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     int i;
  32     uint32_t j;
  33     uint32_t w[132],k[132];
  34
  35     for(i=0; i<keyLen/32; i++)
  36         w[i]=GET_32BIT_MSB_FIRST(keyMaterial + (keyLen/8 - i*4) - 4);
  37     if(keyLen<256)
  38         w[i]=(GET_32BIT_MSB_FIRST(keyMaterial + (keyLen/8 - i*4) - 4)
  39               & ((1L<<((keyLen&31)))-1)) | (1L<<((keyLen&31)));
  40     for(i++; i<8; i++)
  41         w[i]=0;
  42     for(i=8; i<16; i++)
  43         w[i]=ROL(w[i-8]^w[i-5]^w[i-3]^w[i-1]^PHI^(i-8),11);
  44     for(i=0; i<8; i++)
  45         w[i]=w[i+8];
  46     for(i=8; i<132; i++)
  47         w[i]=ROL(w[i-8]^w[i-5]^w[i-3]^w[i-1]^PHI^i,11);
  48
  49     RND03(w[  0], w[  1], w[  2], w[  3], k[  0], k[  1], k[  2], k[  3]);
  50     RND02(w[  4], w[  5], w[  6], w[  7], k[  4], k[  5], k[  6], k[  7]);
  51     RND01(w[  8], w[  9], w[ 10], w[ 11], k[  8], k[  9], k[ 10], k[ 11]);
  52     RND00(w[ 12], w[ 13], w[ 14], w[ 15], k[ 12], k[ 13], k[ 14], k[ 15]);
  53     RND31(w[ 16], w[ 17], w[ 18], w[ 19], k[ 16], k[ 17], k[ 18], k[ 19]);
  54     RND30(w[ 20], w[ 21], w[ 22], w[ 23], k[ 20], k[ 21], k[ 22], k[ 23]);
  55     RND29(w[ 24], w[ 25], w[ 26], w[ 27], k[ 24], k[ 25], k[ 26], k[ 27]);
  56     RND28(w[ 28], w[ 29], w[ 30], w[ 31], k[ 28], k[ 29], k[ 30], k[ 31]);
  57     RND27(w[ 32], w[ 33], w[ 34], w[ 35], k[ 32], k[ 33], k[ 34], k[ 35]);
  58     RND26(w[ 36], w[ 37], w[ 38], w[ 39], k[ 36], k[ 37], k[ 38], k[ 39]);
  59     RND25(w[ 40], w[ 41], w[ 42], w[ 43], k[ 40], k[ 41], k[ 42], k[ 43]);
  60     RND24(w[ 44], w[ 45], w[ 46], w[ 47], k[ 44], k[ 45], k[ 46], k[ 47]);
  61     RND23(w[ 48], w[ 49], w[ 50], w[ 51], k[ 48], k[ 49], k[ 50], k[ 51]);
  62     RND22(w[ 52], w[ 53], w[ 54], w[ 55], k[ 52], k[ 53], k[ 54], k[ 55]);
  63     RND21(w[ 56], w[ 57], w[ 58], w[ 59], k[ 56], k[ 57], k[ 58], k[ 59]);
  64     RND20(w[ 60], w[ 61], w[ 62], w[ 63], k[ 60], k[ 61], k[ 62], k[ 63]);
  65     RND19(w[ 64], w[ 65], w[ 66], w[ 67], k[ 64], k[ 65], k[ 66], k[ 67]);
  66     RND18(w[ 68], w[ 69], w[ 70], w[ 71], k[ 68], k[ 69], k[ 70], k[ 71]);
  67     RND17(w[ 72], w[ 73], w[ 74], w[ 75], k[ 72], k[ 73], k[ 74], k[ 75]);
  68     RND16(w[ 76], w[ 77], w[ 78], w[ 79], k[ 76], k[ 77], k[ 78], k[ 79]);
  69     RND15(w[ 80], w[ 81], w[ 82], w[ 83], k[ 80], k[ 81], k[ 82], k[ 83]);
  70     RND14(w[ 84], w[ 85], w[ 86], w[ 87], k[ 84], k[ 85], k[ 86], k[ 87]);
  71     RND13(w[ 88], w[ 89], w[ 90], w[ 91], k[ 88], k[ 89], k[ 90], k[ 91]);
  72     RND12(w[ 92], w[ 93], w[ 94], w[ 95], k[ 92], k[ 93], k[ 94], k[ 95]);
  73     RND11(w[ 96], w[ 97], w[ 98], w[ 99], k[ 96], k[ 97], k[ 98], k[ 99]);
  74     RND10(w[100], w[101], w[102], w[103], k[100], k[101], k[102], k[103]);
  75     RND09(w[104], w[105], w[106], w[107], k[104], k[105], k[106], k[107]);
  76     RND08(w[108], w[109], w[110], w[111], k[108], k[109], k[110], k[111]);
  77     RND07(w[112], w[113], w[114], w[115], k[112], k[113], k[114], k[115]);
  78     RND06(w[116], w[117], w[118], w[119], k[116], k[117], k[118], k[119]);
  79     RND05(w[120], w[121], w[122], w[123], k[120], k[121], k[122], k[123]);
  80     RND04(w[124], w[125], w[126], w[127], k[124], k[125], k[126], k[127]);
  81     RND03(w[128], w[129], w[130], w[131], k[128], k[129], k[130], k[131]);
  82
  83     for(i=0; i<=32; i++)
  84         for(j=0; j<4; j++)
  85             key->subkeys[i][j] = k[4*i+j];
  86 }
  87
  88 void serpent_encrypt(struct keyInstance *key,
  89                      uint8_t plaintext[16],
  90                      uint8_t ciphertext[16])
  91 {
  92     register uint32_t x0, x1, x2, x3;
  93     register uint32_t y0, y1, y2, y3;
  94
  95     x0=GET_32BIT_MSB_FIRST(plaintext+12);
  96     x1=GET_32BIT_MSB_FIRST(plaintext+8);
  97     x2=GET_32BIT_MSB_FIRST(plaintext+4);
  98     x3=GET_32BIT_MSB_FIRST(plaintext);
  99
 100     /* Start to encrypt the plaintext x */
 101     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[ 0]);
 102     RND00(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 103     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 104     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[ 1]);
 105     RND01(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 106     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 107     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[ 2]);
 108     RND02(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 109     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 110     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[ 3]);
 111     RND03(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 112     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 113     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[ 4]);
 114     RND04(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 115     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 116     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[ 5]);
 117     RND05(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 118     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 119     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[ 6]);
 120     RND06(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 121     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 122     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[ 7]);
 123     RND07(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 124     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 125     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[ 8]);
 126     RND08(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 127     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 128     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[ 9]);
 129     RND09(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 130     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 131     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[10]);
