New cipher.
[u/mdw/catacomb] / serpent.c
diff --git a/serpent.c b/serpent.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..d04d65b
--- /dev/null
+++ b/serpent.c
@@ -0,0 +1,223 @@
+/* -*-c-*-
+ *
+ * $Id: serpent.c,v 1.1 2000/06/17 12:08:43 mdw Exp $
+ *
+ * The Serpent 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: serpent.c,v $
+ * Revision 1.1  2000/06/17 12:08:43  mdw
+ * New cipher.
+ *
+ */
+
+/*----- Header files ------------------------------------------------------*/
+
+#include <assert.h>
+#include <stdio.h>
+
+#include <mLib/bits.h>
+
+#include "blkc.h"
+#include "gcipher.h"
+#include "serpent.h"
+#include "serpent-sbox.h"
+
+/*----- Global variables --------------------------------------------------*/
+
+const octet serpent_keysz[] = { KSZ_RANGE, SERPENT_KEYSZ, 0, 32, 1 };
+
+/*----- Main code ---------------------------------------------------------*/
+
+/* --- @serpent_init@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @serpent_ctx *k@ = pointer to context block to initialize
+ *             @const void *buf@ = pointer to input buffer
+ *             @size_t sz@ = size of input buffer
+ *
+ * Returns:    ---
+ *
+ * Use:                Initializes a Serpent context.  The key may be any length of
+ *             up to 32 bytes (256 bits).
+ */
+
+void serpent_init(serpent_ctx *k, const void *buf, size_t sz)
+{
+  uint32 a;
+  unsigned b;
+  const octet *p, *q;
+  size_t i;
+  uint32 pk[8 + 132];
+
+  KSZ_ASSERT(serpent, sz);
+
+  /* --- Read the key into the buffer --- */
+
+  if (sz > 32)
+    sz = 32;
+  i = 0; p = buf; q = p + sz;
+  a = 0; b = 0;
+  while (p < q) {
+    a |= (uint32)*p++ << b;
+    b += 8;
+    if (b == 32) {
+      pk[i++] = a;
+      a = 0; b = 0;
+    }
+  }
+
+  /* --- Pad short keys --- */
+
+  if (i < 8) {
+    a |= 0x01 << b;
+    b += 8;
+    pk[i++] = a;
+    for (; i < 8; i++)
+      pk[i] = 0;
+  }
+
+  /* --- Expand the prekeys to fill the buffer --- */
+
+  for (i = 8; i < 8 + 132; i++) {
+    uint32 x = (pk[i - 8] ^ pk[i - 5] ^ pk[i - 3] ^ pk[i - 1] ^
+               (i - 8) ^ 0x9e3779b9);
+    k->k[i - 8] = pk[i] = ROL32(x, 11);
+  }
+
+  /* --- Now substitute everything --- */
+
+  i = 0;
+  goto midway;
+  while (i < 132) {
+#define KSUB(r) do {                                                   \
+    uint32 a, b, c, d;                                                 \
+    a = k->k[i]; b = k->k[i + 1]; c = k->k[i + 2]; d = k->k[i + 3];    \
+    S##r(a, b, c, d);                                                  \
+    k->k[i] = a; k->k[i + 1] = b; k->k[i + 2] = c; k->k[i + 3] = d;    \
+    i += 4;                                                            \
+} while (0)
+    KSUB(2); KSUB(1); KSUB(0); KSUB(7);
+    KSUB(6); KSUB(5); KSUB(4);
+  midway:
+    KSUB(3);
+#undef KSUB
+  }
+}
+
+/* --- @serpent_eblk@, @serpent_dblk@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @const serpent_ctx *k@ = pointer to key context
+ *             @const uint32 s[4]@ = pointer to source block
+ *             @uint32 d[4]@ = pointer to destination block
+ *
+ * Returns:    ---
+ *
+ * Use:                Low-level block encryption.
