Build precomuted tables for Square.
authormdw <mdw>
Thu, 27 Jul 2000 18:10:27 +0000 (18:10 +0000)
committermdw <mdw>
Thu, 27 Jul 2000 18:10:27 +0000 (18:10 +0000)
square-mktab.c [new file with mode: 0644]

diff --git a/square-mktab.c b/square-mktab.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..5c2610e
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,376 @@
+/* -*-c-*-
+ *
+ * $Id: square-mktab.c,v 1.1 2000/07/27 18:10:27 mdw Exp $
+ *
+ * Build precomputed tables for the Square 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: square-mktab.c,v $
+ * Revision 1.1  2000/07/27 18:10:27  mdw
+ * Build precomuted tables for Square.
+ *
+ */
+
+/*----- Header files ------------------------------------------------------*/
+
+#include <assert.h>
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+
+#include <mLib/bits.h>
+
+/*----- Magic variables ---------------------------------------------------*/
+
+static octet s[256], si[256];
+static uint32 t[4][256], ti[4][256];
+static uint32 u[4][256];
+static octet rc[32];
+
+/*----- Main code ---------------------------------------------------------*/
+
+/* --- @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);
+}
+
+/* --- @sbox@ --- *
+ *
+ * Build the S-box.
+ *
+ * This is built from inversion in the multiplicative group of
+ * %$\gf{2^8}[x]/(p(x))$%, where %$p(x) = x^8 + x^4 + x^3 + x + 1$%, followed
+ * by an affine transformation treating inputs as vectors over %$\gf{2}$%.
+ * The result is a horrible function.
+ *
+ * The inversion is done slightly sneakily, by building log and antilog
+ * tables.  Let %$a$% be an element of the finite field.  If the inverse of
+ * %$a$% is %$a^{-1}$%, then %$\log a a^{-1} = 0$%.  Hence
+ * %$\log a = -\log a^{-1}$%.  This saves fiddling about with Euclidean
+ * algorithm. 
+ */
+
+#define S_MOD 0x1f5
+
+static void sbox(void)
+{
+  octet log[256], alog[256];
+  unsigned x;
+  unsigned i;
+  unsigned g;
+
+  /* --- Find a suitable generator, and build log tables --- */
+
+  log[0] = 0;
+  for (g = 2; g < 256; g++) {
+    x = 1;
+    for (i = 0; i < 256; i++) {
+      log[x] = i;
+      alog[i] = x;
+      x = mul(x, g, S_MOD);
+      if (x == 1 && i != 254)
+       goto again;
+    }
+    goto done;
+  again:;
+  }
+  fprintf(stderr, "couldn't find generator\n");
+  exit(EXIT_FAILURE);
+done:;
+
+  /* --- Now grind through and do the affine transform --- *
+   *
+   * The matrix multiply is an AND and a parity op.  The add is an XOR.
+   */
+
+  for (i = 0; i < 256; i++) {
+    unsigned j;
+    octet m[] = { 0xd6, 0x7b, 0x3d, 0x1f, 0x0f, 0x05, 0x03, 0x01 };
+    unsigned v = i ? alog[255 - log[i]] : 0;
+
+    assert(i == 0 || mul(i, v, S_MOD) == 1);
+
+    x = 0;
+    for (j = 0; j < 8; j++) {
+      unsigned r;
+      r = v & m[j];
+      r = (r >> 4) ^ r;
+      r = (r >> 2) ^ r;
+      r = (r >> 1) ^ r;
+      x = (x << 1) | (r & 1);
+    }
+    x ^= 0xb1;
+    s[i] = x;
+    si[x] = i;
+  }
+}
+
+/* --- @tbox@ --- *
+ *
+ * Construct the t tables for doing the round function efficiently.
+ */
+
+static void tbox(void)
+{
+  unsigned i;
+
+  for (i = 0; i < 256; i++) {
+    uint32 a, b, c, d;
+    uint32 w;
+
+    /* --- Build a forwards t-box entry --- */
+
+    a = s[i];
+    b = a << 1; if (b & 0x100) b ^= S_MOD;
+    c = a ^ b;
+    w = (b << 0) | (a << 8) | (a << 16) | (c << 24);
+    t[0][i] = w;
+    t[1][i] = ROL32(w, 8);
+    t[2][i] = ROL32(w, 16);
+    t[3][i] = ROL32(w, 24);
+
+    /* --- Build a backwards t-box entry --- */
+
+    a = mul(si[i], 0x0e, S_MOD);
+    b = mul(si[i], 0x09, S_MOD);
+    c = mul(si[i], 0x0d, S_MOD);
+    d = mul(si[i], 0x0b, S_MOD);
+    w = (a << 0) | (b << 8) | (c << 16) | (d << 24);
+    ti[0][i] = w;
+    ti[1][i] = ROL32(w, 8);
+    ti[2][i] = ROL32(w, 16);
+    ti[3][i] = ROL32(w, 24);
+  }
+}
+
+/* --- @ubox@ --- *
+ *
+ * Construct the tables for performing the key schedule.
