Rearrange the file tree.
[u/mdw/catacomb] / symm / twofish-mktab.c
diff --git a/symm/twofish-mktab.c b/symm/twofish-mktab.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..4453fbe
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,411 @@
+/* -*-c-*-
+ *
+ * Build constant tables for Twofish
+ *
+ * (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.
+ */
+
+/*----- Header files ------------------------------------------------------*/
+
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+
+#include <mLib/bits.h>
+
+/*----- Data structures ---------------------------------------------------*/
+
+typedef struct { octet t[4][16]; } t_tab;
+typedef struct { octet q[256]; } q_tab;
+
+/*----- Various Twofish tables --------------------------------------------*/
+
+/* --- The t-tables --- */
+
+static const t_tab qt0 = {{
+  { 0x8, 0x1, 0x7, 0xd, 0x6, 0xf, 0x3, 0x2,
+    0x0, 0xb, 0x5, 0x9, 0xe, 0xc, 0xa, 0x4 },
+  { 0xe, 0xc, 0xb, 0x8, 0x1, 0x2, 0x3, 0x5,
+    0xf, 0x4, 0xa, 0x6, 0x7, 0x0, 0x9, 0xd },
+  { 0xb, 0xa, 0x5, 0xe, 0x6, 0xd, 0x9, 0x0,
+    0xc, 0x8, 0xf, 0x3, 0x2, 0x4, 0x7, 0x1 },
+  { 0xd, 0x7, 0xf, 0x4, 0x1, 0x2, 0x6, 0xe,
+    0x9, 0xb, 0x3, 0x0, 0x8, 0x5, 0xc, 0xa }
+}};
+
+static const t_tab qt1 = {{
+  { 0x2, 0x8, 0xb, 0xd, 0xf, 0x7, 0x6, 0xe,
+    0x3, 0x1, 0x9, 0x4, 0x0, 0xa, 0xc, 0x5 },
+  { 0x1, 0xe, 0x2, 0xb, 0x4, 0xc, 0x3, 0x7,
+    0x6, 0xd, 0xa, 0x5, 0xf, 0x9, 0x0, 0x8 },
+  { 0x4, 0xc, 0x7, 0x5, 0x1, 0x6, 0x9, 0xa,
+    0x0, 0xe, 0xd, 0x8, 0x2, 0xb, 0x3, 0xf },
+  { 0xb, 0x9, 0x5, 0x1, 0xc, 0x3, 0xd, 0xe,
+    0x6, 0x4, 0x7, 0xf, 0x2, 0x0, 0x8, 0xa }
+}};
+
+static q_tab q0, q1;
+
+/* --- The MDS and Reed-Solomon matrices --- */
+
+static const octet mds[16] = {
+  0x01, 0xef, 0x5b, 0x5b,
+  0x5b, 0xef, 0xef, 0x01,
+  0xef, 0x5b, 0x01, 0xef,
+  0xef, 0x01, 0xef, 0x5b
+};
+
+static const octet rs[32] = {
+  0x01, 0xa4, 0x55, 0x87, 0x5a, 0x58, 0xdb, 0x9e,
+  0xa4, 0x56, 0x82, 0xf3, 0x1e, 0xc6, 0x68, 0xe5,
+  0x02, 0xa1, 0xfc, 0xc1, 0x47, 0xae, 0x3d, 0x19,
+  0xa4, 0x55, 0x87, 0x5a, 0x58, 0xdb, 0x9e, 0x03
+};
+
+/*----- Magic macros ------------------------------------------------------*/
+
+#define ROR4(x) ((((x) >> 1) | ((x) << 3)) & 15)
+
+/*----- Building and printing @q@ tables ----------------------------------*/
+
+/* --- @mkq@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @q_tab *q@ = pointer to output @q@ table
+ *             @const t_tab *t@ = pointer to input @t@ table
+ *             @const char *name@ = name of @q@ table
+ *
+ * Returns:    ---
+ *
+ * Use:                Constructs a 256-entry @q@-table.
