Subversion Repositories Kolibri OS

Rev

Blame | Last modification | View Log | RSS feed

  1. /*
  2.  * copyright (c) 2007 Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
  3.  *
  4.  * some optimization ideas from aes128.c by Reimar Doeffinger
  5.  *
  6.  * This file is part of FFmpeg.
  7.  *
  8.  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
  9.  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  10.  * License as published by the Free Software Foundation; either
  11.  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  12.  *
  13.  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  14.  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  15.  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  16.  * Lesser General Public License for more details.
  17.  *
  18.  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  19.  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  20.  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  21.  */
  22.  
  23. #include "common.h"
  24. #include "aes.h"
  25. #include "intreadwrite.h"
  26. #include "timer.h"
  27.  
  28. typedef union {
  29.     uint64_t u64[2];
  30.     uint32_t u32[4];
  31.     uint8_t u8x4[4][4];
  32.     uint8_t u8[16];
  33. } av_aes_block;
  34.  
  35. typedef struct AVAES {
  36.     // Note: round_key[16] is accessed in the init code, but this only
  37.     // overwrites state, which does not matter (see also commit ba554c0).
  38.     av_aes_block round_key[15];
  39.     av_aes_block state[2];
  40.     int rounds;
  41. } AVAES;
  42.  
  43. const int av_aes_size= sizeof(AVAES);
  44.  
  45. struct AVAES *av_aes_alloc(void)
  46. {
  47.     return av_mallocz(sizeof(struct AVAES));
  48. }
  49.  
  50. static const uint8_t rcon[10] = {
  51.   0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80, 0x1b, 0x36
  52. };
  53.  
  54. static uint8_t     sbox[256];
  55. static uint8_t inv_sbox[256];
  56. #if CONFIG_SMALL
  57. static uint32_t enc_multbl[1][256];
  58. static uint32_t dec_multbl[1][256];
  59. #else
  60. static uint32_t enc_multbl[4][256];
  61. static uint32_t dec_multbl[4][256];
  62. #endif
  63.  
  64. #if HAVE_BIGENDIAN
  65. #   define ROT(x, s) (((x) >> (s)) | ((x) << (32-(s))))
  66. #else
  67. #   define ROT(x, s) (((x) << (s)) | ((x) >> (32-(s))))
  68. #endif
  69.  
  70. static inline void addkey(av_aes_block *dst, const av_aes_block *src,
  71.                           const av_aes_block *round_key)
  72. {
  73.     dst->u64[0] = src->u64[0] ^ round_key->u64[0];
  74.     dst->u64[1] = src->u64[1] ^ round_key->u64[1];
  75. }
  76.  
  77. static inline void addkey_s(av_aes_block *dst, const uint8_t *src,
  78.                             const av_aes_block *round_key)
  79. {
  80.     dst->u64[0] = AV_RN64(src)     ^ round_key->u64[0];
  81.     dst->u64[1] = AV_RN64(src + 8) ^ round_key->u64[1];
  82. }
  83.  
  84. static inline void addkey_d(uint8_t *dst, const av_aes_block *src,
  85.                             const av_aes_block *round_key)
  86. {
  87.     AV_WN64(dst,     src->u64[0] ^ round_key->u64[0]);
  88.     AV_WN64(dst + 8, src->u64[1] ^ round_key->u64[1]);
  89. }
  90.  
  91. static void subshift(av_aes_block s0[2], int s, const uint8_t *box)
  92. {
  93.     av_aes_block *s1 = (av_aes_block *) (s0[0].u8 - s);
  94.     av_aes_block *s3 = (av_aes_block *) (s0[0].u8 + s);
  95.  
