc+1, 512+cc+2, 1, 7, 14, 5);
 197       update_Q(ctx, 512+cc+2, 512+cc+3, 2, 8, 15, 6);
 198       update_Q(ctx, 512+cc+3, 512+cc+4, 3, 9, 0,  7);
 199       update_Q(ctx, 512+cc+4, 512+cc+5, 4, 10,1,  8);
 200       update_Q(ctx, 512+cc+5, 512+cc+6, 5, 11,2,  9);
 201       update_Q(ctx, 512+cc+6, 512+cc+7, 6, 12,3,  10);
 202       update_Q(ctx, 512+cc+7, 512+cc+8, 7, 13,4,  11);
 203       update_Q(ctx, 512+cc+8, 512+cc+9, 8, 14,5,  12);
 204       update_Q(ctx, 512+cc+9, 512+cc+10,9, 15,6,  13);
 205       update_Q(ctx, 512+cc+10,512+cc+11,10,0, 7,  14);
 206       update_Q(ctx, 512+cc+11,512+cc+12,11,1, 8,  15);
 207       update_Q(ctx, 512+cc+12,512+cc+13,12,2, 9,  0);
 208       update_Q(ctx, 512+cc+13,512+cc+14,13,3, 10, 1);
 209       update_Q(ctx, 512+cc+14,512+cc+15,14,4, 11, 2);
 210       update_Q(ctx, 512+cc+15,512+dd+0, 15,5, 12, 3);
 211    }
 212 }
 213
 214
 215 /* for the 128-bit key:  key[0]...key[15]
 216 *  key[0] is the least significant byte of ctx->key[0] (K_0);
 217 *  key[3] is the most significant byte of ctx->key[0]  (K_0);
 218 *  ...
 219 *  key[12] is the least significant byte of ctx->key[3] (K_3)
 220 *  key[15] is the most significant byte of ctx->key[3]  (K_3)
 221 *
 222 *  for the 128-bit iv:  iv[0]...iv[15]
 223 *  iv[0] is the least significant byte of ctx->iv[0] (IV_0);
 224 *  iv[3] is the most significant byte of ctx->iv[0]  (IV_0);
 225 *  ...
 226 *  iv[12] is the least significant byte of ctx->iv[3] (IV_3)
 227 *  iv[15] is the most significant byte of ctx->iv[3]  (IV_3)
 228 */
 229
 230
 231
 232 static void Hc128_SetIV(HC128* ctx, const byte* inIv)
 233 {
 234     word32 i;
 235     word32 iv[4];
 236
 237     if (inIv)
 238         XMEMCPY(iv, inIv, sizeof(iv));
 239     else
 240         XMEMSET(iv,    0, sizeof(iv));
 241
 242         for (i = 0; i < (128 >> 5); i++)
 243         ctx->iv[i] = LITTLE32(iv[i]);
 244
 245     for (; i < 8; i++) ctx->iv[i] = ctx->iv[i-4];
 246
 247     /* expand the key and IV into the table T */
 248     /* (expand the key and IV into the table P and Q) */
 249
 250         for (i = 0; i < 8;  i++)   ctx->T[i] = ctx->key[i];
 251         for (i = 8; i < 16; i++)   ctx->T[i] = ctx->iv[i-8];
 252
 253     for (i = 16; i < (256+16); i++)
 254                 ctx->T[i] = f2(ctx->T[i-2]) + ctx->T[i-7] + f1(ctx->T[i-15]) +
 255                                                        ctx->T[i-16]+i;
 256
 257         for (i = 0; i < 16;  i++)  ctx->T[i] = ctx->T[256+i];
 258
 259         for (i = 16; i < 1024; i++)
 260                 ctx->T[i] = f2(ctx->T[i-2]) + ctx->T[i-7] + f1(ctx->T[i-15]) +
 261                                                        ctx->T[i-16]+256+i;
 262
 263     /* initialize counter1024, X and Y */
 264         ctx->counter1024 = 0;
 265         for (i = 0; i < 16; i++) ctx->X[i] = ctx->T[512-16+i];
 266     for (i = 0; i < 16; i++) ctx->Y[i] = ctx->T[512+512-16+i];
 267
 268     /* run the cipher 1024 steps before generating the output */
 269         for (i = 0; i < 64; i++)  setup_update(ctx);
 270 }
 271
 272
 273 static INLINE int DoKey(HC128* ctx, const byte* key, const byte* iv)
 274 {
 275   word32 i;
 276
 277   /* Key size in bits 128 */
 278   for (i = 0; i < (128 >> 5); i++)
 279       ctx->key[i] = LITTLE32(((word32*)key)[i]);
 280
 281   for ( ; i < 8 ; i++) ctx->key[i] = ctx->key[i-4];
 282
 283   Hc128_SetIV(ctx, iv);
 284
 285   return 0;
 286 }
 287
 288
 289 /* Key setup */
 290 int Hc128_SetKey(HC128* ctx, const byte* key, const byte* iv)
 291 {
 292 #ifdef XSTREAM_ALIGN
 293     if ((word)key % 4) {
 294         int alignKey[4];
 295
 296         /* iv gets aligned in SetIV */
 297         CYASSL_MSG("Hc128SetKey unaligned key");
 298