+ */
+
+static void mkq(q_tab *q, const t_tab *t, const char *name)
+{
+  int i;
+  int ok = 1;
+
+  /* --- Ensure the t-table is well-formed --- */
+
+  for (i = 0; i < 4; i++) {
+    octet f[16] = { 0 };
+    int j;
+
+    for (j = 0; j < 16; j++) {
+      if (f[t->t[i][j]]) {
+       fprintf(stderr, "duplicate %i in %s[%i] (col %i and %i)\n",
+               t->t[i][j], name, i, j, f[t->t[i][j]]);
+       ok = 0;
+      }
+      f[t->t[i][j]] = j;
+    }
+  }
+
+  if (!ok)
+    exit(EXIT_FAILURE);
+
+  /* --- Construct the @q@ table --- */
+
+  for (i = 0; i < 256; i++) {
+    int a = i >> 4, b = i & 15;
+    int aa = t->t[0][a ^ b], bb = t->t[1][a ^ ((a << 3) & 15) ^ ROR4(b)];
+    a = t->t[2][aa ^ bb], b = t->t[3][aa ^ ((aa << 3) & 15) ^ ROR4(bb)];
+    q->q[i] = a | (b << 4);
+  }
+
+  /* Consider testing @q@ for linear and differential properties here */
+}
+
+/* --- @printq@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @const q_tab *t@ = pointer to table
+ *             @const char *name@ = pointer to table name
+ *
+ * Returns:    ---
+ *
+ * Use:                Prints a q table.
+ */
+
+static void printq(const q_tab *q, const char *name)
+{
+  int i;
+  int j;
+
+  printf("\
+#define TWOFISH_%s {                                                   \\\n\
+  ", name);
+  j = 0;
+  for (i = 0; i < 256; i++) {
+    printf("0x%02x", q->q[i]);
+    j = (j + 1) & 7;
+    if (i == 255)
+      fputs("                  \\\n}\n\n", stdout);
+    else if (j == 0)
+      fputs(",                 \\\n  ", stdout);
+    else
+      fputs(", ", stdout);
+  }
+}
+
+/*----- %$\gf{2^8}$% arithmetic -------------------------------------------*/
+
+#define MDS_MOD 0x169
+#define RS_MOD 0x14d
+
+/* --- @mul@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @unsigned x, y@ = polynomials over %$\gf{2^8}$%
+ *             @unsigned m@ = modulus
+ *
+ * Returns:    The product of two polynomials.
+ *
+ * Use:                Computes a product of polynomials, quite slowly.
+ */
+
+static unsigned mul(unsigned x, unsigned y, unsigned m)
+{
+  unsigned a = 0;
+  unsigned i;
+
+  for (i = 0; i < 8; i++) {
+    if (y & 1)
+      a ^= x;
+    y >>= 1;
+    x <<= 1;
+    if (x & 0x100)
+      x ^= m;
+  }
+
+  return (a);
+}
+
+/* --- @mmul@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @octet *d@ = destination vector
+ *             @const octet *p@ = matrix of bytes
+ *             @const octet *q@ = vector from somewhere else
+ *             @size_t r@ = size of destination or number of rows in matrix
+ *             @size_t n@ = length of row and vector
+ *             @unsigned m@ = modulus polynomial
+ *
+ * Returns:    ---
+ *
+ * Use:                Computes an inner product of matrices over the finite field
+ *             %$\gf{2^8}[x]/(m(x))$%.  This isn't particularly rapid.
+ */
+
+static void mmul(octet *d, const octet *p, const octet *q,
+                size_t r, size_t n, unsigned m)
+{
+  while (r) {
+    const octet *qq = q;
+    unsigned a = 0;
+    unsigned i;
+
+    for (i = 0; i < n; i++)
+      a ^= mul(*p++, *qq++, m);
+    *d++ = a;
+    r--;
+  }
+}
+
+/* --- @qrds@ --- *
+ *
+ * Arguments:  ---
+ *
+ * Returns:    ---
+ *
+ * Use:                Prints the MDS/q table.
