chiark - git - mdw - catacomb/blob - rc2.c

   1 /* -*-c-*-
   2  *
   3  * $Id: rc2.c,v 1.1 2000/06/17 11:54:34 mdw Exp $
   4  *
   5  * The RC2 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: rc2.c,v $
  33  * Revision 1.1  2000/06/17 11:54:34  mdw
  34  * New 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 "rc2.h"
  49
  50 /*----- Global variables --------------------------------------------------*/
  51
  52 const octet rc2_keysz[] = { KSZ_RANGE, RC2_KEYSZ, 1, 128, 1 };
  53
  54 /*----- Important tables --------------------------------------------------*/
  55
  56 static const octet pi[] = {
  57   0xd9, 0x78, 0xf9, 0xc4, 0x19, 0xdd, 0xb5, 0xed,
  58   0x28, 0xe9, 0xfd, 0x79, 0x4a, 0xa0, 0xd8, 0x9d,
  59   0xc6, 0x7e, 0x37, 0x83, 0x2b, 0x76, 0x53, 0x8e,
  60   0x62, 0x4c, 0x64, 0x88, 0x44, 0x8b, 0xfb, 0xa2,
  61   0x17, 0x9a, 0x59, 0xf5, 0x87, 0xb3, 0x4f, 0x13,
  62   0x61, 0x45, 0x6d, 0x8d, 0x09, 0x81, 0x7d, 0x32,
  63   0xbd, 0x8f, 0x40, 0xeb, 0x86, 0xb7, 0x7b, 0x0b,
  64   0xf0, 0x95, 0x21, 0x22, 0x5c, 0x6b, 0x4e, 0x82,
  65   0x54, 0xd6, 0x65, 0x93, 0xce, 0x60, 0xb2, 0x1c,
  66   0x73, 0x56, 0xc0, 0x14, 0xa7, 0x8c, 0xf1, 0xdc,
  67   0x12, 0x75, 0xca, 0x1f, 0x3b, 0xbe, 0xe4, 0xd1,
  68   0x42, 0x3d, 0xd4, 0x30, 0xa3, 0x3c, 0xb6, 0x26,
  69   0x6f, 0xbf, 0x0e, 0xda, 0x46, 0x69, 0x07, 0x57,
  70   0x27, 0xf2, 0x1d, 0x9b, 0xbc, 0x94, 0x43, 0x03,
  71   0xf8, 0x11, 0xc7, 0xf6, 0x90, 0xef, 0x3e, 0xe7,
  72   0x06, 0xc3, 0xd5, 0x2f, 0xc8, 0x66, 0x1e, 0xd7,
  73   0x08, 0xe8, 0xea, 0xde, 0x80, 0x52, 0xee, 0xf7,
  74   0x84, 0xaa, 0x72, 0xac, 0x35, 0x4d, 0x6a, 0x2a,
  75   0x96, 0x1a, 0xd2, 0x71, 0x5a, 0x15, 0x49, 0x74,
  76   0x4b, 0x9f, 0xd0, 0x5e, 0x04, 0x18, 0xa4, 0xec,
  77   0xc2, 0xe0, 0x41, 0x6e, 0x0f, 0x51, 0xcb, 0xcc,
  78   0x24, 0x91, 0xaf, 0x50, 0xa1, 0xf4, 0x70, 0x39,
  79   0x99, 0x7c, 0x3a, 0x85, 0x23, 0xb8, 0xb4, 0x7a,
  80   0xfc, 0x02, 0x36, 0x5b, 0x25, 0x55, 0x97, 0x31,
  81   0x2d, 0x5d, 0xfa, 0x98, 0xe3, 0x8a, 0x92, 0xae,
  82   0x05, 0xdf, 0x29, 0x10, 0x67, 0x6c, 0xba, 0xc9,
  83   0xd3, 0x00, 0xe6, 0xcf, 0xe1, 0x9e, 0xa8, 0x2c,
  84   0x63, 0x16, 0x01, 0x3f, 0x58, 0xe2, 0x89, 0xa9,
  85   0x0d, 0x38, 0x34, 0x1b, 0xab, 0x33, 0xff, 0xb0,
  86   0xbb, 0x48, 0x0c, 0x5f, 0xb9, 0xb1, 0xcd, 0x2e,
  87   0xc5, 0xf3, 0xdb, 0x47, 0xe5, 0xa5, 0x9c, 0x77,
  88   0x0a, 0xa6, 0x20, 0x68, 0xfe, 0x7f, 0xc1, 0xad
  89 };
  90
  91 /*----- Main code ---------------------------------------------------------*/
  92
  93 /* --- @rc2_braindamage@ --- *
  94  *
  95  * Arguments:   @rc2_ctx *k@ = pointer to context to initialize
  96  *              @const void *buf@ = pointer to key material
  97  *              @size_t sz@ = size of key material in bytes
  98  *              @unsigned eb@ = desired effective key size, in bits
  99  *
 100  * Returns:     ---
 101  *
 102  * Use:         Initializes an RC2 expanded key, and braindamages it to the
 103  *              requested effective key size.  This is here for compatibility
