chiark - git - mdw - become/blob - src/blowfish.c

   1 /* -*-c-*-
   2  *
   3  * $Id: blowfish.c,v 1.2 1997/08/04 10:24:20 mdw Exp $
   4  *
   5  * Blowfish encryption routines
   6  *
   7  * (c) 1997 Mark Wooding
   8  */
   9
  10 /*----- Licencing notice --------------------------------------------------*
  11  *
  12  * This file is part of `become'
  13  *
  14  * `Become' is free software; you can redistribute it and/or modify
  15  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
  16  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
  17  * (at your option) any later version.
  18  *
  19  * `Become' is distributed in the hope that it will be useful,
  20  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  21  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  22  * GNU General Public License for more details.
  23  *
  24  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  25  * along with `become'; if not, write to the Free Software
  26  * Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
  27  */
  28
  29 /*----- Revision history --------------------------------------------------*
  30  *
  31  * $Log: blowfish.c,v $
  32  * Revision 1.2  1997/08/04 10:24:20  mdw
  33  * Sources placed under CVS control.
  34  *
  35  * Revision 1.1  1997/07/21  13:47:53  mdw
  36  * Initial revision
  37  *
  38  */
  39
  40 /*----- Header files ------------------------------------------------------*/
  41
  42 /* --- ANSI headers --- */
  43
  44 #include <stdio.h>
  45
  46 /* --- Local headers --- */
  47
  48 #include "config.h"
  49 #include "blowfish.h"
  50 #include "utils.h"
  51
  52 /*----- Define the initial S-box values -----------------------------------*/
  53
  54 #include "blowfish-sbox.h"
  55
  56 /*----- Useful macros -----------------------------------------------------*/
  57
  58 /* --- The Blowfish round function --- *
  59  *
  60  * This is why I like this cipher.  The round function is microscopic.  And
  61  * very fast.
  62  */
  63
  64 #define ROUND(L, R, K)                                                  \
  65   ((L) ^= k->p[K],                                                      \
  66    (R) ^= ((((k->s0[((L) >> 24) & 0xFF]) +                              \
  67               k->s1[((L) >> 16) & 0xFF]) ^                              \
  68               k->s2[((L) >>  8) & 0xFF]) +                              \
  69               k->s3[((L) >>  0) & 0xFF]))
  70
  71 /*----- Main code ---------------------------------------------------------*/
  72
  73 /* --- @blowfish_encrypt@ --- *
  74  *
  75  * Arguments:   @const blowfish_key *k@ = pointer to key block
  76  *              @const void *from@ = block to encrypt from
  77  *              @void *to@ = block to encrypt to
  78  *
  79  * Returns:     ---
  80  *
  81  * Use:         Encrypts a block using the Blowfish algorithm.
  82  */
  83
  84 void blowfish_encrypt(const blowfish_key *k, const void *from, void *to)
  85 {
  86   uint_32 l, r;
  87   const unsigned char *f = from;
  88   unsigned char *t = to;
  89
  90   /* --- Extract left and right block halves --- */
  91
  92   l = load32(f + 0);
  93   r = load32(f + 4);
  94
  95   /* --- Now run the round function on these values --- */
  96
  97   ROUND(l, r,  0);
  98   ROUND(r, l,  1);
  99   ROUND(l, r,  2);
 100   ROUND(r, l,  3);
 101   ROUND(l, r,  4);
 102   ROUND(r, l,  5);
 103   ROUND(l, r,  6);
 104   ROUND(r, l,  7);
 105   ROUND(l, r,  8);
 106   ROUND(r, l,  9);
 107   ROUND(l, r, 10);
 108   ROUND(r, l, 11);
 109   ROUND(l, r, 12);
 110   ROUND(r, l, 13);
 111   ROUND(l, r, 14);
 112   ROUND(r, l, 15);
 113
 114   /* --- Final transformation --- */
 115
 116   l ^= k->p[16];
 117   r ^= k->p[17];
 118
 119   /* --- Store the encrypted value --- */
 120
 121   store32(t + 0, r);
 122   store32(t + 4, l);
 123 }
 124
 125 /* --- @blowfish_decrypt@ --- *
 126  *
 127  * Arguments:   @const blowfish_key *k@ = pointer to key block
 128  *              @const void *from@ = block to decrypt from
 129  *              @void *to@ = block to decrypt to
 130  *
 131  * Returns:     ---
 132  *
 133  * Use:         Decrypts a block using the Blowfish algorithm.