  96.     s0[0].u8[ 0] = box[s0[1].u8[ 0]];
  97.     s0[0].u8[ 4] = box[s0[1].u8[ 4]];
  98.     s0[0].u8[ 8] = box[s0[1].u8[ 8]];
  99.     s0[0].u8[12] = box[s0[1].u8[12]];
  100.     s1[0].u8[ 3] = box[s1[1].u8[ 7]];
  101.     s1[0].u8[ 7] = box[s1[1].u8[11]];
  102.     s1[0].u8[11] = box[s1[1].u8[15]];
  103.     s1[0].u8[15] = box[s1[1].u8[ 3]];
  104.     s0[0].u8[ 2] = box[s0[1].u8[10]];
  105.     s0[0].u8[10] = box[s0[1].u8[ 2]];
  106.     s0[0].u8[ 6] = box[s0[1].u8[14]];
  107.     s0[0].u8[14] = box[s0[1].u8[ 6]];
  108.     s3[0].u8[ 1] = box[s3[1].u8[13]];
  109.     s3[0].u8[13] = box[s3[1].u8[ 9]];
  110.     s3[0].u8[ 9] = box[s3[1].u8[ 5]];
  111.     s3[0].u8[ 5] = box[s3[1].u8[ 1]];
  112. }
  113.  
  114. static inline int mix_core(uint32_t multbl[][256], int a, int b, int c, int d){
  115. #if CONFIG_SMALL
  116.     return multbl[0][a] ^ ROT(multbl[0][b], 8) ^ ROT(multbl[0][c], 16) ^ ROT(multbl[0][d], 24);
  117. #else
  118.     return multbl[0][a] ^ multbl[1][b] ^ multbl[2][c] ^ multbl[3][d];
  119. #endif
  120. }
  121.  
  122. static inline void mix(av_aes_block state[2], uint32_t multbl[][256], int s1, int s3){
  123.     uint8_t (*src)[4] = state[1].u8x4;
  124.     state[0].u32[0] = mix_core(multbl, src[0][0], src[s1  ][1], src[2][2], src[s3  ][3]);
  125.     state[0].u32[1] = mix_core(multbl, src[1][0], src[s3-1][1], src[3][2], src[s1-1][3]);
  126.     state[0].u32[2] = mix_core(multbl, src[2][0], src[s3  ][1], src[0][2], src[s1  ][3]);
  127.     state[0].u32[3] = mix_core(multbl, src[3][0], src[s1-1][1], src[1][2], src[s3-1][3]);
  128. }
  129.  
  130. static inline void aes_crypt(AVAES *a, int s, const uint8_t *sbox,
  131.                          uint32_t multbl[][256])
  132. {
  133.     int r;
  134.  
  135.     for (r = a->rounds - 1; r > 0; r--) {
  136.         mix(a->state, multbl, 3 - s, 1 + s);
  137.         addkey(&a->state[1], &a->state[0], &a->round_key[r]);
  138.     }
  139.  
  140.     subshift(&a->state[0], s, sbox);
  141. }
  142.  
  143. void av_aes_crypt(AVAES *a, uint8_t *dst, const uint8_t *src,
  144.                   int count, uint8_t *iv, int decrypt)
  145. {
  146.     while (count--) {
  147.         addkey_s(&a->state[1], src, &a->round_key[a->rounds]);
  148.         if (decrypt) {
  149.             aes_crypt(a, 0, inv_sbox, dec_multbl);
  150.             if (iv) {
  151.                 addkey_s(&a->state[0], iv, &a->state[0]);
  152.                 memcpy(iv, src, 16);
  153.             }
  154.             addkey_d(dst, &a->state[0], &a->round_key[0]);
  155.         } else {
  156.             if (iv)
  157.                 addkey_s(&a->state[1], iv, &a->state[1]);
  158.             aes_crypt(a, 2, sbox, enc_multbl);
  159.             addkey_d(dst, &a->state[0], &a->round_key[0]);
  160.             if (iv)
  161.                 memcpy(iv, dst, 16);
  162.         }
  163.         src += 16;
  164.         dst += 16;
  165.     }
  166. }
  167.  
  168. static void init_multbl2(uint32_t tbl[][256], const int c[4],
  169.                          const uint8_t *log8, const uint8_t *alog8,
  170.                          const uint8_t *sbox)
  171. {
  172.     int i;
  173.  
