Rearrange the file tree.
[u/mdw/catacomb] / symm / mars.c
diff --git a/symm/mars.c b/symm/mars.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..6f73b42
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,264 @@
+/* -*-c-*-
+ *
+ * The MARS block cipher
+ *
+ * (c) 2001 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.
+ */
+
+/*----- Header files ------------------------------------------------------*/
+
+#include <assert.h>
+#include <stdio.h>
+
+#include <mLib/bits.h>
+
+#include "blkc.h"
+#include "gcipher.h"
+#include "mars.h"
+#include "mars-tab.h"
+#include "paranoia.h"
+
+/*----- Global variables --------------------------------------------------*/
+
+const octet mars_keysz[] = { KSZ_RANGE, MARS_KEYSZ, 0, 56, 4 };
+
+/*----- Useful tables -----------------------------------------------------*/
+
+static const uint32 s[512] = MARS_S;
+#define s0 (s +          0)
+#define s1 (s + 256)
+#define bb (s + 265)
+
+/*----- Main code ---------------------------------------------------------*/
+
+/* --- @mars_init@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @mars_ctx *k@ = pointer to key block to fill in
+ *             @const void *buf@ = pointer to buffer of key material
+ *             @size_t sz@ = size of key material
+ *
+ * Returns:    ---
+ *
+ * Use:                Initializes a MARS key buffer.  MARS accepts key sizes
+ *             between 128 and 448 bits which are a multiple of 32 bits.
+ */
+
+void mars_init(mars_ctx *k, const void *buf, size_t sz)
+{
+  uint32 t[15];
+  uint32 *kk = k->k;
+  const octet *p;
+  unsigned i, j, ii;
+
+  KSZ_ASSERT(mars, sz);
+
+  /* --- Copy the key into the temporary buffer --- */
+
+  p = buf;
+  for (i = 0; i < sz/4; i++) {
+    t[i] = LOAD32_L(p);
+    p += 4;
+  }
+  t[i++] = sz/4;
+  for (; i < 15; i++)
+    t[i] = 0;
+
+  /* --- Now spit out the actual key material --- */
+
+  for (j = 0; j < 4; j++) {
+    uint32 x;
+
+    /* --- Do the linear mixing stage --- */
+
+    for (i = 0; i < 15; i++) {
+      x = t[(i + 8)%15] ^ t[(i + 13)%15];
+      t[i] ^= ROL32(x, 3) ^ ((i << 2) | j);
+    }
+
+    /* --- Now do the Feistel stirring stage --- */
+
+    x = t[14];
+    for (ii = 0; ii < 4; ii++) {
+      for (i = 0; i < 15; i++) {
+       x = t[i] + s[x & 511u];
+       t[i] = x = ROL32(x, 9);
+      }
+    }
+
+    /* --- And spit out the key material --- */
+
+    for (i = 0; i < 10; i++)
+      *kk++ = t[(4 * i)%15];
+  }
+
+  /* --- Finally, fix up the multiplicative entries --- */
+
+  for (i = 5; i < 37; i += 2) {
+    uint32 w, m, x;
+    j = k->k[i] & 3u;
+    w = k->k[i] | 3u;
+
+    /* --- Compute the magic mask value --- */
+
+    m = 0;
+    for (ii = 0; ii <= 22; ii++) {
+      x = w >> ii;
+      if ((x & 0x3ff) == 0x3ff || (x & 0x3ff) == 0)
+       m |= 0x3ff << ii;
+    }
+    m &= ~(((w ^ (w << 1)) | (w ^ (w >> 1))) | 0x80000003);
+
+    /* --- Add in the bias entry to fix up the key --- */
+
+    x = ROL32(bb[j], k->k[i - 1]);
+    k->k[i] = w ^ (x & m);
+  }
+}
+
+/* --- @mars_eblk@, @mars_dblk@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @const mars_ctx *k@ = pointer to key block
+ *             @const uint32 s[4]@ = pointer to source block
+ *             @uint32 d[4]@ = pointer to destination block
+ *
+ * Returns:    ---
+ *
+ * Use:                Low-level block encryption and decryption.