 134  */
 135
 136 void blowfish_decrypt(const blowfish_key *k, const void *from, void *to)
 137 {
 138   uint_32 l, r;
 139   const unsigned char *f = from;
 140   unsigned char *t = to;
 141
 142   /* --- Extract left and right block halves --- */
 143
 144   l = load32(f + 0);
 145   r = load32(f + 4);
 146
 147   /* --- Now run the round function on these values --- */
 148
 149   ROUND(l, r, 17);
 150   ROUND(r, l, 16);
 151   ROUND(l, r, 15);
 152   ROUND(r, l, 14);
 153   ROUND(l, r, 13);
 154   ROUND(r, l, 12);
 155   ROUND(l, r, 11);
 156   ROUND(r, l, 10);
 157   ROUND(l, r,  9);
 158   ROUND(r, l,  8);
 159   ROUND(l, r,  7);
 160   ROUND(r, l,  6);
 161   ROUND(l, r,  5);
 162   ROUND(r, l,  4);
 163   ROUND(l, r,  3);
 164   ROUND(r, l,  2);
 165
 166   /* --- Final transformation --- */
 167
 168   l ^= k->p[1];
 169   r ^= k->p[0];
 170
 171   /* --- Store the decrypted value --- */
 172
 173   store32(t + 0, r);
 174   store32(t + 4, l);
 175 }
 176
 177 /* --- @blowfish__qcrypt@ --- *
 178  *
 179  * Arguments:   @const blowfish_key *k@ = pointer to a key block
 180  *              @uint_32 *p@ = pointer to block to mangle
 181  *
 182  * Returns:     ---
 183  *
 184  * Use:         Mangles a block using the Blowfish algorithm.
 185  */
 186
 187 static void blowfish__qcrypt(blowfish_key *k, uint_32 *p)
 188 {
 189   uint_32 l = p[0], r = p[1];
 190
 191   /* --- Run the round function --- */
 192
 193   ROUND(l, r,  0);
 194   ROUND(r, l,  1);
 195   ROUND(l, r,  2);
 196   ROUND(r, l,  3);
 197   ROUND(l, r,  4);
 198   ROUND(r, l,  5);
 199   ROUND(l, r,  6);
 200   ROUND(r, l,  7);
 201   ROUND(l, r,  8);
 202   ROUND(r, l,  9);
 203   ROUND(l, r, 10);
 204   ROUND(r, l, 11);
 205   ROUND(l, r, 12);
 206   ROUND(r, l, 13);
 207   ROUND(l, r, 14);
 208   ROUND(r, l, 15);
 209
 210   /* --- Output transformation --- */
 211
 212   l ^= k->p[16];
 213   r ^= k->p[17];
 214
 215   /* --- Store the new values --- */
 216
 217   p[0] = r;
 218   p[1] = l;
 219 }
 220
 221 /* --- @blowfish__buildKey@ --- *
 222  *
 223  * Arguments:   @blowfish_key *k@ = pointer to a key block to set up
 224  *
 225  * Returns:     ---
 226  *
 227  * Use:         Sets up the P-array and S-boxes once a key has been mixed
 228  *              into the P-array.  Use a local copy of the Blowfish
 229  *              encryption routine, to avoid penalising the main code too
 230  *              much with having to veneer onto a general args-in-words
 231  *              function, and to avoid me messing about with transforming
 232  *              values backwards and forwards between char arrays and
 233  *              integers.