+ */
+
+#define EROUND(a, b, c, d, r, k) do {                                  \
+  a ^= *k++; b ^= *k++; c ^= *k++; d ^= *k++;                          \
+  S##r(a, b, c, d);                                                    \
+  a = ROL32(a, 13); c = ROL32(c,  3); b ^= a ^ c; d ^= c ^ (a << 3);   \
+  b = ROL32(b,  1); d = ROL32(d,  7); a ^= b ^ d; c ^= d ^ (b << 7);   \
+  a = ROL32(a,  5); c = ROL32(c, 22);                                  \
+} while (0)
+
+#define DROUND(a, b, c, d, r, k) do {                                  \
+  IS##r(a, b, c, d);                                                   \
+  d ^= *--k; c ^= *--k; b ^= *--k; a ^= *--k;                          \
+  a = ROR32(a,  5); c = ROR32(c, 22); a ^= b ^ d; c ^= d ^ (b << 7);   \
+  b = ROR32(b,  1); d = ROR32(d,  7); b ^= a ^ c; d ^= c ^ (a << 3);   \
+  a = ROR32(a, 13); c = ROR32(c,  3);                                  \
+} while (0)
+
+void serpent_eblk(const serpent_ctx *k, const uint32 *s, uint32 *d)
+{
+  uint32 aa = s[0], bb = s[1], cc = s[2], dd = s[3];
+  const uint32 *kk = k->k;
+
+  EROUND(aa, bb, cc, dd, 0, kk); EROUND(aa, bb, cc, dd, 1, kk);
+  EROUND(aa, bb, cc, dd, 2, kk); EROUND(aa, bb, cc, dd, 3, kk);
+  EROUND(aa, bb, cc, dd, 4, kk); EROUND(aa, bb, cc, dd, 5, kk);
+  EROUND(aa, bb, cc, dd, 6, kk); EROUND(aa, bb, cc, dd, 7, kk);
+
+  EROUND(aa, bb, cc, dd, 0, kk); EROUND(aa, bb, cc, dd, 1, kk);
+  EROUND(aa, bb, cc, dd, 2, kk); EROUND(aa, bb, cc, dd, 3, kk);
+  EROUND(aa, bb, cc, dd, 4, kk); EROUND(aa, bb, cc, dd, 5, kk);
+  EROUND(aa, bb, cc, dd, 6, kk); EROUND(aa, bb, cc, dd, 7, kk);
+
+  EROUND(aa, bb, cc, dd, 0, kk); EROUND(aa, bb, cc, dd, 1, kk);
+  EROUND(aa, bb, cc, dd, 2, kk); EROUND(aa, bb, cc, dd, 3, kk);
+  EROUND(aa, bb, cc, dd, 4, kk); EROUND(aa, bb, cc, dd, 5, kk);
+  EROUND(aa, bb, cc, dd, 6, kk); EROUND(aa, bb, cc, dd, 7, kk);
+
+  EROUND(aa, bb, cc, dd, 0, kk); EROUND(aa, bb, cc, dd, 1, kk);
+  EROUND(aa, bb, cc, dd, 2, kk); EROUND(aa, bb, cc, dd, 3, kk);
+  EROUND(aa, bb, cc, dd, 4, kk); EROUND(aa, bb, cc, dd, 5, kk);
+  EROUND(aa, bb, cc, dd, 6, kk);
+
+  aa ^= *kk++; bb ^= *kk++; cc ^= *kk++; dd ^= *kk++;
+  S7(aa, bb, cc, dd);
+  aa ^= *kk++; bb ^= *kk++; cc ^= *kk++; dd ^= *kk++;
+  d[0] = aa; d[1] = bb; d[2] = cc; d[3] = dd;
+}
+
+void serpent_dblk(const serpent_ctx *k, const uint32 *s, uint32 *d)
+{
+  uint32 aa = s[0], bb = s[1], cc = s[2], dd = s[3];
+  const uint32 *kk = k->k + 132;
+
+  dd ^= *--kk; cc ^= *--kk; bb ^= *--kk; aa ^= *--kk;
+
+  DROUND(aa, bb, cc, dd, 7, kk); DROUND(aa, bb, cc, dd, 6, kk);
+  DROUND(aa, bb, cc, dd, 5, kk); DROUND(aa, bb, cc, dd, 4, kk);
+  DROUND(aa, bb, cc, dd, 3, kk); DROUND(aa, bb, cc, dd, 2, kk);
+  DROUND(aa, bb, cc, dd, 1, kk); DROUND(aa, bb, cc, dd, 0, kk);
+
+  DROUND(aa, bb, cc, dd, 7, kk); DROUND(aa, bb, cc, dd, 6, kk);
+  DROUND(aa, bb, cc, dd, 5, kk); DROUND(aa, bb, cc, dd, 4, kk);
+  DROUND(aa, bb, cc, dd, 3, kk); DROUND(aa, bb, cc, dd, 2, kk);
+  DROUND(aa, bb, cc, dd, 1, kk); DROUND(aa, bb, cc, dd, 0, kk);
+
+  DROUND(aa, bb, cc, dd, 7, kk); DROUND(aa, bb, cc, dd, 6, kk);
+  DROUND(aa, bb, cc, dd, 5, kk); DROUND(aa, bb, cc, dd, 4, kk);
+  DROUND(aa, bb, cc, dd, 3, kk); DROUND(aa, bb, cc, dd, 2, kk);
+  DROUND(aa, bb, cc, dd, 1, kk); DROUND(aa, bb, cc, dd, 0, kk);
+
+  DROUND(aa, bb, cc, dd, 7, kk); DROUND(aa, bb, cc, dd, 6, kk);
+  DROUND(aa, bb, cc, dd, 5, kk); DROUND(aa, bb, cc, dd, 4, kk);
+  DROUND(aa, bb, cc, dd, 3, kk); DROUND(aa, bb, cc, dd, 2, kk);
+  DROUND(aa, bb, cc, dd, 1, kk);
+
+  IS0(aa, bb, cc, dd);
+  dd ^= *--kk; cc ^= *--kk; bb ^= *--kk; aa ^= *--kk;
+  d[0] = aa; d[1] = bb; d[2] = cc; d[3] = dd;
+}
+
+BLKC_TEST(SERPENT, serpent)
+
+/*----- That's all, folks -------------------------------------------------*/