+ */
+
+#define KADD(k, a, b, c, d)  a += *k++, b += *k++, c += *k++, d += *k++
+#define KSUB(k, a, b, c, d)  a -= *k++, b -= *k++, c -= *k++, d -= *k++
+#define IKADD(k, a, b, c, d) d += *--k, c += *--k, b += *--k, a += *--k
+#define IKSUB(k, a, b, c, d) d -= *--k, c -= *--k, b -= *--k, a -= *--k
+
+#define MIX(a, b, c, d) do {                                           \
+  b ^= s0[(a >>         0) & 0xff];                                            \
+  b += s1[(a >>         8) & 0xff];                                            \
+  c += s0[(a >> 16) & 0xff];                                           \
+  d ^= s1[(a >> 24) & 0xff];                                           \
+  a = ROL32(a, 8);                                                     \
+} while (0)
+
+#define IMIX(a, b, c, d) do {                                          \
+  a = ROR32(a, 8);                                                     \
+  d ^= s1[(a >> 24) & 0xff];                                           \
+  c -= s0[(a >> 16) & 0xff];                                           \
+  b -= s1[(a >>         8) & 0xff];                                            \
+  b ^= s0[(a >>         0) & 0xff];                                            \
+} while (0)
+
+#define E(x, y, z, k, a) do {                                          \
+  uint32 kx = *k++, ky = *k++;                                         \
+  y = a + kx;                                                          \
+  a = ROL32(a, 13); z = a * ky; z = ROL32(z, 5);                       \
+  x = s[y & 511u] ^ z; y = ROL32(y, z);                                        \
+  z = ROL32(z, 5); x ^= z; x = ROL32(x, z);                            \
+} while (0)
+
+#define IE(x, y, z, k, a) do {                                         \
+  uint32 ky = *--k, kx = *--k;                                         \
+  z = a * ky;                                                          \
+  a = ROR32(a, 13); y = a + kx; z = ROL32(z, 5);                       \
+  x = s[y & 511u] ^ z; y = ROL32(y, z);                                        \
+  z = ROL32(z, 5); x ^= z; x = ROL32(x, z);                            \
+} while (0)
+
+#define ROUND(k, a, b, c, d) do {                                      \
+  uint32 x, y, z;                                                      \
+  E(x, y, z, k, a);                                                    \
+  b += x; c += y; d ^= z;                                              \
+} while (0)
+
+#define IROUND(k, a, b, c, d) do {                                     \
+  uint32 x, y, z;                                                      \
+  IE(x, y, z, k, a);                                                   \
+  b -= x; c -= y; d ^= z;                                              \
+} while (0)
+
+void mars_eblk(const mars_ctx *k, const uint32 *src, uint32 *dst)
+{
+  uint32 a, b, c, d;
+  const uint32 *kk = k->k;
+
+  a = src[0], b = src[1], c = src[2], d = src[3];
+  KADD(kk, a, b, c, d);
+
+  MIX(a, b, c, d); a += d; MIX(b, c, d, a); b += c;
+  MIX(c, d, a, b); MIX(d, a, b, c);
+  MIX(a, b, c, d); a += d; MIX(b, c, d, a); b += c;
+  MIX(c, d, a, b); MIX(d, a, b, c);
+
+  ROUND(kk, a, b, c, d); ROUND(kk, b, c, d, a);
+  ROUND(kk, c, d, a, b); ROUND(kk, d, a, b, c);
+  ROUND(kk, a, b, c, d); ROUND(kk, b, c, d, a);
+  ROUND(kk, c, d, a, b); ROUND(kk, d, a, b, c);
+
+  ROUND(kk, a, d, c, b); ROUND(kk, b, a, d, c);
+  ROUND(kk, c, b, a, d); ROUND(kk, d, c, b, a);
+  ROUND(kk, a, d, c, b); ROUND(kk, b, a, d, c);
+  ROUND(kk, c, b, a, d); ROUND(kk, d, c, b, a);
+
+  IMIX(a, d, c, b); IMIX(b, a, d, c);
+  c -= b; IMIX(c, b, a, d); d -= a; IMIX(d, c, b, a);
+  IMIX(a, d, c, b); IMIX(b, a, d, c);
+  c -= b; IMIX(c, b, a, d); d -= a; IMIX(d, c, b, a);
+
+  KSUB(kk, a, b, c, d);
+  dst[0] = a; dst[1] = b; dst[2] = c; dst[3] = d;
+}
+
+void mars_dblk(const mars_ctx *k, const uint32 *src, uint32 *dst)
+{
+  uint32 a, b, c, d;
+  const uint32 *kk = k->k + 40;
+
+  a = src[0], b = src[1], c = src[2], d = src[3];
+  IKADD(kk, a, b, c, d);
+
+  MIX(d, c, b, a); d += a; MIX(c, b, a, d); c += b;
+  MIX(b, a, d, c); MIX(a, d, c, b);
+  MIX(d, c, b, a); d += a; MIX(c, b, a, d); c += b;
+  MIX(b, a, d, c); MIX(a, d, c, b);
+
+  IROUND(kk, d, c, b, a); IROUND(kk, c, b, a, d);
+  IROUND(kk, b, a, d, c); IROUND(kk, a, d, c, b);
+  IROUND(kk, d, c, b, a); IROUND(kk, c, b, a, d);
+  IROUND(kk, b, a, d, c); IROUND(kk, a, d, c, b);
+
+  IROUND(kk, d, a, b, c); IROUND(kk, c, d, a, b);
+  IROUND(kk, b, c, d, a); IROUND(kk, a, b, c, d);
+  IROUND(kk, d, a, b, c); IROUND(kk, c, d, a, b);
+  IROUND(kk, b, c, d, a); IROUND(kk, a, b, c, d);
+
+  IMIX(d, a, b, c); IMIX(c, d, a, b);
+  b -= c; IMIX(b, c, d, a); a -= d; IMIX(a, b, c, d);
+  IMIX(d, a, b, c); IMIX(c, d, a, b);
+  b -= c; IMIX(b, c, d, a); a -= d; IMIX(a, b, c, d);
+
+  IKSUB(kk, a, b, c, d);
+  dst[0] = a; dst[1] = b; dst[2] = c; dst[3] = d;
+}
+
+BLKC_TEST(MARS, mars)
+
+/*----- That's all, folks -------------------------------------------------*/