 234  */
 235
 236 static void blowfish__buildKey(blowfish_key *k)
 237 {
 238   uint_32 b[2] = { 0, 0 };
 239   int i;
 240
 241   /* --- First, run through the P-array --- */
 242
 243   for (i = 0; i < 18; i += 2) {
 244     blowfish__qcrypt(k, b);
 245     k->p[i] = b[0];
 246     k->p[i + 1] = b[1];
 247   }
 248
 249   /* --- Now do the S-boxes --- */
 250
 251   for (i = 0; i < 256; i += 2) {
 252     blowfish__qcrypt(k, b);
 253     k->s0[i] = b[0];
 254     k->s0[i + 1] = b[1];
 255   }
 256
 257   for (i = 0; i < 256; i += 2) {
 258     blowfish__qcrypt(k, b);
 259     k->s1[i] = b[0];
 260     k->s1[i + 1] = b[1];
 261   }
 262
 263   for (i = 0; i < 256; i += 2) {
 264     blowfish__qcrypt(k, b);
 265     k->s2[i] = b[0];
 266     k->s2[i + 1] = b[1];
 267   }
 268
 269   for (i = 0; i < 256; i += 2) {
 270     blowfish__qcrypt(k, b);
 271     k->s3[i] = b[0];
 272     k->s3[i + 1] = b[1];
 273   }
 274 }
 275
 276 /* --- @blowfish_setKey@ --- *
 277  *
 278  * Arguments:   @blowfish_key *kb@ = pointer to key block to fill
 279  *              @void *k@ = pointer to key data
 280  *              @size_t sz@ = length of data in bytes
 281  *
 282  * Returns:     ---
 283  *
 284  * Use:         Expands a key which isn't represented as a number of whole
 285  *              words.  This is a nonstandard extension, although it can be
 286  *              used to support 40-bit keys, which some governments might
 287  *              find more palatable than 160-bit (or 448-bit!) keys.
 288  */
 289
 290 void blowfish_setKey(blowfish_key *kb, const void *k, size_t sz)
 291 {
 292   int i, j, l;
 293   const unsigned char *p = k;
 294   uint_32 a;
 295
 296   memcpy(kb, &blowfish__init, sizeof(blowfish__init));
 297
 298   j = 0;
 299   for (i = 0; i < 18; i++) {
 300     a = 0;
 301     for (l = 0; l < 4; l++) {
 302       a = (a << 8) | p[j];
 303       j++;
 304       if (j >= sz)
 305         j = 0;
 306     }
 307     kb->p[i] ^= a;
 308   }
 309
 310   blowfish__buildKey(kb);
 311 }
 312
 313 /*----- Test rig ----------------------------------------------------------*/
 314
 315 #ifdef TEST_RIG
 316
 317 int main(void)
 318 {
 319   /* --- Stage one: ECB tests --- */
 320
 321   {
 322     static struct {
 323       uint_32 k[2];
 324       uint_32 p[2];
 325       uint_32 c[2];
 326     } table[] = {
 327       { { 0x00000000u, 0x00000000u },
 328         { 0x00000000u, 0x00000000u },
 329         { 0x4EF99745u, 0x6198DD78u } },
 330
 331       { { 0xFFFFFFFFu, 0xFFFFFFFFu },
 332         { 0xFFFFFFFFu, 0xFFFFFFFFu },
 333         { 0x51866FD5u, 0xB85ECB8Au } },
 334
 335       { { 0x30000000u, 0x00000000u },
 336         { 0x10000000u, 0x00000001u },
 337         { 0x7D856F9Au, 0x613063F2u } },
 338
 339       { { 0x11111111u, 0x11111111u },
 340         { 0x11111111u, 0x11111111u },
 341         { 0x2466DD87u, 0x8B963C9Du } },
 342
 343       { { 0x01234567u, 0x89ABCDEFu },
 344         { 0x11111111u, 0x11111111u },
 345         { 0x61F9C380u, 0x2281B096u } },