 299         XMEMCPY(alignKey, key, sizeof(alignKey));
 300
 301         return DoKey(ctx, (const byte*)alignKey, iv);
 302     }
 303 #endif /* XSTREAM_ALIGN */
 304
 305     return DoKey(ctx, key, iv);
 306 }
 307
 308
 309
 310 /* The following defines the encryption of data stream */
 311 static INLINE int DoProcess(HC128* ctx, byte* output, const byte* input,
 312                             word32 msglen)
 313 {
 314   word32 i, keystream[16];
 315
 316   for ( ; msglen >= 64; msglen -= 64, input += 64, output += 64)
 317   {
 318           generate_keystream(ctx, keystream);
 319
 320       /* unroll loop */
 321           ((word32*)output)[0]  = ((word32*)input)[0]  ^ LITTLE32(keystream[0]);
 322           ((word32*)output)[1]  = ((word32*)input)[1]  ^ LITTLE32(keystream[1]);
 323           ((word32*)output)[2]  = ((word32*)input)[2]  ^ LITTLE32(keystream[2]);
 324           ((word32*)output)[3]  = ((word32*)input)[3]  ^ LITTLE32(keystream[3]);
 325           ((word32*)output)[4]  = ((word32*)input)[4]  ^ LITTLE32(keystream[4]);
 326           ((word32*)output)[5]  = ((word32*)input)[5]  ^ LITTLE32(keystream[5]);
 327           ((word32*)output)[6]  = ((word32*)input)[6]  ^ LITTLE32(keystream[6]);
 328           ((word32*)output)[7]  = ((word32*)input)[7]  ^ LITTLE32(keystream[7]);
 329           ((word32*)output)[8]  = ((word32*)input)[8]  ^ LITTLE32(keystream[8]);
 330           ((word32*)output)[9]  = ((word32*)input)[9]  ^ LITTLE32(keystream[9]);
 331           ((word32*)output)[10] = ((word32*)input)[10] ^ LITTLE32(keystream[10]);
 332           ((word32*)output)[11] = ((word32*)input)[11] ^ LITTLE32(keystream[11]);
 333           ((word32*)output)[12] = ((word32*)input)[12] ^ LITTLE32(keystream[12]);
 334           ((word32*)output)[13] = ((word32*)input)[13] ^ LITTLE32(keystream[13]);
 335           ((word32*)output)[14] = ((word32*)input)[14] ^ LITTLE32(keystream[14]);
 336           ((word32*)output)[15] = ((word32*)input)[15] ^ LITTLE32(keystream[15]);
 337   }
 338
 339   if (msglen > 0)
 340   {
 341       XMEMSET(keystream, 0, sizeof(keystream)); /* hush the static analysis */
 342       generate_keystream(ctx, keystream);
 343
 344 #ifdef BIG_ENDIAN_ORDER
 345       {
 346           word32 wordsLeft = msglen / sizeof(word32);
 347           if (msglen % sizeof(word32)) wordsLeft++;
 348
 349           ByteReverseWords(keystream, keystream, wordsLeft * sizeof(word32));
 350       }
 351 #endif
 352
 353       for (i = 0; i < msglen; i++)
 354               output[i] = input[i] ^ ((byte*)keystream)[i];
 355   }
 356
 357   return 0;
 358 }
 359
 360
 361 /* Encrypt/decrypt a message of any size */
 362 int Hc128_Process(HC128* ctx, byte* output, const byte* input, word32 msglen)
 363 {
 364 #ifdef XSTREAM_ALIGN
 365     if ((word)input % 4 || (word)output % 4) {
 366         #ifndef NO_CYASSL_ALLOC_ALIGN
 367             byte* tmp;
 368             CYASSL_MSG("Hc128Process unaligned");
 369
 370             tmp = (byte*)XMALLOC(msglen, NULL, DYNAMIC_TYPE_TMP_BUFFER);
 371             if (tmp == NULL) return MEMORY_E;
 372
 373             XMEMCPY(tmp, input, msglen);
 374             DoProcess(ctx, tmp, tmp, msglen);
 375             XMEMCPY(output, tmp, msglen);
 376
 377             XFREE(tmp, NULL, DYNAMIC_TYPE_TMP_BUFFER);
 378
 379             return 0;
 380         #else
 381             return BAD_ALIGN_E;
 382         #endif
 383     }
 384 #endif /* XSTREAM_ALIGN */
 385
 386     return DoProcess(ctx, output, input, msglen);
 387 }
 388
 389
 390 #else  /* HAVE_HC128 */
 391
 392
 393 #ifdef _MSC_VER
 394     /* 4206 warning for blank file */
 395     #pragma warning(disable: 4206)
 396 #endif
 397
 398
 399 #endif /* HAVE_HC128 */