 132     RND10(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 133     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 134     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[11]);
 135     RND11(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 136     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 137     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[12]);
 138     RND12(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 139     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 140     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[13]);
 141     RND13(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 142     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 143     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[14]);
 144     RND14(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 145     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 146     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[15]);
 147     RND15(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 148     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 149     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[16]);
 150     RND16(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 151     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 152     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[17]);
 153     RND17(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 154     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 155     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[18]);
 156     RND18(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 157     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 158     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[19]);
 159     RND19(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 160     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 161     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[20]);
 162     RND20(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 163     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 164     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[21]);
 165     RND21(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 166     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 167     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[22]);
 168     RND22(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 169     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 170     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[23]);
 171     RND23(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 172     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 173     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[24]);
 174     RND24(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 175     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 176     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[25]);
 177     RND25(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 178     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 179     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[26]);
 180     RND26(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 181     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 182     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[27]);
 183     RND27(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 184     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 185     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[28]);
 186     RND28(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 187     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 188     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[29]);
 189     RND29(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 190     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 191     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[30]);
 192     RND30(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 193     transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 194     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[31]);
 195     RND31(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 196     x0 = y0; x1 = y1; x2 = y2; x3 = y3;
 197     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[32]);
 198     /* The ciphertext is now in x */
 199
 200     PUT_32BIT_MSB_FIRST(ciphertext+12, x0);
 201     PUT_32BIT_MSB_FIRST(ciphertext+8, x1);
 202     PUT_32BIT_MSB_FIRST(ciphertext+4, x2);
 203     PUT_32BIT_MSB_FIRST(ciphertext, x3);
 204 }
 205
 206 void serpent_decrypt(struct keyInstance *key,
 207                      uint8_t ciphertext[16],
 208                      uint8_t plaintext[16])
 209 {
 210     register uint32_t x0, x1, x2, x3;
 211     register uint32_t y0, y1, y2, y3;
 212
 213     x0=GET_32BIT_MSB_FIRST(ciphertext+12);
 214     x1=GET_32BIT_MSB_FIRST(ciphertext+8);
 215     x2=GET_32BIT_MSB_FIRST(ciphertext+4);
 216     x3=GET_32BIT_MSB_FIRST(ciphertext);
 217
 218     /* Start to decrypt the ciphertext x */
 219     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[32]);
 220     InvRND31(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 221     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[31]);
 222     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 223     InvRND30(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 224     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[30]);
 225     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 226     InvRND29(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 227     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[29]);
 228     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 229     InvRND28(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 230     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[28]);