 346
 347       { { 0x11111111u, 0x11111111u },
 348         { 0x01234567u, 0x89ABCDEFu },
 349         { 0x7D0CC630u, 0xAFDA1EC7u } },
 350
 351       { { 0x00000000u, 0x00000000u },
 352         { 0x00000000u, 0x00000000u },
 353         { 0x4EF99745u, 0x6198DD78u } },
 354
 355       { { 0xFEDCBA98u, 0x76543210u },
 356         { 0x01234567u, 0x89ABCDEFu },
 357         { 0x0ACEAB0Fu, 0xC6A0A28Du } },
 358
 359       { { 0x7CA11045u, 0x4A1A6E57u },
 360         { 0x01A1D6D0u, 0x39776742u },
 361         { 0x59C68245u, 0xEB05282Bu } },
 362
 363       { { 0x0131D961u, 0x9DC1376Eu },
 364         { 0x5CD54CA8u, 0x3DEF57DAu },
 365         { 0xB1B8CC0Bu, 0x250F09A0u } },
 366
 367       { { 0x07A1133Eu, 0x4A0B2686u },
 368         { 0x0248D438u, 0x06F67172u },
 369         { 0x1730E577u, 0x8BEA1DA4u } },
 370
 371       { { 0x3849674Cu, 0x2602319Eu },
 372         { 0x51454B58u, 0x2DDF440Au },
 373         { 0xA25E7856u, 0xCF2651EBu } },
 374
 375       { { 0x04B915BAu, 0x43FEB5B6u },
 376         { 0x42FD4430u, 0x59577FA2u },
 377         { 0x353882B1u, 0x09CE8F1Au } },
 378
 379       { { 0x0113B970u, 0xFD34F2CEu },
 380         { 0x059B5E08u, 0x51CF143Au },
 381         { 0x48F4D088u, 0x4C379918u } },
 382
 383       { { 0x0170F175u, 0x468FB5E6u },
 384         { 0x0756D8E0u, 0x774761D2u },
 385         { 0x432193B7u, 0x8951FC98u } },
 386
 387       { { 0x43297FADu, 0x38E373FEu },
 388         { 0x762514B8u, 0x29BF486Au },
 389         { 0x13F04154u, 0xD69D1AE5u } },
 390
 391       { { 0x07A71370u, 0x45DA2A16u },
 392         { 0x3BDD1190u, 0x49372802u },
 393         { 0x2EEDDA93u, 0xFFD39C79u } },
 394
 395       { { 0x04689104u, 0xC2FD3B2Fu },
 396         { 0x26955F68u, 0x35AF609Au },
 397         { 0xD887E039u, 0x3C2DA6E3u } },
 398
 399       { { 0x37D06BB5u, 0x16CB7546u },
 400         { 0x164D5E40u, 0x4F275232u },
 401         { 0x5F99D04Fu, 0x5B163969u } },
 402
 403       { { 0x1F08260Du, 0x1AC2465Eu },
 404         { 0x6B056E18u, 0x759F5CCAu },
 405         { 0x4A057A3Bu, 0x24D3977Bu } },
 406
 407       { { 0x58402364u, 0x1ABA6176u },
 408         { 0x004BD6EFu, 0x09176062u },
 409         { 0x452031C1u, 0xE4FADA8Eu } },
 410
 411       { { 0x02581616u, 0x4629B007u },
 412         { 0x480D3900u, 0x6EE762F2u },
 413         { 0x7555AE39u, 0xF59B87BDu } },
 414
 415       { { 0x49793EBCu, 0x79B3258Fu },
 416         { 0x437540C8u, 0x698F3CFAu },
 417         { 0x53C55F9Cu, 0xB49FC019u } },
 418
 419       { { 0x4FB05E15u, 0x15AB73A7u },
 420         { 0x072D43A0u, 0x77075292u },
 421         { 0x7A8E7BFAu, 0x937E89A3u } },
 422
 423       { { 0x49E95D6Du, 0x4CA229BFu },
 424         { 0x02FE5577u, 0x8117F12Au },
 425         { 0xCF9C5D7Au, 0x4986ADB5u } },
 426
 427       { { 0x018310DCu, 0x409B26D6u },
 428         { 0x1D9D5C50u, 0x18F728C2u },
 429         { 0xD1ABB290u, 0x658BC778u } },
 430
 431       { { 0x1C587F1Cu, 0x13924FEFu },
 432         { 0x30553228u, 0x6D6F295Au },
 433         { 0x55CB3774u, 0xD13EF201u } },