  174.     for (i = 0; i < 256; i++) {
  175.         int x = sbox[i];
  176.         if (x) {
  177.             int k, l, m, n;
  178.             x = log8[x];
  179.             k = alog8[x + log8[c[0]]];
  180.             l = alog8[x + log8[c[1]]];
  181.             m = alog8[x + log8[c[2]]];
  182.             n = alog8[x + log8[c[3]]];
  183.             tbl[0][i] = AV_NE(MKBETAG(k,l,m,n), MKTAG(k,l,m,n));
  184. #if !CONFIG_SMALL
  185.             tbl[1][i] = ROT(tbl[0][i], 8);
  186.             tbl[2][i] = ROT(tbl[0][i], 16);
  187.             tbl[3][i] = ROT(tbl[0][i], 24);
  188. #endif
  189.         }
  190.     }
  191. }
  192.  
  193. // this is based on the reference AES code by Paulo Barreto and Vincent Rijmen
  194. int av_aes_init(AVAES *a, const uint8_t *key, int key_bits, int decrypt)
  195. {
  196.     int i, j, t, rconpointer = 0;
  197.     uint8_t tk[8][4];
  198.     int KC = key_bits >> 5;
  199.     int rounds = KC + 6;
  200.     uint8_t log8[256];
  201.     uint8_t alog8[512];
  202.  
  203.     if (!enc_multbl[FF_ARRAY_ELEMS(enc_multbl)-1][FF_ARRAY_ELEMS(enc_multbl[0])-1]) {
  204.         j = 1;
  205.         for (i = 0; i < 255; i++) {
  206.             alog8[i] = alog8[i + 255] = j;
  207.             log8[j] = i;
  208.             j ^= j + j;
  209.             if (j > 255)
  210.                 j ^= 0x11B;
  211.         }
  212.         for (i = 0; i < 256; i++) {
  213.             j = i ? alog8[255 - log8[i]] : 0;
  214.             j ^= (j << 1) ^ (j << 2) ^ (j << 3) ^ (j << 4);
  215.             j = (j ^ (j >> 8) ^ 99) & 255;
  216.             inv_sbox[j] = i;
  217.             sbox[i] = j;
  218.         }
  219.         init_multbl2(dec_multbl, (const int[4]) { 0xe, 0x9, 0xd, 0xb },
  220.                      log8, alog8, inv_sbox);
  221.         init_multbl2(enc_multbl, (const int[4]) { 0x2, 0x1, 0x1, 0x3 },
  222.                      log8, alog8, sbox);
  223.     }
  224.  
  225.     if (key_bits != 128 && key_bits != 192 && key_bits != 256)
  226.         return -1;
  227.  
  228.     a->rounds = rounds;
  229.  
  230.     memcpy(tk, key, KC * 4);
  231.     memcpy(a->round_key[0].u8, key, KC * 4);
  232.  
  233.     for (t = KC * 4; t < (rounds + 1) * 16; t += KC * 4) {
  234.         for (i = 0; i < 4; i++)
  235.             tk[0][i] ^= sbox[tk[KC - 1][(i + 1) & 3]];
  236.         tk[0][0] ^= rcon[rconpointer++];
  237.  
  238.         for (j = 1; j < KC; j++) {
  239.             if (KC != 8 || j != KC >> 1)
  240.                 for (i = 0; i < 4; i++)
  241.                     tk[j][i] ^= tk[j - 1][i];
  242.             else
  243.                 for (i = 0; i < 4; i++)
  244.                     tk[j][i] ^= sbox[tk[j - 1][i]];
  245.         }
  246.  
  247.         memcpy(a->round_key[0].u8 + t, tk, KC * 4);
  248.     }
  249.  
  250.     if (decrypt) {
  251.         for (i = 1; i < rounds; i++) {
  252.             av_aes_block tmp[3];
  253.             tmp[2] = a->round_key[i];
  254.             subshift(&tmp[1], 0, sbox);
  255.             mix(tmp, dec_multbl, 1, 3);
  256.             a->round_key[i] = tmp[0];
  257.         }
  258.     } else {
  259.         for (i = 0; i < (rounds + 1) >> 1; i++) {
  260.             FFSWAP(av_aes_block, a->round_key[i], a->round_key[rounds-i]);
  261.         }
  262.     }
  263.  
