symm/ccm.h, symm/ccm-def.h: Implement the CCM authenticated encryption mode.
[catacomb] / utils / advmodes
index 3af744e..62b4cde 100755 (executable)
@@ -1,7 +1,7 @@
 #! /usr/bin/python
 
 from sys import argv
-from struct import pack
+from struct import unpack, pack
 from itertools import izip
 import catacomb as C
 
@@ -280,6 +280,203 @@ def ctr(E, m, c0):
   return C.ByteString(m) ^ C.ByteString(y)[:len(m)]
 
 ###--------------------------------------------------------------------------
+### GCM.
+
+def gcm_mangle(x):
+  y = C.WriteBuffer()
+  for b in x:
+    b = ord(b)
+    bb = 0
+    for i in xrange(8):
+      bb <<= 1
+      if b&1: bb |= 1
+      b >>= 1
+    y.putu8(bb)
+  return C.ByteString(y)
+
+def gcm_mul(x, y):
+  w = len(x)
+  p = poly(8*w)
+  u, v = C.GF.loadl(gcm_mangle(x)), C.GF.loadl(gcm_mangle(y))
+  z = (u*v)%p
+  return gcm_mangle(z.storel(w))
+
+def gcm_pow(x, n):
+  w = len(x)
+  p = poly(8*w)
+  u = C.GF.loadl(gcm_mangle(x))
+  z = pow(u, n, p)
+  return gcm_mangle(z.storel(w))
+
+def gcm_ctr(E, m, c0):
+  y = C.WriteBuffer()
+  pre = c0[:-4]
+  c, = unpack('>L', c0[-4:])
+  while y.size < len(m):
+    c += 1
+    y.put(E.encrypt(pre + pack('>L', c)))
+  return C.ByteString(m) ^ C.ByteString(y)[:len(m)]
+
+def g(what, x, m, a0 = None):
+  n = len(x)
+  if a0 is None: a = Z(n)
+  else: a = a0
+  i = 0
+  for b in blocks0(m, n)[0]:
+    a = gcm_mul(a ^ b, x)
+    if VERBOSE: print '%s[%d] = %s -> %s' % (what, i, hex(b), hex(a))
+    i += 1
+  return a
+
+def gcm_pad(w, x):
+  return C.ByteString(x + Z(-len(x)%w))
+
+def gcm_lens(w, a, b):
+  if w < 12: n = w
+  else: n = w/2
+  return C.ByteString(C.MP(a).storeb(n) + C.MP(b).storeb(n))
+
+def ghash(whata, whatb, x, a, b):
+  w = len(x)
+  ha = g(whata, x, gcm_pad(w, a))
+  hb = g(whatb, x, gcm_pad(w, b))
+  if a:
+    hc = gcm_mul(ha, gcm_pow(x, (len(b) + w - 1)/w)) ^ hb
+    if VERBOSE: print '%s || %s -> %s' % (whata, whatb, hex(hc))
+  else:
+    hc = hb
+  return g(whatb, x, gcm_lens(w, 8*len(a), 8*len(b)), hc)
+
+def gcmenc(E, n, h, m, tsz = None):
+  w = E.__class__.blksz
+  x = E.encrypt(Z(w))
+  if VERBOSE: print 'x = %s' % hex(x)
+  if len(n) + 4 == w: c0 = C.ByteString(n + pack('>L', 1))
+  else: c0 = ghash('?', 'n', x, EMPTY, n)
+  if VERBOSE: print 'c0 = %s' % hex(c0)
+  y = gcm_ctr(E, m, c0)
+  t = ghash('h', 'y', x, h, y) ^ E.encrypt(c0)
+  return y, t
+
+def gcmdec(E, n, h, y, t):
+  w = E.__class__.blksz
+  x = E.encrypt(Z(w))
+  if VERBOSE: print 'x = %s' % hex(x)
+  if len(n) + 4 == w: c0 = C.ByteString(n + pack('>L', 1))
+  else: c0 = ghash('?', 'n', x, EMPTY, n)
+  if VERBOSE: print 'c0 = %s' % hex(c0)
+  m = gcm_ctr(E, y, c0)
+  tt = ghash('h', 'y', x, h, y) ^ E.encrypt(c0)
+  if t == tt: return m,
+  else: return None,
+
+def gcmgen(bc):
+  return [(0, 0, 0), (1, 0, 0), (0, 1, 0), (0, 0, 1),
+          (bc.blksz, 3*bc.blksz, 3*bc.blksz),
+          (bc.blksz - 4, bc.blksz + 3, 3*bc.blksz + 9),
+          (bc.blksz - 1, 3*bc.blksz - 5, 3*bc.blksz + 5)]
+
+###--------------------------------------------------------------------------
+### CCM.
+
+def stbe(n, w): return C.MP(n).storeb(w)
+
+def ccm_fmthdr(blksz, n, hsz, msz, tsz):
+  b = C.WriteBuffer()