 104  *              reasons.  You should be using @rc2_init@ in normal code,
 105  *              which doesn't actually apply braindamage.
 106  */
 107
 108 void rc2_braindamage(rc2_ctx *k, const void *buf, size_t sz, unsigned eb)
 109 {
 110   unsigned t8;
 111   uint16 tm;
 112   unsigned i;
 113   uint16 *kk;
 114   octet l[128];
 115
 116   KSZ_ASSERT(rc2, sz);
 117
 118   /* --- Compute the braindamage parameters --- */
 119
 120   t8 = (eb + 7) / 8;
 121   tm = 0xff & ((1 << (8 + eb - 8 * t8)) - 1);
 122
 123   /* --- Copy and expand the initial key --- */
 124
 125   if (sz > sizeof(l))
 126     sz = sizeof(l);
 127   memcpy(l, buf, sz);
 128
 129   for (i = sz; i < sizeof(l); i++)
 130     l[i] = pi[U8(l[i - 1] + l[i - sz])];
 131
 132   /* --- Braindamage the key --- */
 133
 134   i = sizeof(l) - t8;
 135   l[i] = pi[l[i] & tm];
 136   while (i) {
 137     i--;
 138     l[i] = pi[U8(l[i + 1] ^ l[i + t8])];
 139   }
 140
 141   /* --- Write it to the key block --- */
 142
 143   kk = k->k;
 144   for (i = 0; i < sizeof(l); i += 2)
 145     *kk++ = LOAD16_L(l + i);
 146   BURN(l);
 147 }
 148
 149 /* --- @rc2_init@ --- *
 150  *
 151  * Arguments:   @rc2_ctx *k@ = pointer to context to initialize
 152  *              @const void *buf@ = pointer to key material
 153  *              @size_t sz@ = size of key material in bytes
 154  *
 155  * Returns:     ---
 156  *
 157  * Use:         Initializes an RC2 expanded key.  The effective key size is
 158  *              set to be equal to the real key size, in bits.
 159  */
 160
 161 void rc2_init(rc2_ctx *k, const void *buf, size_t sz)
 162 {
 163   rc2_braindamage(k, buf, sz, sz * 8);
 164 }
 165
 166 /*----- Encryption and decryption -----------------------------------------*/
 167
 168 #define MIX(a, b, c, d, r, kk) do {                                     \
 169   a += *kk++ + (d & c) + (~d & b);                                      \
 170   a = ROL16(a, r);                                                      \
 171 } while (0)
 172
 173 #define MASH(a, d, k) do {                                              \
 174   a += k[d & 63];                                                       \
 175 } while (0)
 176
 177 #define UNMIX(a, b, c, d, r, kk) do {                                   \
 178   a = ROR16(a, r);                                                      \
 179   a -= *--kk + (d & c) + (~d & b);                                      \
 180 } while (0)
 181
 182 #define UNMASH(a, d, k) do {                                            \
 183   a -= k[d & 63];                                                       \
 184 } while (0)
 185
 186 /* --- @rc2_eblk@, @rc2_dblk@ --- *
 187  *
 188  * Arguments:   @const rc2_ctx *k@ = pointer to RC2 context
 189  *              @const uint32 s[2]@ = pointer to source block
 190  *              @const uint32 d[2]@ = pointer to destination block
 191  *
 192  * Returns:     ---
 193  *
 194  * Use:         Low-level block encryption and decryption.