 231     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 232     InvRND27(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 233     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[27]);
 234     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 235     InvRND26(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 236     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[26]);
 237     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 238     InvRND25(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 239     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[25]);
 240     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 241     InvRND24(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 242     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[24]);
 243     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 244     InvRND23(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 245     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[23]);
 246     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 247     InvRND22(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 248     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[22]);
 249     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 250     InvRND21(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 251     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[21]);
 252     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 253     InvRND20(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 254     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[20]);
 255     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 256     InvRND19(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 257     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[19]);
 258     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 259     InvRND18(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 260     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[18]);
 261     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 262     InvRND17(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 263     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[17]);
 264     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 265     InvRND16(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 266     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[16]);
 267     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 268     InvRND15(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 269     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[15]);
 270     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 271     InvRND14(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 272     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[14]);
 273     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 274     InvRND13(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 275     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[13]);
 276     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 277     InvRND12(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 278     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[12]);
 279     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 280     InvRND11(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 281     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[11]);
 282     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 283     InvRND10(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 284     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[10]);
 285     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 286     InvRND09(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 287     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[ 9]);
 288     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 289     InvRND08(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 290     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[ 8]);
 291     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 292     InvRND07(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 293     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[ 7]);
 294     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 295     InvRND06(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 296     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[ 6]);
 297     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 298     InvRND05(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 299     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[ 5]);
 300     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 301     InvRND04(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 302     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[ 4]);
 303     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 304     InvRND03(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 305     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[ 3]);
 306     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 307     InvRND02(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 308     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[ 2]);
 309     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 310     InvRND01(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 311     keying(y0, y1, y2, y3, key->subkeys[ 1]);
 312     inv_transform(y0, y1, y2, y3, x0, x1, x2, x3);
 313     InvRND00(x0, x1, x2, x3, y0, y1, y2, y3);
 314     x0 = y0; x1 = y1; x2 = y2; x3 = y3;
 315     keying(x0, x1, x2, x3, key->subkeys[ 0]);
 316     /* The plaintext is now in x */
 317
 318     PUT_32BIT_MSB_FIRST(plaintext+12, x0);
 319     PUT_32BIT_MSB_FIRST(plaintext+8, x1);
 320     PUT_32BIT_MSB_FIRST(plaintext+4, x2);
 321     PUT_32BIT_MSB_FIRST(plaintext, x3);
 322 }