serpent.c

   1 /*
   2  * This file is
   3  *   Copyright (C) 1998 Ross Anderson, Eli Biham, Lars Knudsen
   4  *
   5  * For more information see http://www.cl.cam.ac.uk/users/rja14/serpent.html
   6  *
   7  *  This program 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, or (at your option)
  10  *  any later version.
  11  *
  12  *  This program 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 Foundation,
  19  *  Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA 02111-1307, USA.
  20  *
  21  */
  22
  23 #include "secnet.h"
  24
  25 #include "serpent.h"
  26 #include "serpentsboxes.h"
  27
  28 void serpent_makekey(struct keyInstance *key, int keyLen,
  29             uint8_t *keyMaterial)
  30 {
  31     uint32_t i,j;
  32     uint32_t w[132],k[132];
  33
  34     for(i=0; i<keyLen/32; i++)
  35         w[i]=GET_32BIT_MSB_FIRST(keyMaterial + (keyLen/8 - i*4) - 4);
  36     if(keyLen<256)
  37         w[i]=(GET_32BIT_MSB_FIRST(keyMaterial + (keyLen/8 - i*4) - 4)
  38               & ((1L<<((keyLen&31)))-1)) | (1L<<((keyLen&31)));
  39     for(i++; i<8; i++)
  40         w[i]=0;
  41     for(i=8; i<16; i++)
  42         w[i]=ROL(w[i-8]^w[i-5]^w[i-3]^w[i-1]^PHI^(i-8),11);
  43     for(i=0; i<8; i++)
  44         w[i]=w[i+8];
  45     for(i=8; i<132; i++)
  46         w[i]=ROL(w[i-8]^w[i-5]^w[i-3]^w[i-1]^PHI^i,11);
  47
  48     RND03(w[  0], w[  1], w[  2], w[  3], k[  0], k[  1], k[  2], k[  3]);
  49     RND02(w[  4], w[  5], w[  6], w[  7], k[  4], k[  5], k[  6], k[  7]);
  50     RND01(w[  8], w[  9], w[ 10], w[ 11], k[  8], k[  9], k[ 10], k[ 11]);
  51     RND00(w[ 12], w[ 13], w[ 14], w[ 15], k[ 12], k[ 13], k[ 14], k[ 15]);
  52     RND31(w[ 16], w[ 17], w[ 18], w[ 19], k[ 16], k[ 17], k[ 18], k[ 19]);
  53     RND30(w[ 20], w[ 21], w[ 22], w[ 23], k[ 20], k[ 21], k[ 22], k[ 23]);
  54     RND29(w[ 24], w[ 25], w[ 26], w[ 27], k[ 24], k[ 25], k[ 26], k[ 27]);
  55     RND28(w[ 28], w[ 29], w[ 30], w[ 31], k[ 28], k[ 29], k[ 30], k[ 31]);
  56     RND27(w[ 32], w[ 33], w[ 34], w[ 35], k[ 32], k[ 33], k[ 34], k[ 35]);
  57     RND26(w[ 36], w[ 37], w[ 38], w[ 39], k[ 36], k[ 37], k[ 38], k[ 39]);
  58     RND25(w[ 40], w[ 41], w[ 42], w[ 43], k[ 40], k[ 41], k[ 42], k[ 43]);
  59     RND24(w[ 44], w[ 45], w[ 46], w[ 47], k[ 44], k[ 45], k[ 46], k[ 47]);
  60     RND23(w[ 48], w[ 49], w[ 50], w[ 51], k[ 48], k[ 49], k[ 50], k[ 51]);
  61     RND22(w[ 52], w[ 53], w[ 54], w[ 55], k[ 52], k[ 53], k[ 54], k[ 55]);
  62     RND21(w[ 56], w[ 57], w[ 58], w[ 59], k[ 56], k[ 57], k[ 58], k[ 59]);
  63     RND20(w[ 60], w[ 61], w[ 62], w[ 63], k[ 60], k[ 61], k[ 62], k[ 63]);
  64     RND19(w[ 64], w[ 65], w[ 66], w[ 67], k[ 64], k[ 65], k[ 66], k[ 67]);
  65     RND18(w[ 68], w[ 69], w[ 70], w[ 71], k[ 68], k[ 69], k[ 70], k[ 71]);
  66     RND17(w[ 72], w[ 73], w[ 74], w[ 75], k[ 72], k[ 73], k[ 74], k[ 75]);
  67     RND16(w[ 76], w[ 77], w[ 78], w[ 79], k[ 76], k[ 77], k[ 78], k[ 79]);
  68     RND15(w[ 80], w[ 81], w[ 82], w[ 83], k[ 80], k[ 81], k[ 82], k[ 83]);
  69     RND14(w[ 84], w[ 85], w[ 86], w[ 87], k[ 84], k[ 85], k[ 86], k[ 87]);
  70     RND13(w[ 88], w[ 89], w[ 90], w[ 91], k[ 88], k[ 89], k[ 90], k[ 91]);
  71     RND12(w[ 92], w[ 93], w[ 94], w[ 95], k[ 92], k[ 93], k[ 94], k[ 95]);
  72     RND11(w[ 96], w[ 97], w[ 98], w[ 99], k[ 96], k[ 97], k[ 98], k[ 99]);
  73     RND10(w[100], w[101], w[102], w[103], k[100], k[101], k[102], k[103]);
  74     RND09(w[104], w[105], w[106], w[107], k[104], k[105], k[106], k[107]);
  75     RND08(w[108], w[109], w[110], w[111], k[108], k[109], k[110], k[111]);
  76     RND07(w[112], w[113], w[114], w[115], k[112], k[113], k[114], k[115]);
  77     RND06(w[116], w[117], w[118], w[119], k[116], k[117], k[118], k[119]);
  78     RND05(w[120], w[121], w[122], w[123], k[120], k[121], k[122], k[123]);
  79     RND04(w[124], w[125], w[126], w[127], k[124], k[125], k[126], k[127]);
  80     RND03(w[128], w[129], w[130], w[131], k[128], k[129], k[130], k[131]);
  81
  82     for(i=0; i<=32; i++)
  83         for(j=0; j<4; j++)
  84             key->subkeys[i][j] = k[4*i+j];
  85 }
  86
  87 void serpent_encrypt(struct keyInstance *key,
  88                      uint8_t plaintext[16],
  89                      uint8_t ciphertext[16])
  90 {
  91     register uint32_t x0, x1, x2, x3;
  92     register uint32_t y0, y1, y2, y3;
  93
  94     x0=GET_32BIT_MSB_FIRST(plaintext+12);
  95     x1=GET_32BIT_MSB_FIRST(plaintext+8);
  96     x2=GET_32BIT_MSB_FIRST(plaintext+4);
  97     x3=GET_32BIT_MSB_FIRST(plaintext);
  98
  99     /* Start to encrypt the plaintext x */
 100     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[ 0]);
 101     RND00(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 102     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 103     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[ 1]);
 104     RND01(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 105     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 106     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[ 2]);
 107     RND02(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 108     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 109     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[ 3]);
 110     RND03(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 111     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 112     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[ 4]);
 113     RND04(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 114     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 115     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[ 5]);
 116     RND05(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 117     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 118     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[ 6]);
 119     RND06(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 120     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 121     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[ 7]);