 195  */
 196
 197 void rc2_eblk(const rc2_ctx *k, const uint32 *s, uint32 *dst)
 198 {
 199   uint16 a = U16(s[0] >>  0), b = U16(s[0] >> 16);
 200   uint16 c = U16(s[1] >>  0), d = U16(s[1] >> 16);
 201   const uint16 *kk = k->k;
 202
 203   MIX(a, b, c, d, 1, kk); MIX(b, c, d, a, 2, kk);
 204   MIX(c, d, a, b, 3, kk); MIX(d, a, b, c, 5, kk);
 205   MIX(a, b, c, d, 1, kk); MIX(b, c, d, a, 2, kk);
 206   MIX(c, d, a, b, 3, kk); MIX(d, a, b, c, 5, kk);
 207   MIX(a, b, c, d, 1, kk); MIX(b, c, d, a, 2, kk);
 208   MIX(c, d, a, b, 3, kk); MIX(d, a, b, c, 5, kk);
 209   MIX(a, b, c, d, 1, kk); MIX(b, c, d, a, 2, kk);
 210   MIX(c, d, a, b, 3, kk); MIX(d, a, b, c, 5, kk);
 211   MIX(a, b, c, d, 1, kk); MIX(b, c, d, a, 2, kk);
 212   MIX(c, d, a, b, 3, kk); MIX(d, a, b, c, 5, kk);
 213   MASH(a, d, k->k); MASH(b, a, k->k);
 214   MASH(c, b, k->k); MASH(d, c, k->k);
 215   MIX(a, b, c, d, 1, kk); MIX(b, c, d, a, 2, kk);
 216   MIX(c, d, a, b, 3, kk); MIX(d, a, b, c, 5, kk);
 217   MIX(a, b, c, d, 1, kk); MIX(b, c, d, a, 2, kk);
 218   MIX(c, d, a, b, 3, kk); MIX(d, a, b, c, 5, kk);
 219   MIX(a, b, c, d, 1, kk); MIX(b, c, d, a, 2, kk);
 220   MIX(c, d, a, b, 3, kk); MIX(d, a, b, c, 5, kk);
 221   MIX(a, b, c, d, 1, kk); MIX(b, c, d, a, 2, kk);
 222   MIX(c, d, a, b, 3, kk); MIX(d, a, b, c, 5, kk);
 223   MIX(a, b, c, d, 1, kk); MIX(b, c, d, a, 2, kk);
 224   MIX(c, d, a, b, 3, kk); MIX(d, a, b, c, 5, kk);
 225   MIX(a, b, c, d, 1, kk); MIX(b, c, d, a, 2, kk);
 226   MIX(c, d, a, b, 3, kk); MIX(d, a, b, c, 5, kk);
 227   MASH(a, d, k->k); MASH(b, a, k->k);
 228   MASH(c, b, k->k); MASH(d, c, k->k);
 229   MIX(a, b, c, d, 1, kk); MIX(b, c, d, a, 2, kk);
 230   MIX(c, d, a, b, 3, kk); MIX(d, a, b, c, 5, kk);
 231   MIX(a, b, c, d, 1, kk); MIX(b, c, d, a, 2, kk);
 232   MIX(c, d, a, b, 3, kk); MIX(d, a, b, c, 5, kk);
 233   MIX(a, b, c, d, 1, kk); MIX(b, c, d, a, 2, kk);
 234   MIX(c, d, a, b, 3, kk); MIX(d, a, b, c, 5, kk);
 235   MIX(a, b, c, d, 1, kk); MIX(b, c, d, a, 2, kk);
 236   MIX(c, d, a, b, 3, kk); MIX(d, a, b, c, 5, kk);
 237   MIX(a, b, c, d, 1, kk); MIX(b, c, d, a, 2, kk);
 238   MIX(c, d, a, b, 3, kk); MIX(d, a, b, c, 5, kk);
 239
 240   dst[0] = a | (b << 16); dst[1] = c | (d << 16);
 241 }
 242
 243 void rc2_dblk(const rc2_ctx *k, const uint32 *s, uint32 *dst)
 244 {
 245   uint16 a = U16(s[0] >>  0), b = U16(s[0] >> 16);
