New cipher.
[u/mdw/catacomb] / rijndael.c
diff --git a/rijndael.c b/rijndael.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..66797d5
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,265 @@
+/* -*-c-*-
+ *
+ * $Id: rijndael.c,v 1.1 2000/06/17 11:56:07 mdw Exp $
+ *
+ * The Rijndael block cipher
+ *
+ * (c) 2000 Straylight/Edgeware
+ */
+
+/*----- Licensing notice --------------------------------------------------* 
+ *
+ * This file is part of Catacomb.
+ *
+ * Catacomb is free software; you can redistribute it and/or modify
+ * it under the terms of the GNU Library General Public License as
+ * published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
+ * License, or (at your option) any later version.
+ * 
+ * Catacomb is distributed in the hope that it will be useful,
+ * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
+ * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
+ * GNU Library General Public License for more details.
+ * 
+ * You should have received a copy of the GNU Library General Public
+ * License along with Catacomb; if not, write to the Free
+ * Software Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston,
+ * MA 02111-1307, USA.
+ */
+
+/*----- Revision history --------------------------------------------------* 
+ *
+ * $Log: rijndael.c,v $
+ * Revision 1.1  2000/06/17 11:56:07  mdw
+ * New cipher.
+ *
+ */
+
+/*----- Header files ------------------------------------------------------*/
+
+#include <assert.h>
+#include <stdio.h>
+
+#include <mLib/bits.h>
+
+#include "blkc.h"
+#include "gcipher.h"
+#include "rijndael.h"
+#include "rijndael-tab.h"
+
+/*----- Global variables --------------------------------------------------*/
+
+const octet rijndael_keysz[] = { KSZ_RANGE, RIJNDAEL_KEYSZ, 4, 32, 4 };
+
+/*----- Constant tables ---------------------------------------------------*/
+
+static const octet S[256] = RIJNDAEL_S, SI[256] = RIJNDAEL_SI;
+static const uint32 T[4][256] = RIJNDAEL_T, TI[4][256] = RIJNDAEL_TI;
+static const uint32 U[4][256] = RIJNDAEL_U;
+static const octet rcon[] = RIJNDAEL_RCON;
+
+/*----- Main code ---------------------------------------------------------*/
+
+#define BYTESUB(x, s)                                                  \
+  (s[U8((x) >> 24)] << 24 | s[U8((x) >> 16)] << 16 |                   \
+   s[U8((x) >>  8)] <<  8 | s[U8((x) >>  0)] <<  0)
+
+/* --- @rijndael_init@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @rijndael_ctx *k@ = pointer to context to initialize
+ *             @const void *buf@ = pointer to buffer of key material
+ *             @size_t sz@ = size of the key material
+ *
+ * Returns:    ---
+ *
+ * Use:                Initializes a Rijndael context with a particular key.  This
+ *             implementation of Rijndael doesn't impose any particular
+ *             limits on the key size except that it must be multiple of 4
+ *             bytes long.  256 bits seems sensible, though.
+ */
+
+void rijndael_init(rijndael_ctx *k, const void *buf, size_t sz)
+{
+  unsigned nk, nr, nw;
+  unsigned i, j, jj;
+  const octet *p;
+  uint32 ww;
+