+ */
+
+static void ubox(void)
+{
+  unsigned i;
+
+  for (i = 0; i < 256; i++) {
+    uint32 a, b, c;
+    uint32 w;
+    a = i;
+    b = a << 1; if (b & 0x100) b ^= S_MOD;
+    c = a ^ b;
+    w = (b << 0) | (a << 8) | (a << 16) | (c << 24);
+    u[0][i] = w;
+    u[1][i] = ROL32(w, 8);
+    u[2][i] = ROL32(w, 16);
+    u[3][i] = ROL32(w, 24);
+  }
+}
+
+/* --- Round constants --- */
+
+void rcon(void)
+{
+  unsigned r = 1;
+  int i;
+
+  for (i = 0; i < sizeof(rc); i++) {
+    rc[i] = r;
+    r <<= 1;
+    if (r & 0x100)
+      r ^= S_MOD;
+  }
+}
+
+/* --- @main@ --- */
+
+int main(void)
+{
+  int i, j;
+
+  puts("\
+/* -*-c-*-\n\
+ *\n\
+ * Square tables [generated]\n\
+ */\n\
+\n\
+#ifndef CATACOMB_SQUARE_TAB_H\n\
+#define CATACOMB_SQUARE_TAB_H\n\
+");
+
+  /* --- Write out the S-box --- */
+
+  sbox();
+  fputs("\
+/* --- The byte substitution and its inverse --- */\n\
+\n\
+#define SQUARE_S {                                                     \\\n\
+  ", stdout);
+  for (i = 0; i < 256; i++) {
+    printf("0x%02x", s[i]);
+    if (i == 255)
+      fputs("                  \\\n}\n\n", stdout);
+    else if (i % 8 == 7)
+      fputs(",                 \\\n  ", stdout);
+    else
+      fputs(", ", stdout);
+  }
+
+  fputs("\
+#define SQUARE_SI {                                                    \\\n\
+  ", stdout);
+  for (i = 0; i < 256; i++) {
+    printf("0x%02x", si[i]);
+    if (i == 255)
+      fputs("                  \\\n}\n\n", stdout);
+    else if (i % 8 == 7)
+      fputs(",                 \\\n  ", stdout);
+    else
+      fputs(", ", stdout);
+  }
+
+  /* --- Write out the big t tables --- */
+
+  tbox();
+  fputs("\
+/* --- The big round tables --- */\n\
+\n\
+#define SQUARE_T {                                                     \\\n\
+  { ", stdout);
+  for (j = 0; j < 4; j++) {
+    for (i = 0; i < 256; i++) {
+      printf("0x%08x", t[j][i]);
+      if (i == 255) {
+       if (j == 3)
+         fputs(" }                     \\\n}\n\n", stdout);
+       else
+         fputs(" },                    \\\n\
+                                                                       \\\n\
+  { ", stdout);
+      } else if (i % 4 == 3)
+       fputs(",                        \\\n    ", stdout);
+      else
+       fputs(", ", stdout);
+    }
+  }  
+
+  fputs("\
+#define SQUARE_TI {                                                    \\\n\
+  { ", stdout);
+  for (j = 0; j < 4; j++) {
+    for (i = 0; i < 256; i++) {
+      printf("0x%08x", ti[j][i]);
+      if (i == 255) {
+       if (j == 3)
+         fputs(" }                     \\\n}\n\n", stdout);
+       else
+         fputs(" },                    \\\n\
+                                                                       \\\n\
+  { ", stdout);
+      } else if (i % 4 == 3)
+       fputs(",                        \\\n    ", stdout);
+      else
+       fputs(", ", stdout);
+    }
+  }
+
+  /* --- Write out the big u tables --- */
+
+  ubox();
+  fputs("\
+/* --- The key schedule tables --- */\n\
+\n\
+#define SQUARE_U {                                                     \\\n\
+  { ", stdout);
+  for (j = 0; j < 4; j++) {
+    for (i = 0; i < 256; i++) {
+      printf("0x%08x", u[j][i]);
+      if (i == 255) {
+       if (j == 3)
+         fputs(" }                     \\\n}\n\n", stdout);
+       else
+         fputs(" },                    \\\n\
+                                                                       \\\n\
+  { ", stdout);
+      } else if (i % 4 == 3)
+       fputs(",                        \\\n    ", stdout);
+      else
+       fputs(", ", stdout);
+    }
+  }  
+
+  /* --- Round constants --- */
+
+  rcon();
+  fputs("\
+/* --- The round constants --- */\n\
+\n\
+#define SQUARE_RCON {                                                  \\\n\
+  ", stdout);
+  for (i = 0; i < sizeof(rc); i++) {
+    printf("0x%02x", rc[i]);
+    if (i == sizeof(rc) - 1)
+      fputs("                  \\\n}\n\n", stdout);
+    else if (i % 8 == 7)
+      fputs(",                 \\\n  ", stdout);
+    else
+      fputs(", ", stdout);
+  }  
+
+  /* --- Done --- */
+
+  puts("#endif");
+
+  if (fclose(stdout)) {
+    fprintf(stderr, "error writing data\n");
+    exit(EXIT_FAILURE);
+  }
+
+  return (0);
+}
+
+/*----- That's all, folks -------------------------------------------------*/