+  if blksz == 8:
+    q = blksz - len(n) - 1
+    f = 0
+    if hsz: f |= 0x40
+    f |= (tsz - 1) << 3
+    f |= q - 1
+    b.putu8(f).put(n).put(stbe(msz, q))
+  elif blksz == 16:
+    q = blksz - len(n) - 1
+    f = 0
+    if hsz: f |= 0x40
+    f |= (tsz - 2)/2 << 3
+    f |= q - 1
+    b.putu8(f).put(n).put(stbe(msz, q))
+  else:
+    q = blksz - len(n) - 2
+    f0 = f1 = 0
+    if hsz: f1 |= 0x80
+    f0 |= tsz
+    f1 |= q
+    b.putu8(f0).putu8(f1).put(n).put(stbe(msz, q))
+  b = C.ByteString(b)
+  if VERBOSE: print 'hdr = %s' % hex(b)
+  return b
+
+def ccm_fmtctr(blksz, n, i = 0):
+  b = C.WriteBuffer()
+  if blksz == 8 or blksz == 16:
+    q = blksz - len(n) - 1
+    b.putu8(q - 1).put(n).put(stbe(i, q))
+  else:
+    q = blksz - len(n) - 2
+    b.putu8(0).putu8(q).put(n).put(stbe(i, q))
+  b = C.ByteString(b)
+  if VERBOSE: print 'ctr = %s' % hex(b)
+  return b
+
+def ccmaad(b, h, blksz):
+  hsz = len(h)
+  if not hsz: pass
+  elif hsz < 0xfffe: b.putu16(hsz)
+  elif hsz <= 0xffffffff: b.putu16(0xfffe).putu32(hsz)
+  else: b.putu16(0xffff).putu64(hsz)
+  b.put(h); b.zero((-b.size)%blksz)
+
+def ccmenc(E, n, h, m, tsz = None):
+  blksz = E.__class__.blksz
+  if tsz is None: tsz = blksz
+  b = C.WriteBuffer()
+  b.put(ccm_fmthdr(blksz, n, len(h), len(m), tsz))
+  ccmaad(b, h, blksz)
+  b.put(m); b.zero((-b.size)%blksz)
+  b = C.ByteString(b)
+  a = Z(blksz)
+  v, _ = blocks0(b, blksz)
+  i = 0
+  for x in v:
+    a = E.encrypt(a ^ x)
+    if VERBOSE:
+      print 'b[%d] = %s' % (i, hex(x))
+      print 'a[%d] = %s' % (i + 1, hex(a))
+    i += 1
+  y = ctr(E, a + m, ccm_fmtctr(blksz, n))
+  return C.ByteString(y[blksz:]), C.ByteString(y[0:tsz])
+
+def ccmdec(E, n, h, y, t):
+  blksz = E.__class__.blksz
+  tsz = len(t)
+  b = C.WriteBuffer()
+  b.put(ccm_fmthdr(blksz, n, len(h), len(y), tsz))
+  ccmaad(b, h, blksz)
+  mm = ctr(E, t + Z(blksz - tsz) + y, ccm_fmtctr(blksz, n))
+  u, m = C.ByteString(mm[0:tsz]), C.ByteString(mm[blksz:])
+  b.put(m); b.zero((-b.size)%blksz)
+  b = C.ByteString(b)
+  a = Z(blksz)
+  v, _ = blocks0(b, blksz)
+  i = 0
+  for x in v:
+    a = E.encrypt(a ^ x)
+    if VERBOSE:
+      print 'b[%d] = %s' % (i, hex(x))
+      print 'a[%d] = %s' % (i + 1, hex(a))
+    i += 1
+  if u == a[:tsz]: return m,
+  else: return None,
+
+def ccmgen(bc):
+  bsz = bc.blksz
+  return [(bsz - 5, 0, 0, 4), (bsz - 5, 1, 0, 4), (bsz - 5, 0, 1, 4),
+          (bsz/2 + 1, 3*bc.blksz, 3*bc.blksz),
+          (bsz/2 + 1, 3*bc.blksz - 5, 3*bc.blksz + 5)]
+
+###--------------------------------------------------------------------------
 ### EAX.
 
 def eaxenc(E, n, h, m, tsz = None):
@@ -336,7 +533,11 @@ intarg = struct(mk = lambda x: x, parse = int, show = None)
 
 MODEMAP = { 'eax-enc': (eaxgen, 3*[binarg] + [intarg], eaxenc),
             'eax-dec': (dummygen, 4*[binarg], eaxdec),
-            'cmac': (cmacgen, [binarg], cmac) }
+            'ccm-enc': (ccmgen, 3*[binarg] + [intarg], ccmenc),
+            'ccm-dec': (dummygen, 4*[binarg], ccmdec),
+            'cmac': (cmacgen, [binarg], cmac),
+            'gcm-enc': (gcmgen, 3*[binarg] + [intarg], gcmenc),
+            'gcm-dec': (dummygen, 4*[binarg], gcmdec) }
 
 mode = argv[1]
 bc = None