+  /* --- Sort out the key size --- */
+
+  KSZ_ASSERT(rijndael, sz);
+  nk = sz / 4;
+
+  /* --- Select the number of rounds --- */
+
+  if (nk < 5)
+    nr = 10;
+  else if (nk > 7)
+    nr = 14;
+  else
+    nr = 12;
+  k->nr = nr;
+
+  /* --- Fetch the first key words out --- */
+
+  p = buf;
+  for (i = 0; i < nk; i++) {
+    k->w[i] = LOAD32_L(p);
+    p += 4;
+  }
+
+  /* --- Expand this material to fill the rest of the table --- */
+
+  nw = (nr + 1) * (RIJNDAEL_BLKSZ / 4);
+  ww = k->w[i - 1];
+  p = rcon;
+  for (; i < nw; i++) {
+    uint32 w = k->w[i - nk];
+    if (i % nk == 0) {
+      ww = ROR32(ww, 8);
+      w ^= BYTESUB(ww, S) ^ *p++;
+    } else if (nk > 6 && i % nk == 4)
+      w ^= BYTESUB(ww, S);
+    else
+      w ^= ww;
+    k->w[i] = ww = w;
+  }
+
+  /* --- Make the decryption keys --- */
+
+  j = nw;
+
+  j -= RIJNDAEL_BLKSZ / 4; jj = 0;
+  for (i = 0; i < RIJNDAEL_BLKSZ / 4; i++)
+    k->wi[i] = k->w[j + jj++];
+
+  for (; i < nw - RIJNDAEL_BLKSZ / 4; i += RIJNDAEL_BLKSZ / 4) {
+    j -= RIJNDAEL_BLKSZ / 4;
+    for (jj = 0; jj < RIJNDAEL_BLKSZ / 4; jj++) {
+      uint32 w = k->w[j + jj];
+      k->wi[i + jj] = (U[0][U8(w >>  0)] ^ U[1][U8(w >>  8)] ^
+                      U[2][U8(w >> 16)] ^ U[3][U8(w >> 24)]);
+    }
+  }
+
+  j -= RIJNDAEL_BLKSZ / 4; jj = 0;
+  for (; i < nw; i++)
+    k->wi[i] = k->w[j + jj++];
+}
+
+/* --- @rijndael_eblk@, @rijndael_dblk@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @const rijndael_ctx *k@ = pointer to Rijndael context
+ *             @const uint32 s[4]@ = pointer to source block
+ *             @uint32 d[4]@ = pointer to destination block
+ *
+ * Returns:    ---
+ *
+ * Use:                Low-level block encryption and decryption.
+ */
+
+#define EROUND(aa, bb, cc, dd, a, b, c, d, w) do {                     \
+  aa = (T[0][U8(a >>  0)] ^ T[1][U8(b >>  8)] ^                                \
+       T[2][U8(c >> 16)] ^ T[3][U8(d >> 24)]) ^ *w++;                  \
+  bb = (T[0][U8(b >>  0)] ^ T[1][U8(c >>  8)] ^                                \
+       T[2][U8(d >> 16)] ^ T[3][U8(a >> 24)]) ^ *w++;                  \
+  cc = (T[0][U8(c >>  0)] ^ T[1][U8(d >>  8)] ^                                \
+       T[2][U8(a >> 16)] ^ T[3][U8(b >> 24)]) ^ *w++;                  \
+  dd = (T[0][U8(d >>  0)] ^ T[1][U8(a >>  8)] ^                                \
+       T[2][U8(b >> 16)] ^ T[3][U8(c >> 24)]) ^ *w++;                  \
+} while (0)
+
+#define DROUND(aa, bb, cc, dd, a, b, c, d, w) do {                     \
+  aa = (TI[0][U8(a >>  0)] ^ TI[1][U8(d >>  8)] ^                      \
+       TI[2][U8(c >> 16)] ^ TI[3][U8(b >> 24)]) ^ *w++;                \
+  bb = (TI[0][U8(b >>  0)] ^ TI[1][U8(a >>  8)] ^                      \
+       TI[2][U8(d >> 16)] ^ TI[3][U8(c >> 24)]) ^ *w++;                \
+  cc = (TI[0][U8(c >>  0)] ^ TI[1][U8(b >>  8)] ^                      \
+       TI[2][U8(a >> 16)] ^ TI[3][U8(d >> 24)]) ^ *w++;                \
+  dd = (TI[0][U8(d >>  0)] ^ TI[1][U8(c >>  8)] ^                      \
+       TI[2][U8(b >> 16)] ^ TI[3][U8(a >> 24)]) ^ *w++;                \