 434
 435       { { 0x01010101u, 0x01010101u },
 436         { 0x01234567u, 0x89ABCDEFu },
 437         { 0xFA34EC48u, 0x47B268B2u } },
 438
 439       { { 0x1F1F1F1Fu, 0x0E0E0E0Eu },
 440         { 0x01234567u, 0x89ABCDEFu },
 441         { 0xA7907951u, 0x08EA3CAEu } },
 442
 443       { { 0xE0FEE0FEu, 0xF1FEF1FEu },
 444         { 0x01234567u, 0x89ABCDEFu },
 445         { 0xC39E072Du, 0x9FAC631Du } },
 446
 447       { { 0x00000000u, 0x00000000u },
 448         { 0xFFFFFFFFu, 0xFFFFFFFFu },
 449         { 0x014933E0u, 0xCDAFF6E4u } },
 450
 451       { { 0xFFFFFFFFu, 0xFFFFFFFFu },
 452         { 0x00000000u, 0x00000000u },
 453         { 0xF21E9A77u, 0xB71C49BCu } },
 454
 455       { { 0x01234567u, 0x89ABCDEFu },
 456         { 0x00000000u, 0x00000000u },
 457         { 0x24594688u, 0x5754369Au } },
 458
 459       { { 0xFEDCBA98u, 0x76543210u },
 460         { 0xFFFFFFFFu, 0xFFFFFFFFu },
 461         { 0x6B5C5A9Cu, 0x5D9E0A5Au } }
 462     };
 463
 464     int f = 1;
 465     int i;
 466
 467     printf("*** stage one: ");
 468     fflush(stdout);
 469
 470     for (i = 0; i < sizeof(table) / sizeof(table[0]); i++) {
 471       char kb[8], p[8], c[8];
 472       blowfish_key k;
 473
 474       store32(kb + 0, table[i].k[0]);
 475       store32(kb + 4, table[i].k[1]);
 476       blowfish_setKey(&k, kb, 8);
 477
 478       store32(p + 0, table[i].p[0]);
 479       store32(p + 4, table[i].p[1]);
 480       blowfish_encrypt(&k, p, c);
 481
 482       if (load32(c + 0) != table[i].c[0] ||
 483           load32(c + 4) != table[i].c[1]) {
 484         printf("\n"
 485                "!!! bad encryption\n"
 486                "                    key = %08lx-%08lx\n"
 487                "              plaintext = %08lx-%08lx\n"
 488                "    expected ciphertext = %08lx-%08lx\n"
 489                "  calculated ciphertext = %08lx-%08lx\n",
 490                (unsigned long)table[i].k[0],
 491                (unsigned long)table[i].k[1],
 492                (unsigned long)table[i].p[0],
 493                (unsigned long)table[i].p[1],
 494                (unsigned long)table[i].c[0],
 495                (unsigned long)table[i].c[1],
 496                (unsigned long)load32(c + 0),
 497                (unsigned long)load32(c + 4));
 498         f = 0;
 499       }
 500
 501       blowfish_decrypt(&k, c, p);
 502       if (load32(p + 0) != table[i].p[0] ||
 503           load32(p + 4) != table[i].p[1]) {
 504         printf("\n"
 505                "!!! bad decryption\n"
 506                "                    key = %08lx-%08lx\n"
 507                "             ciphertext = %08lx-%08lx\n"
 508                "     expected plaintext = %08lx-%08lx\n"
 509                "   calculated plaintext = %08lx-%08lx\n",
 510                (unsigned long)table[i].k[0],
 511                (unsigned long)table[i].k[1],
 512                (unsigned long)table[i].c[0],
 513                (unsigned long)table[i].c[1],
 514                (unsigned long)table[i].p[0],
