chiark - git - mdw - catacomb/blob - square.c

   1 /* -*-c-*-
   2  *
   3  * $Id: square.c,v 1.1 2000/07/15 20:51:58 mdw Exp $
   4  *
   5  * The Square block cipher
   6  *
   7  * (c) 2000 Straylight/Edgeware
   8  */
   9
  10 /*----- Licensing notice --------------------------------------------------*
  11  *
  12  * This file is part of Catacomb.
  13  *
  14  * Catacomb is free software; you can redistribute it and/or modify
  15  * it under the terms of the GNU Library General Public License as
  16  * published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
  17  * License, or (at your option) any later version.
  18  *
  19  * Catacomb 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 Library General Public License for more details.
  23  *
  24  * You should have received a copy of the GNU Library General Public
  25  * License along with Catacomb; if not, write to the Free
  26  * Software Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston,
  27  * MA 02111-1307, USA.
  28  */
  29
  30 /*----- Revision history --------------------------------------------------*
  31  *
  32  * $Log: square.c,v $
  33  * Revision 1.1  2000/07/15 20:51:58  mdw
  34  * New block cipher.
  35  *
  36  */
  37
  38 /*----- Header files ------------------------------------------------------*/
  39
  40 #include <assert.h>
  41 #include <stdio.h>
  42
  43 #include <mLib/bits.h>
  44
  45 #include "blkc.h"
  46 #include "gcipher.h"
  47 #include "paranoia.h"
  48 #include "square.h"
  49 #include "square-tab.h"
  50
  51 /*----- Global variables --------------------------------------------------*/
  52
  53 const octet square_keysz[] = { KSZ_RANGE, SQUARE_KEYSZ, 4, 16, 4 };
  54
  55 /*----- Constant tables ---------------------------------------------------*/
  56
  57 static const octet S[256] = SQUARE_S, SI[256] = SQUARE_SI;
  58 static const uint32 T[4][256] = SQUARE_T, TI[4][256] = SQUARE_TI;
  59 static const uint32 U[4][256] = SQUARE_U;
  60 static const octet rcon[] = SQUARE_RCON;
  61
  62 /*----- Main code ---------------------------------------------------------*/
  63
  64 #define BYTESUB(x, s)                                                   \
  65   (s[U8((x) >> 24)] << 24 | s[U8((x) >> 16)] << 16 |                    \
  66    s[U8((x) >>  8)] <<  8 | s[U8((x) >>  0)] <<  0)
  67
  68 /* --- @square_init@ --- *
  69  *
  70  * Arguments:   @square_ctx *k@ = pointer to context to initialize
  71  *              @const void *buf@ = pointer to buffer of key material
  72  *              @size_t sz@ = size of the key material
  73  *
  74  * Returns:     ---
  75  *
  76  * Use:         Initializes a Square context with a particular key.  Square
  77  *              keys must be a multiple of 32 bits long, and may be at most
  78  *              128 bits.