+ */
+
+static void qmds(void)
+{
+  uint32 t[4][256];
+  int i, j;
+  static const q_tab *q[4] = { &q1, &q0, &q1, &q0 };
+
+  for (i = 0; i < 4; i++) {
+    octet in[4] = { 0, 0, 0, 0 };
+    octet out[4];
+
+    for (j = 0; j < 256; j++) {
+      in[i] = q[i]->q[j];
+      mmul(out, mds, in, 4, 4, MDS_MOD);
+      t[i][j] = LOAD32_L(out);
+    }
+  }
+
+  puts("\
+/* --- Expanded MDS tables --- *\n\
+ *\n\
+ * The table contains output vectors for computing the result of pushing\n\
+ * bytes through appropriate @q@ tables and the MDS matrix.\n\
+ */\n\
+\n\
+#define TWOFISH_QMDS {                                                 \\");
+  for (i = 0; i < 4; i++) {
+    fputs("  { ", stdout);
+    for (j = 0; j < 256; j++) {
+      printf("0x%08lx", (unsigned long)t[i][j]);
+      if (j == 255) {
+       if (i == 3)
+         puts(" }                      \\\n}");
+       else
+         puts(" },                     \\\n\
+                                                                       \\");
+      } else if (j % 4 == 3)
+       fputs(",                        \\\n    ", stdout);
+      else
+       fputs(", ", stdout);
+    }
+  }
+
+  putchar('\n');
+}
+
+/* --- @rslog@ --- *
+ *
+ * Arguments:  ---
+ *
+ * Returns:    ---
+ *
+ * Use:                Produces the log and antilog tables for doing the RS
+ *             arithmetic efficiently.
+ */
+
+static void rslog(void)
+{
+  octet rslog[256];
+  octet rsexp[256];
+
+  unsigned x = 1;
+  unsigned i;
+
+  rslog[0] = 0;
+  for (i = 0; i < 255; i++) {
+    rslog[x] = i;
+    rsexp[i] = x;
+    x <<= 1;
+    if (x & 0x100)
+      x ^= RS_MOD;
+  }
+
+  x = 0;
+  for (i = 0; i < 32; i++) {
+    if (rslog[rs[i]] > x)
+      x = rslog[rs[i]];
+  }
+
+  fputs("\
+/* --- Reed-Solomon log tables --- *\n\
+ *\n\
+ * The Reed-Solomon multiplies are accelerated by using log tables.\n\
+ */\n\
+\n\
+#define TWOFISH_RSLOG {                                                        \\\n\
+  ", stdout);
+
+  for (i = 0; i < 256; i++) {
+    printf("0x%02x", rslog[i]);
+    if (i == 255)
+      puts("                   \\\n}\n");
+    else if (i % 8 == 7)
+      fputs(",                 \\\n  ", stdout);
+    else
+      fputs(", ", stdout);
+  }
+
+  fputs("\
+#define TWOFISH_RSEXP {                                                        \\\n\
+  ", stdout);
+
+  for (i = 0; i < 255 + x + 1; i++) {
+    printf("0x%02x", rsexp[i % 255]);
+    if (i == 255 + x)
+      puts("                                           \\\n}\n");
+    else if (i % 8 == 7)
+      fputs(",                 \\\n  ", stdout);
+    else
+      fputs(", ", stdout);
+  }
+
+  fputs("\
+/* --- Reed-Solomon matrix with log entries --- */\n\
+\n\
+#define TWOFISH_RS {                                                   \\\n\
+  ", stdout);
+
+  for (i = 0; i < 32; i++) {
+    printf("0x%02x", rslog[rs[i]]);
+    if (i == 31)
+      puts("                   \\\n}\n");
+    else if (i % 8 == 7)
+      fputs(",                 \\\n  ", stdout);
+    else
+      fputs(", ", stdout);
+  }
+}
+
+/*----- Main program ------------------------------------------------------*/
+
+/* --- @main@ --- */
+
+int main(void)
+{
+  fputs("\
+/* -*-c-*-\n\
+ *\n\
+ * Twofish q tables [generated]\n\
+ */\n\
+\n\
+#ifndef CATACOMB_TWOFISH_TAB_H\n\
+#define CATACOMB_TWOFISH_TAB_H\n\
+\n\
+", stdout);
+
+  /* --- The q tables --- */
+
+  puts("\
+/* --- Precomputed @q@ tables --- */\n\
+");
+  mkq(&q0, &qt0, "qt0");
+  mkq(&q1, &qt1, "qt1");
+  printq(&q0, "Q0");
+  printq(&q1, "Q1");
+
+  /* --- The MDS/q tables --- */
+
+  qmds();
+  rslog();
+
+  /* --- Done --- */
+
+  puts("#endif");
+
+  if (fclose(stdout)) {
+    fprintf(stderr, "error writing data\n");
+    exit(EXIT_FAILURE);
+  }
+
+  return (0);
+}
+
+/*----- That's all, folks -------------------------------------------------*/