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

   1 /* -*-c-*-
   2  *
   3  * $Id: blowfish.c,v 1.3 1997/08/07 09:42:58 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 Foundation,
  26  * Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA 02111-1307, USA.
  27  */
  28
  29 /*----- Revision history --------------------------------------------------*
  30  *
  31  * $Log: blowfish.c,v $
  32  * Revision 1.3  1997/08/07 09:42:58  mdw
  33  * Fix address of the FSF.
  34  *
  35  * Revision 1.2  1997/08/04 10:24:20  mdw
  36  * Sources placed under CVS control.
  37  *
  38  * Revision 1.1  1997/07/21  13:47:53  mdw
  39  * Initial revision
  40  *
  41  */
  42
  43 /*----- Header files ------------------------------------------------------*/
  44
  45 /* --- ANSI headers --- */
  46
  47 #include <stdio.h>
  48
  49 /* --- Local headers --- */
  50
  51 #include "config.h"
  52 #include "blowfish.h"
  53 #include "utils.h"
  54
  55 /*----- Define the initial S-box values -----------------------------------*/
  56
  57 #include "blowfish-sbox.h"
  58
  59 /*----- Useful macros -----------------------------------------------------*/
  60
  61 /* --- The Blowfish round function --- *
  62  *
  63  * This is why I like this cipher.  The round function is microscopic.  And
  64  * very fast.
  65  */
  66
  67 #define ROUND(L, R, K)                                                  \
  68   ((L) ^= k->p[K],                                                      \
  69    (R) ^= ((((k->s0[((L) >> 24) & 0xFF]) +                              \
  70               k->s1[((L) >> 16) & 0xFF]) ^                              \
  71               k->s2[((L) >>  8) & 0xFF]) +                              \
  72               k->s3[((L) >>  0) & 0xFF]))
  73
  74 /*----- Main code ---------------------------------------------------------*/
  75
  76 /* --- @blowfish_encrypt@ --- *
  77  *
  78  * Arguments:   @const blowfish_key *k@ = pointer to key block
  79  *              @const void *from@ = block to encrypt from
  80  *              @void *to@ = block to encrypt to
  81  *
  82  * Returns:     ---
  83  *
  84  * Use:         Encrypts a block using the Blowfish algorithm.
  85  */
  86
  87 void blowfish_encrypt(const blowfish_key *k, const void *from, void *to)
  88 {
  89   uint_32 l, r;
  90   const unsigned char *f = from;
  91   unsigned char *t = to;
  92
  93   /* --- Extract left and right block halves --- */
  94
  95   l = load32(f + 0);
  96   r = load32(f + 4);
  97
  98   /* --- Now run the round function on these values --- */
  99
 100   ROUND(l, r,  0);
 101   ROUND(r, l,  1);
 102   ROUND(l, r,  2);
 103   ROUND(r, l,  3);
 104   ROUND(l, r,  4);
 105   ROUND(r, l,  5);
 106   ROUND(l, r,  6);
 107   ROUND(r, l,  7);
 108   ROUND(l, r,  8);
 109   ROUND(r, l,  9);
 110   ROUND(l, r, 10);
 111   ROUND(r, l, 11);
 112   ROUND(l, r, 12);
 113   ROUND(r, l, 13);
 114   ROUND(l, r, 14);
 115   ROUND(r, l, 15);
 116
 117   /* --- Final transformation --- */
 118
 119   l ^= k->p[16];
 120   r ^= k->p[17];
 121
 122   /* --- Store the encrypted value --- */
 123
 124   store32(t + 0, r);
 125   store32(t + 4, l);
 126 }
 127
 128 /* --- @blowfish_decrypt@ --- *
 129  *
 130  * Arguments:   @const blowfish_key *k@ = pointer to key block
 131  *              @const void *from@ = block to decrypt from
 132  *              @void *to@ = block to decrypt to
 133  *
 134  * Returns:     ---
 135  *
 136  * Use:         Decrypts a block using the Blowfish algorithm.