  79  */
  80
  81 void square_init(square_ctx *k, const void *buf, size_t sz)
  82 {
  83   unsigned nk, nr, nw;
  84   unsigned i, j, jj;
  85   const octet *p;
  86   uint32 ww;
  87   uint32 kk[SQUARE_KWORDS];
  88
  89   /* --- Sort out the key size --- */
  90
  91   KSZ_ASSERT(square, sz);
  92   nk = sz / 4;
  93
  94   /* --- Fetch the first key words out --- */
  95
  96   p = buf;
  97   for (i = 0; i < nk; i++) {
  98     kk[i] = LOAD32_L(p);
  99     p += 4;
 100   }
 101   nr = 8;
 102
 103   /* --- Expand this material to fill the rest of the table --- */
 104
 105   nw = (nr + 1) * 4;
 106   ww = kk[i - 1];
 107   p = rcon;
 108   for (; i < nw; i++) {
 109     uint32 w = kk[i - nk];
 110     if (i % nk == 0) {
 111       ww = ROR32(ww, 8);
 112       w ^= ww ^ *p++;
 113     } else
 114       w ^= ww;
 115     kk[i] = ww = w;
 116   }
 117
 118   /* --- Make the encryption and decryption keys --- */
 119
 120   for (i = 0; i < nr * 4; i++) {
 121     uint32 w = kk[i];
 122     k->w[i] = (U[0][U8(w >>  0)] ^ U[1][U8(w >>  8)] ^
 123                U[2][U8(w >> 16)] ^ U[3][U8(w >> 24)]);
 124   }
 125   for (; i < nw; i++)
 126     k->w[i] = kk[i];
 127
 128   jj = nw;
 129   for (i = 0; i < nr * 4; i += 4) {
 130     jj -= 4;
 131     for (j = 0; j < 4; j++)
 132       k->wi[i + j] = kk[jj + j];
 133   }
 134   for (j = 0; j < 4; j++)
 135     k->wi[i + j] = k->w[j];
 136
 137   BURN(kk);
 138 }
 139
 140 /* --- @square_eblk@, @square_dblk@ --- *
 141  *
 142  * Arguments:   @const square_ctx *k@ = pointer to Square context
 143  *              @const uint32 s[4]@ = pointer to source block
 144  *              @uint32 d[4]@ = pointer to destination block
 145  *
 146  * Returns:     ---
 147  *
 148  * Use:         Low-level block encryption and decryption.
 149  */
 150
 151 #define EROUND(aa, bb, cc, dd, a, b, c, d, w) do {                      \
 152   aa = (T[0][U8(a >>  0)] ^ T[1][U8(b >>  0)] ^                         \
 153         T[2][U8(c >>  0)] ^ T[3][U8(d >>  0)]) ^ *w++;                  \
 154   bb = (T[0][U8(a >>  8)] ^ T[1][U8(b >>  8)] ^                         \
 155         T[2][U8(c >>  8)] ^ T[3][U8(d >>  8)]) ^ *w++;                  \
 156   cc = (T[0][U8(a >> 16)] ^ T[1][U8(b >> 16)] ^                         \
 157         T[2][U8(c >> 16)] ^ T[3][U8(d >> 16)]) ^ *w++;                  \
 158   dd = (T[0][U8(a >> 24)] ^ T[1][U8(b >> 24)] ^                         \
 159         T[2][U8(c >> 24)] ^ T[3][U8(d >> 24)]) ^ *w++;                  \
 160 } while (0)
 161
 162 #define DROUND(aa, bb, cc, dd, a, b, c, d, w) do {                      \
 163   aa = (TI[0][U8(a >>  0)] ^ TI[1][U8(b >>  0)] ^                       \
 164         TI[2][U8(c >>  0)] ^ TI[3][U8(d >>  0)]) ^ *w++;                \
 165   bb = (TI[0][U8(a >>  8)] ^ TI[1][U8(b >>  8)] ^                       \