 515                (unsigned long)table[i].p[1],
 516                (unsigned long)load32(p + 0),
 517                (unsigned long)load32(p + 4));
 518         f = 0;
 519       }
 520
 521       putchar('.');
 522       fflush(stdout);
 523     }
 524     putchar('\n');
 525     if (f)
 526       printf("*** stage one ok\n");
 527   }
 528
 529   /* --- Stage 2: key scheduling --- */
 530
 531   {
 532     static struct {
 533       uint_32 c[2];
 534     } table[] = {
 535       {{ 0xF9AD597Cu, 0x49DB005Eu }},
 536       {{ 0xE91D21C1u, 0xD961A6D6u }},
 537       {{ 0xE9C2B70Au, 0x1BC65CF3u }},
 538       {{ 0xBE1E6394u, 0x08640F05u }},
 539       {{ 0xB39E4448u, 0x1BDB1E6Eu }},
 540       {{ 0x9457AA83u, 0xB1928C0Du }},
 541       {{ 0x8BB77032u, 0xF960629Du }},
 542       {{ 0xE87A244Eu, 0x2CC85E82u }},
 543       {{ 0x15750E7Au, 0x4F4EC577u }},
 544       {{ 0x122BA70Bu, 0x3AB64AE0u }},
 545       {{ 0x3A833C9Au, 0xFFC537F6u }},
 546       {{ 0x9409DA87u, 0xA90F6BF2u }},
 547       {{ 0x884F8062u, 0x5060B8B4u }},
 548       {{ 0x1F85031Cu, 0x19E11968u }},
 549       {{ 0x79D9373Au, 0x714CA34Fu }},
 550       {{ 0x93142887u, 0xEE3BE15Cu }},
 551       {{ 0x03429E83u, 0x8CE2D14Bu }},
 552       {{ 0xA4299E27u, 0x469FF67Bu }},
 553       {{ 0xAFD5AED1u, 0xC1BC96A8u }},
 554       {{ 0x10851C0Eu, 0x3858DA9Fu }},
 555       {{ 0xE6F51ED7u, 0x9B9DB21Fu }},
 556       {{ 0x64A6E14Au, 0xFD36B46Fu }},
 557       {{ 0x80C7D7D4u, 0x5A5479ADu }},
 558       {{ 0x05044B62u, 0xFA52D080u }},
 559     };
 560
 561     unsigned char kk[] = {
 562       0xF0, 0xE1, 0xD2, 0xC3, 0xB4, 0xA5, 0x96, 0x87,
 563       0x78, 0x69, 0x5A, 0x4B, 0x3C, 0x2D, 0x1E, 0x0F,
 564       0x00, 0x11, 0x22, 0x33, 0x44, 0x55, 0x66, 0x77
 565     };
 566
 567     int i;
 568     int f = 1;
 569
 570     printf("*** stage two: ");
 571     fflush(stdout);
 572
 573     for (i = 0; i < sizeof(kk); i++) {
 574       blowfish_key k;
 575       unsigned char p[8] = { 0xFE, 0xDC, 0xBA, 0x98,
 576                              0x76, 0x54, 0x32, 0x10 };
 577
 578       blowfish_setKey(&k, kk, i + 1);
 579       blowfish_encrypt(&k, p, p);
 580
 581       if (load32(p + 0) != table[i].c[0] ||
 582           load32(p + 4) != table[i].c[1]) {
 583         printf("!!! bad encryption\n"
 584                "  key length = %i\n"
 585                "    expected = %08lx-%08lx\n"
 586                "  calculated = %08lx-%08lx\n",
 587                i + 1,
 588                (unsigned long)table[i].c[0],
 589                (unsigned long)table[i].c[1],
 590                (unsigned long)load32(p + 0),
 591                (unsigned long)load32(p + 4));
 592         f = 0;
 593       }
 594
 595       putchar('.');
 596       fflush(stdout);
 597     }
 598
 599     putchar('\n');
 600
 601     if (f)
 602       printf("*** stage two ok\n");
 603   }
 604
 605   return (0);
 606
 607 }
 608
 609 #endif
 610
 611 /*----- That's all, folks -------------------------------------------------*/