 137  */
 138
 139 void blowfish_decrypt(const blowfish_key *k, const void *from, void *to)
 140 {
 141   uint_32 l, r;
 142   const unsigned char *f = from;
 143   unsigned char *t = to;
 144
 145   /* --- Extract left and right block halves --- */
 146
 147   l = load32(f + 0);
 148   r = load32(f + 4);
 149
 150   /* --- Now run the round function on these values --- */
 151
 152   ROUND(l, r, 17);
 153   ROUND(r, l, 16);
 154   ROUND(l, r, 15);
 155   ROUND(r, l, 14);
 156   ROUND(l, r, 13);
 157   ROUND(r, l, 12);
 158   ROUND(l, r, 11);
 159   ROUND(r, l, 10);
 160   ROUND(l, r,  9);
 161   ROUND(r, l,  8);
 162   ROUND(l, r,  7);
 163   ROUND(r, l,  6);
 164   ROUND(l, r,  5);
 165   ROUND(r, l,  4);
 166   ROUND(l, r,  3);
 167   ROUND(r, l,  2);
 168
 169   /* --- Final transformation --- */
 170
 171   l ^= k->p[1];
 172   r ^= k->p[0];
 173
 174   /* --- Store the decrypted value --- */
 175
 176   store32(t + 0, r);
 177   store32(t + 4, l);
 178 }
 179
 180 /* --- @blowfish__qcrypt@ --- *
 181  *
 182  * Arguments:   @const blowfish_key *k@ = pointer to a key block
 183  *              @uint_32 *p@ = pointer to block to mangle
 184  *
 185  * Returns:     ---
 186  *
 187  * Use:         Mangles a block using the Blowfish algorithm.
 188  */
 189
 190 static void blowfish__qcrypt(blowfish_key *k, uint_32 *p)
 191 {
 192   uint_32 l = p[0], r = p[1];
 193
 194   /* --- Run the round function --- */
 195
 196   ROUND(l, r,  0);
 197   ROUND(r, l,  1);
 198   ROUND(l, r,  2);
 199   ROUND(r, l,  3);
 200   ROUND(l, r,  4);
 201   ROUND(r, l,  5);
 202   ROUND(l, r,  6);
 203   ROUND(r, l,  7);
 204   ROUND(l, r,  8);
 205   ROUND(r, l,  9);
 206   ROUND(l, r, 10);
 207   ROUND(r, l, 11);
 208   ROUND(l, r, 12);
 209   ROUND(r, l, 13);
 210   ROUND(l, r, 14);
 211   ROUND(r, l, 15);
 212
 213   /* --- Output transformation --- */
 214
 215   l ^= k->p[16];
 216   r ^= k->p[17];
 217
 218   /* --- Store the new values --- */
 219
 220   p[0] = r;
 221   p[1] = l;
 222 }
 223
 224 /* --- @blowfish__buildKey@ --- *
 225  *
 226  * Arguments:   @blowfish_key *k@ = pointer to a key block to set up
 227  *
 228  * Returns:     ---
 229  *
 230  * Use:         Sets up the P-array and S-boxes once a key has been mixed
 231  *              into the P-array.  Use a local copy of the Blowfish
 232  *              encryption routine, to avoid penalising the main code too
 233  *              much with having to veneer onto a general args-in-words
 234  *              function, and to avoid me messing about with transforming
 235  *              values backwards and forwards between char arrays and
 236  *              integers.