 166         TI[2][U8(c >>  8)] ^ TI[3][U8(d >>  8)]) ^ *w++;                \
 167   cc = (TI[0][U8(a >> 16)] ^ TI[1][U8(b >> 16)] ^                       \
 168         TI[2][U8(c >> 16)] ^ TI[3][U8(d >> 16)]) ^ *w++;                \
 169   dd = (TI[0][U8(a >> 24)] ^ TI[1][U8(b >> 24)] ^                       \
 170         TI[2][U8(c >> 24)] ^ TI[3][U8(d >> 24)]) ^ *w++;                \
 171 } while (0)
 172
 173 void square_eblk(const square_ctx *k, const uint32 *s, uint32 *dst)
 174 {
 175   uint32 a = s[0], b = s[1], c = s[2], d = s[3];
 176   uint32 aa, bb, cc, dd;
 177   uint32 *w = k->w;
 178
 179   a ^= *w++; b ^= *w++; c ^= *w++; d ^= *w++;
 180
 181   EROUND(aa, bb, cc, dd, a, b, c, d, w);
 182   EROUND(a, b, c, d, aa, bb, cc, dd, w);
 183   EROUND(aa, bb, cc, dd, a, b, c, d, w);
 184   EROUND(a, b, c, d, aa, bb, cc, dd, w);
 185   EROUND(aa, bb, cc, dd, a, b, c, d, w);
 186   EROUND(a, b, c, d, aa, bb, cc, dd, w);
 187   EROUND(aa, bb, cc, dd, a, b, c, d, w);
 188
 189   a = ((S[U8(aa >>  0)] <<  0) ^ (S[U8(bb >>  0)] <<  8) ^
 190        (S[U8(cc >>  0)] << 16) ^ (S[U8(dd >>  0)] << 24)) ^ *w++;
 191   b = ((S[U8(aa >>  8)] <<  0) ^ (S[U8(bb >>  8)] <<  8) ^
 192        (S[U8(cc >>  8)] << 16) ^ (S[U8(dd >>  8)] << 24)) ^ *w++;
 193   c = ((S[U8(aa >> 16)] <<  0) ^ (S[U8(bb >> 16)] <<  8) ^
 194        (S[U8(cc >> 16)] << 16) ^ (S[U8(dd >> 16)] << 24)) ^ *w++;
 195   d = ((S[U8(aa >> 24)] <<  0) ^ (S[U8(bb >> 24)] <<  8) ^
 196        (S[U8(cc >> 24)] << 16) ^ (S[U8(dd >> 24)] << 24)) ^ *w++;
 197
 198   dst[0] = a; dst[1] = b; dst[2] = c; dst[3] = d;
 199 }
 200
 201 void square_dblk(const square_ctx *k, const uint32 *s, uint32 *dst)
 202 {
 203   uint32 a = s[0], b = s[1], c = s[2], d = s[3];
 204   uint32 aa, bb, cc, dd;
 205   uint32 *w = k->wi;
 206
 207   a ^= *w++; b ^= *w++; c ^= *w++; d ^= *w++;
 208
 209   DROUND(aa, bb, cc, dd, a, b, c, d, w);
 210   DROUND(a, b, c, d, aa, bb, cc, dd, w);
 211   DROUND(aa, bb, cc, dd, a, b, c, d, w);
 212   DROUND(a, b, c, d, aa, bb, cc, dd, w);
 213   DROUND(aa, bb, cc, dd, a, b, c, d, w);
 214   DROUND(a, b, c, d, aa, bb, cc, dd, w);
 215   DROUND(aa, bb, cc, dd, a, b, c, d, w);
 216
 217   a = ((SI[U8(aa >>  0)] <<  0) ^ (SI[U8(bb >>  0)] <<  8) ^
 218        (SI[U8(cc >>  0)] << 16) ^ (SI[U8(dd >>  0)] << 24)) ^ *w++;
 219   b = ((SI[U8(aa >>  8)] <<  0) ^ (SI[U8(bb >>  8)] <<  8) ^
 220        (SI[U8(cc >>  8)] << 16) ^ (SI[U8(dd >>  8)] << 24)) ^ *w++;
 221   c = ((SI[U8(aa >> 16)] <<  0) ^ (SI[U8(bb >> 16)] <<  8) ^
 222        (SI[U8(cc >> 16)] << 16) ^ (SI[U8(dd >> 16)] << 24)) ^ *w++;
 223   d = ((SI[U8(aa >> 24)] <<  0) ^ (SI[U8(bb >> 24)] <<  8) ^
 224        (SI[U8(cc >> 24)] << 16) ^ (SI[U8(dd >> 24)] << 24)) ^ *w++;
 225
 226   dst[0] = a; dst[1] = b; dst[2] = c; dst[3] = d;
 227 }
 228
 229 BLKC_TEST(SQUARE, square)
 230
 231 /*----- That's all, folks -------------------------------------------------*/