+} while (0)
+
+void rijndael_eblk(const rijndael_ctx *k, const uint32 *s, uint32 *dst)
+{
+  uint32 a = s[0], b = s[1], c = s[2], d = s[3];
+  uint32 aa, bb, cc, dd;
+  uint32 *w = k->w;
+
+  a ^= *w++; b ^= *w++; c ^= *w++; d ^= *w++;
+
+  switch (k->nr) {
+    case 14:
+      EROUND(aa, bb, cc, dd, a, b, c, d, w);
+      EROUND(a, b, c, d, aa, bb, cc, dd, w);
+    case 12:
+      EROUND(aa, bb, cc, dd, a, b, c, d, w);
+      EROUND(a, b, c, d, aa, bb, cc, dd, w);
+    case 10:
+    default:
+      EROUND(aa, bb, cc, dd, a, b, c, d, w);
+      EROUND(a, b, c, d, aa, bb, cc, dd, w);
+      EROUND(aa, bb, cc, dd, a, b, c, d, w);
+      EROUND(a, b, c, d, aa, bb, cc, dd, w);
+      EROUND(aa, bb, cc, dd, a, b, c, d, w);
+      EROUND(a, b, c, d, aa, bb, cc, dd, w);
+      EROUND(aa, bb, cc, dd, a, b, c, d, w);
+      EROUND(a, b, c, d, aa, bb, cc, dd, w);
+      EROUND(aa, bb, cc, dd, a, b, c, d, w);
+  }
+
+  a = ((S[U8(aa >>  0)] <<  0) ^ (S[U8(bb >>  8)] <<  8) ^
+       (S[U8(cc >> 16)] << 16) ^ (S[U8(dd >> 24)] << 24)) ^ *w++;
+  b = ((S[U8(bb >>  0)] <<  0) ^ (S[U8(cc >>  8)] <<  8) ^     
+       (S[U8(dd >> 16)] << 16) ^ (S[U8(aa >> 24)] << 24)) ^ *w++;
+  c = ((S[U8(cc >>  0)] <<  0) ^ (S[U8(dd >>  8)] <<  8) ^
+       (S[U8(aa >> 16)] << 16) ^ (S[U8(bb >> 24)] << 24)) ^ *w++;
+  d = ((S[U8(dd >>  0)] <<  0) ^ (S[U8(aa >>  8)] <<  8) ^
+       (S[U8(bb >> 16)] << 16) ^ (S[U8(cc >> 24)] << 24)) ^ *w++;
+
+  dst[0] = a; dst[1] = b; dst[2] = c; dst[3] = d;
+}
+
+void rijndael_dblk(const rijndael_ctx *k, const uint32 *s, uint32 *dst)
+{
+  uint32 a = s[0], b = s[1], c = s[2], d = s[3];
+  uint32 aa, bb, cc, dd;
+  uint32 *w = k->wi;
+
+  a ^= *w++; b ^= *w++; c ^= *w++; d ^= *w++;
+
+  switch (k->nr) {
+    case 14:
+      DROUND(aa, bb, cc, dd, a, b, c, d, w);
+      DROUND(a, b, c, d, aa, bb, cc, dd, w);
+    case 12:
+      DROUND(aa, bb, cc, dd, a, b, c, d, w);
+      DROUND(a, b, c, d, aa, bb, cc, dd, w);
+    case 10:
+    default:
+      DROUND(aa, bb, cc, dd, a, b, c, d, w);
+      DROUND(a, b, c, d, aa, bb, cc, dd, w);
+      DROUND(aa, bb, cc, dd, a, b, c, d, w);
+      DROUND(a, b, c, d, aa, bb, cc, dd, w);
+      DROUND(aa, bb, cc, dd, a, b, c, d, w);
+      DROUND(a, b, c, d, aa, bb, cc, dd, w);
+      DROUND(aa, bb, cc, dd, a, b, c, d, w);
+      DROUND(a, b, c, d, aa, bb, cc, dd, w);
+      DROUND(aa, bb, cc, dd, a, b, c, d, w);
+  }
+
+  a = ((SI[U8(aa >>  0)] <<  0) ^ (SI[U8(dd >>  8)] <<  8) ^
+       (SI[U8(cc >> 16)] << 16) ^ (SI[U8(bb >> 24)] << 24)) ^ *w++;
+  b = ((SI[U8(bb >>  0)] <<  0) ^ (SI[U8(aa >>  8)] <<  8) ^
+       (SI[U8(dd >> 16)] << 16) ^ (SI[U8(cc >> 24)] << 24)) ^ *w++;
+  c = ((SI[U8(cc >>  0)] <<  0) ^ (SI[U8(bb >>  8)] <<  8) ^
+       (SI[U8(aa >> 16)] << 16) ^ (SI[U8(dd >> 24)] << 24)) ^ *w++;
+  d = ((SI[U8(dd >>  0)] <<  0) ^ (SI[U8(cc >>  8)] <<  8) ^
+       (SI[U8(bb >> 16)] << 16) ^ (SI[U8(aa >> 24)] << 24)) ^ *w++;
+
+  dst[0] = a; dst[1] = b; dst[2] = c; dst[3] = d;
+}
+
+BLKC_TEST(RIJNDAEL, rijndael)
+
+/*----- That's all, folks -------------------------------------------------*/