 237  */
 238
 239 static void blowfish__buildKey(blowfish_key *k)
 240 {
 241   uint_32 b[2] = { 0, 0 };
 242   int i;
 243
 244   /* --- First, run through the P-array --- */
 245
 246   for (i = 0; i < 18; i += 2) {
 247     blowfish__qcrypt(k, b);
 248     k->p[i] = b[0];
 249     k->p[i + 1] = b[1];
 250   }
 251
 252   /* --- Now do the S-boxes --- */
 253
 254   for (i = 0; i < 256; i += 2) {
 255     blowfish__qcrypt(k, b);
 256     k->s0[i] = b[0];
 257     k->s0[i + 1] = b[1];
 258   }
 259
 260   for (i = 0; i < 256; i += 2) {
 261     blowfish__qcrypt(k, b);
 262     k->s1[i] = b[0];
 263     k->s1[i + 1] = b[1];
 264   }
 265
 266   for (i = 0; i < 256; i += 2) {
 267     blowfish__qcrypt(k, b);
 268     k->s2[i] = b[0];
 269     k->s2[i + 1] = b[1];
 270   }
 271
 272   for (i = 0; i < 256; i += 2) {
 273     blowfish__qcrypt(k, b);
 274     k->s3[i] = b[0];
 275     k->s3[i + 1] = b[1];
 276   }
 277 }
 278
 279 /* --- @blowfish_setKey@ --- *
 280  *
 281  * Arguments:   @blowfish_key *kb@ = pointer to key block to fill
 282  *              @void *k@ = pointer to key data
 283  *              @size_t sz@ = length of data in bytes
 284  *
 285  * Returns:     ---
 286  *
 287  * Use:         Expands a key which isn't represented as a number of whole
 288  *              words.  This is a nonstandard extension, although it can be
 289  *              used to support 40-bit keys, which some governments might
 290  *              find more palatable than 160-bit (or 448-bit!) keys.
 291  */
 292
 293 void blowfish_setKey(blowfish_key *kb, const void *k, size_t sz)
 294 {
 295   int i, j, l;
 296   const unsigned char *p = k;
 297   uint_32 a;
 298
 299   memcpy(kb, &blowfish__init, sizeof(blowfish__init));
 300
 301   j = 0;
 302   for (i = 0; i < 18; i++) {
 303     a = 0;
 304     for (l = 0; l < 4; l++) {
 305       a = (a << 8) | p[j];
 306       j++;
 307       if (j >= sz)
 308         j = 0;
 309     }
 310     kb->p[i] ^= a;
 311   }
 312
 313   blowfish__buildKey(kb);
 314 }
 315
 316 /*----- Test rig ----------------------------------------------------------*/
 317
 318 #ifdef TEST_RIG
 319
 320 int main(void)
 321 {
 322   /* --- Stage one: ECB tests --- */
 323
 324   {
 325     static struct {
 326       uint_32 k[2];
 327       uint_32 p[2];
 328       uint_32 c[2];
 329     } table[] = {
 330       { { 0x00000000u, 0x00000000u },
 331         { 0x00000000u, 0x00000000u },
 332         { 0x4EF99745u, 0x6198DD78u } },
 333
 334       { { 0xFFFFFFFFu, 0xFFFFFFFFu },
 335         { 0xFFFFFFFFu, 0xFFFFFFFFu },
 336         { 0x51866FD5u, 0xB85ECB8Au } },
 337
 338       { { 0x30000000u, 0x00000000u },
 339         { 0x10000000u, 0x00000001u },
 340         { 0x7D856F9Au, 0x613063F2u } },
 341
 342       { { 0x11111111u, 0x11111111u },
 343         { 0x11111111u, 0x11111111u },
 344         { 0x2466DD87u, 0x8B963C9Du } },
 345
 346       { { 0x01234567u, 0x89ABCDEFu },
 347         { 0x11111111u, 0x11111111u },
 348         { 0x61F9C380u, 0x2281B096u } },