 122     RND07(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 123     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 124     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[ 8]);
 125     RND08(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 126     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 127     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[ 9]);
 128     RND09(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 129     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 130     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[10]);
 131     RND10(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 132     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 133     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[11]);
 134     RND11(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 135     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 136     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[12]);
 137     RND12(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 138     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 139     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[13]);
 140     RND13(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 141     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 142     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[14]);
 143     RND14(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 144     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 145     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[15]);
 146     RND15(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 147     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 148     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[16]);
 149     RND16(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 150     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 151     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[17]);
 152     RND17(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 153     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 154     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[18]);
 155     RND18(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 156     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 157     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[19]);
 158     RND19(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 159     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 160     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[20]);
 161     RND20(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 162     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 163     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[21]);
 164     RND21(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 165     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 166     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[22]);
 167     RND22(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 168     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 169     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[23]);
 170     RND23(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 171     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 172     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[24]);
 173     RND24(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 174     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 175     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[25]);
 176     RND25(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 177     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 178     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[26]);
 179     RND26(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 180     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 181     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[27]);
 182     RND27(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 183     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 184     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[28]);
 185     RND28(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 186     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 187     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[29]);
 188     RND29(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 189     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 190     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[30]);
 191     RND30(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 192     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 193     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[31]);
 194     RND31(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 195     x0 = y0; x1 = y1; x2 = y2; x3 = y3;
 196     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[32]);
 197     /* The ciphertext is now in x */
 198
 199     PUT_32BIT_MSB_FIRST(ciphertext+12, x0);
 200     PUT_32BIT_MSB_FIRST(ciphertext+8, x1);
 201     PUT_32BIT_MSB_FIRST(ciphertext+4, x2);
 202     PUT_32BIT_MSB_FIRST(ciphertext, x3);
 203 }
 204
 205 void serpent_decrypt(struct keyInstance *key,
 206                      uint8_t ciphertext[16],
 207                      uint8_t plaintext[16])
 208 {
 209     register uint32_t x0, x1, x2, x3;
 210     register uint32_t y0, y1, y2, y3;
 211
 212     x0=GET_32BIT_MSB_FIRST(ciphertext+12);
 213     x1=GET_32BIT_MSB_FIRST(ciphertext+8);
 214     x2=GET_32BIT_MSB_FIRST(ciphertext+4);
 215     x3=GET_32BIT_MSB_FIRST(ciphertext);
 216
 217     /* Start to decrypt the ciphertext x */
 218     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[32]);
 219     InvRND31(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 220     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[31]);
 221     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 222     InvRND30(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 223     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[30]);
 224     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 225     InvRND29(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 226     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[29]);