 246   uint16 c = U16(s[1] >>  0), d = U16(s[1] >> 16);
 247   const uint16 *kk = k->k + 64;
 248
 249   UNMIX(d, a, b, c, 5, kk); UNMIX(c, d, a, b, 3, kk);
 250   UNMIX(b, c, d, a, 2, kk); UNMIX(a, b, c, d, 1, kk);
 251   UNMIX(d, a, b, c, 5, kk); UNMIX(c, d, a, b, 3, kk);
 252   UNMIX(b, c, d, a, 2, kk); UNMIX(a, b, c, d, 1, kk);
 253   UNMIX(d, a, b, c, 5, kk); UNMIX(c, d, a, b, 3, kk);
 254   UNMIX(b, c, d, a, 2, kk); UNMIX(a, b, c, d, 1, kk);
 255   UNMIX(d, a, b, c, 5, kk); UNMIX(c, d, a, b, 3, kk);
 256   UNMIX(b, c, d, a, 2, kk); UNMIX(a, b, c, d, 1, kk);
 257   UNMIX(d, a, b, c, 5, kk); UNMIX(c, d, a, b, 3, kk);
 258   UNMIX(b, c, d, a, 2, kk); UNMIX(a, b, c, d, 1, kk);
 259   UNMASH(d, c, k->k); UNMASH(c, b, k->k);
 260   UNMASH(b, a, k->k); UNMASH(a, d, k->k);
 261   UNMIX(d, a, b, c, 5, kk); UNMIX(c, d, a, b, 3, kk);
 262   UNMIX(b, c, d, a, 2, kk); UNMIX(a, b, c, d, 1, kk);
 263   UNMIX(d, a, b, c, 5, kk); UNMIX(c, d, a, b, 3, kk);
 264   UNMIX(b, c, d, a, 2, kk); UNMIX(a, b, c, d, 1, kk);
 265   UNMIX(d, a, b, c, 5, kk); UNMIX(c, d, a, b, 3, kk);
 266   UNMIX(b, c, d, a, 2, kk); UNMIX(a, b, c, d, 1, kk);
 267   UNMIX(d, a, b, c, 5, kk); UNMIX(c, d, a, b, 3, kk);
 268   UNMIX(b, c, d, a, 2, kk); UNMIX(a, b, c, d, 1, kk);
 269   UNMIX(d, a, b, c, 5, kk); UNMIX(c, d, a, b, 3, kk);
 270   UNMIX(b, c, d, a, 2, kk); UNMIX(a, b, c, d, 1, kk);
 271   UNMIX(d, a, b, c, 5, kk); UNMIX(c, d, a, b, 3, kk);
 272   UNMIX(b, c, d, a, 2, kk); UNMIX(a, b, c, d, 1, kk);
 273   UNMASH(d, c, k->k); UNMASH(c, b, k->k);
 274   UNMASH(b, a, k->k); UNMASH(a, d, k->k);
 275   UNMIX(d, a, b, c, 5, kk); UNMIX(c, d, a, b, 3, kk);
 276   UNMIX(b, c, d, a, 2, kk); UNMIX(a, b, c, d, 1, kk);
 277   UNMIX(d, a, b, c, 5, kk); UNMIX(c, d, a, b, 3, kk);
 278   UNMIX(b, c, d, a, 2, kk); UNMIX(a, b, c, d, 1, kk);
 279   UNMIX(d, a, b, c, 5, kk); UNMIX(c, d, a, b, 3, kk);
 280   UNMIX(b, c, d, a, 2, kk); UNMIX(a, b, c, d, 1, kk);
 281   UNMIX(d, a, b, c, 5, kk); UNMIX(c, d, a, b, 3, kk);
 282   UNMIX(b, c, d, a, 2, kk); UNMIX(a, b, c, d, 1, kk);
 283   UNMIX(d, a, b, c, 5, kk); UNMIX(c, d, a, b, 3, kk);
 284   UNMIX(b, c, d, a, 2, kk); UNMIX(a, b, c, d, 1, kk);
 285
 286   dst[0] = a | (b << 16); dst[1] = c | (d << 16);
 287 }
 288
 289 /*----- Custom test rig ---------------------------------------------------*
 290  *
 291  * I need to test the braindamage feature.