 349
 350       { { 0x11111111u, 0x11111111u },
 351         { 0x01234567u, 0x89ABCDEFu },
 352         { 0x7D0CC630u, 0xAFDA1EC7u } },
 353
 354       { { 0x00000000u, 0x00000000u },
 355         { 0x00000000u, 0x00000000u },
 356         { 0x4EF99745u, 0x6198DD78u } },
 357
 358       { { 0xFEDCBA98u, 0x76543210u },
 359         { 0x01234567u, 0x89ABCDEFu },
 360         { 0x0ACEAB0Fu, 0xC6A0A28Du } },
 361
 362       { { 0x7CA11045u, 0x4A1A6E57u },
 363         { 0x01A1D6D0u, 0x39776742u },
 364         { 0x59C68245u, 0xEB05282Bu } },
 365
 366       { { 0x0131D961u, 0x9DC1376Eu },
 367         { 0x5CD54CA8u, 0x3DEF57DAu },
 368         { 0xB1B8CC0Bu, 0x250F09A0u } },
 369
 370       { { 0x07A1133Eu, 0x4A0B2686u },
 371         { 0x0248D438u, 0x06F67172u },
 372         { 0x1730E577u, 0x8BEA1DA4u } },
 373
 374       { { 0x3849674Cu, 0x2602319Eu },
 375         { 0x51454B58u, 0x2DDF440Au },
 376         { 0xA25E7856u, 0xCF2651EBu } },
 377
 378       { { 0x04B915BAu, 0x43FEB5B6u },
 379         { 0x42FD4430u, 0x59577FA2u },
 380         { 0x353882B1u, 0x09CE8F1Au } },
 381
 382       { { 0x0113B970u, 0xFD34F2CEu },
 383         { 0x059B5E08u, 0x51CF143Au },
 384         { 0x48F4D088u, 0x4C379918u } },
 385
 386       { { 0x0170F175u, 0x468FB5E6u },
 387         { 0x0756D8E0u, 0x774761D2u },
 388         { 0x432193B7u, 0x8951FC98u } },
 389
 390       { { 0x43297FADu, 0x38E373FEu },
 391         { 0x762514B8u, 0x29BF486Au },
 392         { 0x13F04154u, 0xD69D1AE5u } },
 393
 394       { { 0x07A71370u, 0x45DA2A16u },
 395         { 0x3BDD1190u, 0x49372802u },
 396         { 0x2EEDDA93u, 0xFFD39C79u } },
 397
 398       { { 0x04689104u, 0xC2FD3B2Fu },
 399         { 0x26955F68u, 0x35AF609Au },
 400         { 0xD887E039u, 0x3C2DA6E3u } },
 401
 402       { { 0x37D06BB5u, 0x16CB7546u },
 403         { 0x164D5E40u, 0x4F275232u },
 404         { 0x5F99D04Fu, 0x5B163969u } },
 405
 406       { { 0x1F08260Du, 0x1AC2465Eu },
 407         { 0x6B056E18u, 0x759F5CCAu },
 408         { 0x4A057A3Bu, 0x24D3977Bu } },
 409
 410       { { 0x58402364u, 0x1ABA6176u },
 411         { 0x004BD6EFu, 0x09176062u },
 412         { 0x452031C1u, 0xE4FADA8Eu } },
 413
 414       { { 0x02581616u, 0x4629B007u },
 415         { 0x480D3900u, 0x6EE762F2u },
 416         { 0x7555AE39u, 0xF59B87BDu } },
 417
 418       { { 0x49793EBCu, 0x79B3258Fu },
 419         { 0x437540C8u, 0x698F3CFAu },
 420         { 0x53C55F9Cu, 0xB49FC019u } },
 421
 422       { { 0x4FB05E15u, 0x15AB73A7u },
 423         { 0x072D43A0u, 0x77075292u },
 424         { 0x7A8E7BFAu, 0x937E89A3u } },
 425
 426       { { 0x49E95D6Du, 0x4CA229BFu },
 427         { 0x02FE5577u, 0x8117F12Au },
 428         { 0xCF9C5D7Au, 0x4986ADB5u } },
 429
 430       { { 0x018310DCu, 0x409B26D6u },
 431         { 0x1D9D5C50u, 0x18F728C2u },
 432         { 0xD1ABB290u, 0x658BC778u } },
 433
 434       { { 0x1C587F1Cu, 0x13924FEFu },
 435         { 0x30553228u, 0x6D6F295Au },
 436         { 0x55CB3774u, 0xD13EF201u } },