  264.     return 0;
  265. }
  266.  
  267. #ifdef TEST
  268. // LCOV_EXCL_START
  269. #include <string.h>
  270. #include "lfg.h"
  271. #include "log.h"
  272.  
  273. int main(int argc, char **argv)
  274. {
  275.     int i, j;
  276.     AVAES b;
  277.     uint8_t rkey[2][16] = {
  278.         { 0 },
  279.         { 0x10, 0xa5, 0x88, 0x69, 0xd7, 0x4b, 0xe5, 0xa3,
  280.           0x74, 0xcf, 0x86, 0x7c, 0xfb, 0x47, 0x38, 0x59 }
  281.     };
  282.     uint8_t pt[16], rpt[2][16]= {
  283.         { 0x6a, 0x84, 0x86, 0x7c, 0xd7, 0x7e, 0x12, 0xad,
  284.           0x07, 0xea, 0x1b, 0xe8, 0x95, 0xc5, 0x3f, 0xa3 },
  285.         { 0 }
  286.     };
  287.     uint8_t rct[2][16]= {
  288.         { 0x73, 0x22, 0x81, 0xc0, 0xa0, 0xaa, 0xb8, 0xf7,
  289.           0xa5, 0x4a, 0x0c, 0x67, 0xa0, 0xc4, 0x5e, 0xcf },
  290.         { 0x6d, 0x25, 0x1e, 0x69, 0x44, 0xb0, 0x51, 0xe0,
  291.           0x4e, 0xaa, 0x6f, 0xb4, 0xdb, 0xf7, 0x84, 0x65 }
  292.     };
  293.     uint8_t temp[16];
  294.     int err = 0;
  295.  
  296.     av_log_set_level(AV_LOG_DEBUG);
  297.  
  298.     for (i = 0; i < 2; i++) {
  299.         av_aes_init(&b, rkey[i], 128, 1);
  300.         av_aes_crypt(&b, temp, rct[i], 1, NULL, 1);
  301.         for (j = 0; j < 16; j++) {
  302.             if (rpt[i][j] != temp[j]) {
  303.                 av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %02X %02X\n",
  304.                        j, rpt[i][j], temp[j]);
  305.                 err = 1;
  306.             }
  307.         }
  308.     }
  309.  
  310.     if (argc > 1 && !strcmp(argv[1], "-t")) {
  311.         AVAES ae, ad;
  312.         AVLFG prng;
  313.  
  314.         av_aes_init(&ae, (const uint8_t*)"PI=3.141592654..", 128, 0);
  315.         av_aes_init(&ad, (const uint8_t*)"PI=3.141592654..", 128, 1);
  316.         av_lfg_init(&prng, 1);
  317.  
  318.         for (i = 0; i < 10000; i++) {
  319.             for (j = 0; j < 16; j++) {
  320.                 pt[j] = av_lfg_get(&prng);
  321.             }
  322.             {
  323.                 START_TIMER;
  324.                 av_aes_crypt(&ae, temp, pt, 1, NULL, 0);
  325.                 if (!(i & (i - 1)))
  326.                     av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%02X %02X %02X %02X\n",
  327.                            temp[0], temp[5], temp[10], temp[15]);
  328.                 av_aes_crypt(&ad, temp, temp, 1, NULL, 1);
  329.                 STOP_TIMER("aes");
  330.             }
  331.             for (j = 0; j < 16; j++) {
  332.                 if (pt[j] != temp[j]) {
  333.                     av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %d %02X %02X\n",
  334.                            i, j, pt[j], temp[j]);
  335.                 }
  336.             }
  337.         }
  338.     }
  339.     return err;
  340. }
  341. // LCOV_EXCL_STOP
  342. #endif
  343.