 227     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 228     InvRND28(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 229     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[28]);
 230     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 231     InvRND27(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 232     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[27]);
 233     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 234     InvRND26(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 235     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[26]);
 236     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 237     InvRND25(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 238     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[25]);
 239     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 240     InvRND24(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 241     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[24]);
 242     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 243     InvRND23(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 244     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[23]);
 245     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 246     InvRND22(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 247     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[22]);
 248     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 249     InvRND21(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 250     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[21]);
 251     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 252     InvRND20(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 253     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[20]);
 254     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 255     InvRND19(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 256     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[19]);
 257     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 258     InvRND18(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 259     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[18]);
 260     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 261     InvRND17(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 262     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[17]);
 263     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 264     InvRND16(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 265     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[16]);
 266     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 267     InvRND15(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 268     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[15]);
 269     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 270     InvRND14(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 271     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[14]);
 272     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 273     InvRND13(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 274     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[13]);
 275     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 276     InvRND12(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 277     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[12]);
 278     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 279     InvRND11(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 280     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[11]);
 281     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 282     InvRND10(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 283     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[10]);
 284     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 285     InvRND09(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 286     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[ 9]);
 287     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 288     InvRND08(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 289     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[ 8]);
 290     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 291     InvRND07(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 292     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[ 7]);
 293     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 294     InvRND06(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 295     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[ 6]);
 296     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 297     InvRND05(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 298     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[ 5]);
 299     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 300     InvRND04(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 301     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[ 4]);
 302     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 303     InvRND03(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 304     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[ 3]);
 305     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 306     InvRND02(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 307     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[ 2]);
 308     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 309     InvRND01(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 310     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[ 1]);
 311     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 312     InvRND00(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 313     x0 = y0; x1 = y1; x2 = y2; x3 = y3;
 314     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[ 0]);
 315     /* The plaintext is now in x */
 316
 317     PUT_32BIT_MSB_FIRST(plaintext+12, x0);
 318     PUT_32BIT_MSB_FIRST(plaintext+8, x1);
 319     PUT_32BIT_MSB_FIRST(plaintext+4, x2);
 320     PUT_32BIT_MSB_FIRST(plaintext, x3);
 321 }