 437
 438       { { 0x01010101u, 0x01010101u },
 439         { 0x01234567u, 0x89ABCDEFu },
 440         { 0xFA34EC48u, 0x47B268B2u } },
 441
 442       { { 0x1F1F1F1Fu, 0x0E0E0E0Eu },
 443         { 0x01234567u, 0x89ABCDEFu },
 444         { 0xA7907951u, 0x08EA3CAEu } },
 445
 446       { { 0xE0FEE0FEu, 0xF1FEF1FEu },
 447         { 0x01234567u, 0x89ABCDEFu },
 448         { 0xC39E072Du, 0x9FAC631Du } },
 449
 450       { { 0x00000000u, 0x00000000u },
 451         { 0xFFFFFFFFu, 0xFFFFFFFFu },
 452         { 0x014933E0u, 0xCDAFF6E4u } },
 453
 454       { { 0xFFFFFFFFu, 0xFFFFFFFFu },
 455         { 0x00000000u, 0x00000000u },
 456         { 0xF21E9A77u, 0xB71C49BCu } },
 457
 458       { { 0x01234567u, 0x89ABCDEFu },
 459         { 0x00000000u, 0x00000000u },
 460         { 0x24594688u, 0x5754369Au } },
 461
 462       { { 0xFEDCBA98u, 0x76543210u },
 463         { 0xFFFFFFFFu, 0xFFFFFFFFu },
 464         { 0x6B5C5A9Cu, 0x5D9E0A5Au } }
 465     };
 466
 467     int f = 1;
 468     int i;
 469
 470     printf("*** stage one: ");
 471     fflush(stdout);
 472
 473     for (i = 0; i < sizeof(table) / sizeof(table[0]); i++) {
 474       char kb[8], p[8], c[8];
 475       blowfish_key k;
 476
 477       store32(kb + 0, table[i].k[0]);
 478       store32(kb + 4, table[i].k[1]);
 479       blowfish_setKey(&k, kb, 8);
 480
 481       store32(p + 0, table[i].p[0]);
 482       store32(p + 4, table[i].p[1]);
 483       blowfish_encrypt(&k, p, c);
 484
 485       if (load32(c + 0) != table[i].c[0] ||
 486           load32(c + 4) != table[i].c[1]) {
 487         printf("\n"
 488                "!!! bad encryption\n"
 489                "                    key = %08lx-%08lx\n"
 490                "              plaintext = %08lx-%08lx\n"
 491                "    expected ciphertext = %08lx-%08lx\n"
 492                "  calculated ciphertext = %08lx-%08lx\n",
 493                (unsigned long)table[i].k[0],
 494                (unsigned long)table[i].k[1],
 495                (unsigned long)table[i].p[0],
 496                (unsigned long)table[i].p[1],
 497                (unsigned long)table[i].c[0],
 498                (unsigned long)table[i].c[1],
 499                (unsigned long)load32(c + 0),
 500                (unsigned long)load32(c + 4));
 501         f = 0;
 502       }
 503
 504       blowfish_decrypt(&k, c, p);
 505       if (load32(p + 0) != table[i].p[0] ||
 506           load32(p + 4) != table[i].p[1]) {
 507         printf("\n"
 508                "!!! bad decryption\n"
 509                "                    key = %08lx-%08lx\n"
 510                "             ciphertext = %08lx-%08lx\n"
 511                "     expected plaintext = %08lx-%08lx\n"
 512                "   calculated plaintext = %08lx-%08lx\n",
 513                (unsigned long)table[i].k[0],
 514                (unsigned long)table[i].k[1],
 515                (unsigned long)table[i].c[0],
 516                (unsigned long)table[i].c[1],
 517                (unsigned long)table[i].p[0],