 292  */
 293
 294 #ifdef TEST_RIG
 295
 296 #include <mLib/quis.h>
 297 #include <mLib/testrig.h>
 298
 299 static int verify(dstr *v)
 300 {
 301   rc2_ctx k;
 302   uint32 p[RC2_BLKSZ / 4];
 303   uint32 c[RC2_BLKSZ / 4];
 304   uint32 d[RC2_BLKSZ / 4];
 305   dstr b = DSTR_INIT;
 306   unsigned bd = *(unsigned *)v[1].buf;
 307   int ok = 1;
 308
 309   /* --- Initialize the key buffer --- */
 310
 311   dstr_ensure(&b, RC2_BLKSZ);
 312   b.len = RC2_BLKSZ;
 313   rc2_braindamage(&k, v[0].buf, v[0].len, bd);
 314   BLKC_LOAD(RC2, p, v[2].buf);
 315   BLKC_LOAD(RC2, c, v[3].buf);
 316
 317   /* --- Test encryption --- */
 318
 319   BLKC_MOVE(RC2, d, p);
 320   rc2_eblk(&k, d, d);
 321   BLKC_STORE(RC2, b.buf, d);
 322   if (memcmp(b.buf, v[3].buf, RC2_BLKSZ)) {
 323     ok = 0;
 324     printf("\nfail encryption:"
 325            "\n\tkey        = ");
 326     type_hex.dump(&v[0], stdout);
 327     printf("\n\tbraindamage= %u", bd);
 328     printf("\n\tplaintext  = "); type_hex.dump(&v[2], stdout);
 329     printf("\n\texpected   = "); type_hex.dump(&v[3], stdout);
 330     printf("\n\tcalculated = "); type_hex.dump(&b, stdout);
 331     putchar('\n');
 332   }
 333
 334   /* --- Test decryption --- */
 335
 336   BLKC_MOVE(RC2, d, c);
 337   rc2_dblk(&k, d, d);
 338   BLKC_STORE(RC2, b.buf, d);
 339   if (memcmp(b.buf, v[2].buf, RC2_BLKSZ)) {
 340     ok = 0;
 341     printf("\nfail decryption:"
 342            "\n\tkey        = ");
 343     type_hex.dump(&v[0], stdout);
 344     printf("\n\tbraindamage= %u", bd);
 345     printf("\n\tciphertext = "); type_hex.dump(&v[3], stdout);
 346     printf("\n\texpected   = "); type_hex.dump(&v[2], stdout);
 347     printf("\n\tcalculated = "); type_hex.dump(&b, stdout);
 348     putchar('\n');
 349   }
 350
 351   /* --- Return --- */
 352
 353   return (ok);
 354 }
 355
 356 static test_chunk defs[] = {
 357   { "rc2", verify, { &type_hex, &type_int, &type_hex, &type_hex, 0 } },
 358   { 0, 0, { 0 } }
 359 };
 360
 361 int main(int argc, char *argv[])
 362 {
 363   test_run(argc, argv, defs, SRCDIR"/tests/rc2");
 364   return (0);
 365 }
 366
 367 #endif
 368
 369 /*----- That's all, folks -------------------------------------------------*/