 518                (unsigned long)table[i].p[1],
 519                (unsigned long)load32(p + 0),
 520                (unsigned long)load32(p + 4));
 521         f = 0;
 522       }
 523
 524       putchar('.');
 525       fflush(stdout);
 526     }
 527     putchar('\n');
 528     if (f)
 529       printf("*** stage one ok\n");
 530   }
 531
 532   /* --- Stage 2: key scheduling --- */
 533
 534   {
 535     static struct {
 536       uint_32 c[2];
 537     } table[] = {
 538       {{ 0xF9AD597Cu, 0x49DB005Eu }},
 539       {{ 0xE91D21C1u, 0xD961A6D6u }},
 540       {{ 0xE9C2B70Au, 0x1BC65CF3u }},
 541       {{ 0xBE1E6394u, 0x08640F05u }},
 542       {{ 0xB39E4448u, 0x1BDB1E6Eu }},
 543       {{ 0x9457AA83u, 0xB1928C0Du }},
 544       {{ 0x8BB77032u, 0xF960629Du }},
 545       {{ 0xE87A244Eu, 0x2CC85E82u }},
 546       {{ 0x15750E7Au, 0x4F4EC577u }},
 547       {{ 0x122BA70Bu, 0x3AB64AE0u }},
 548       {{ 0x3A833C9Au, 0xFFC537F6u }},
 549       {{ 0x9409DA87u, 0xA90F6BF2u }},
 550       {{ 0x884F8062u, 0x5060B8B4u }},
 551       {{ 0x1F85031Cu, 0x19E11968u }},
 552       {{ 0x79D9373Au, 0x714CA34Fu }},
 553       {{ 0x93142887u, 0xEE3BE15Cu }},
 554       {{ 0x03429E83u, 0x8CE2D14Bu }},
 555       {{ 0xA4299E27u, 0x469FF67Bu }},
 556       {{ 0xAFD5AED1u, 0xC1BC96A8u }},
 557       {{ 0x10851C0Eu, 0x3858DA9Fu }},
 558       {{ 0xE6F51ED7u, 0x9B9DB21Fu }},
 559       {{ 0x64A6E14Au, 0xFD36B46Fu }},
 560       {{ 0x80C7D7D4u, 0x5A5479ADu }},
 561       {{ 0x05044B62u, 0xFA52D080u }},
 562     };
 563
 564     unsigned char kk[] = {
 565       0xF0, 0xE1, 0xD2, 0xC3, 0xB4, 0xA5, 0x96, 0x87,
 566       0x78, 0x69, 0x5A, 0x4B, 0x3C, 0x2D, 0x1E, 0x0F,
 567       0x00, 0x11, 0x22, 0x33, 0x44, 0x55, 0x66, 0x77
 568     };
 569
 570     int i;
 571     int f = 1;
 572
 573     printf("*** stage two: ");
 574     fflush(stdout);
 575
 576     for (i = 0; i < sizeof(kk); i++) {
 577       blowfish_key k;
 578       unsigned char p[8] = { 0xFE, 0xDC, 0xBA, 0x98,
 579                              0x76, 0x54, 0x32, 0x10 };
 580
 581       blowfish_setKey(&k, kk, i + 1);
 582       blowfish_encrypt(&k, p, p);
 583
 584       if (load32(p + 0) != table[i].c[0] ||
 585           load32(p + 4) != table[i].c[1]) {
 586         printf("!!! bad encryption\n"
 587                "  key length = %i\n"
 588                "    expected = %08lx-%08lx\n"
 589                "  calculated = %08lx-%08lx\n",
 590                i + 1,
 591                (unsigned long)table[i].c[0],
 592                (unsigned long)table[i].c[1],
 593                (unsigned long)load32(p + 0),
 594                (unsigned long)load32(p + 4));
 595         f = 0;
 596       }
 597
 598       putchar('.');
 599       fflush(stdout);
 600     }
 601
 602     putchar('\n');
 603
 604     if (f)
 605       printf("*** stage two ok\n");
 606   }
 607
 608   return (0);
 609
 610 }
 611
 612 #endif
 613
 614 /*----- That's all, folks -------------------------------------------------*/