C/Aes.c

   1 /* Aes.c -- AES encryption / decryption\r
   2 2009-11-23 : Igor Pavlov : Public domain */\r
   3 \r
   4 #include "Aes.h"\r
   5 #include "CpuArch.h"\r
   6 \r
   7 static UInt32 T[256 * 4];\r
   8 static Byte Sbox[256] = {\r
   9   0x63, 0x7c, 0x77, 0x7b, 0xf2, 0x6b, 0x6f, 0xc5, 0x30, 0x01, 0x67, 0x2b, 0xfe, 0xd7, 0xab, 0x76,\r
  10   0xca, 0x82, 0xc9, 0x7d, 0xfa, 0x59, 0x47, 0xf0, 0xad, 0xd4, 0xa2, 0xaf, 0x9c, 0xa4, 0x72, 0xc0,\r
  11   0xb7, 0xfd, 0x93, 0x26, 0x36, 0x3f, 0xf7, 0xcc, 0x34, 0xa5, 0xe5, 0xf1, 0x71, 0xd8, 0x31, 0x15,\r
  12   0x04, 0xc7, 0x23, 0xc3, 0x18, 0x96, 0x05, 0x9a, 0x07, 0x12, 0x80, 0xe2, 0xeb, 0x27, 0xb2, 0x75,\r
  13   0x09, 0x83, 0x2c, 0x1a, 0x1b, 0x6e, 0x5a, 0xa0, 0x52, 0x3b, 0xd6, 0xb3, 0x29, 0xe3, 0x2f, 0x84,\r
  14   0x53, 0xd1, 0x00, 0xed, 0x20, 0xfc, 0xb1, 0x5b, 0x6a, 0xcb, 0xbe, 0x39, 0x4a, 0x4c, 0x58, 0xcf,\r
  15   0xd0, 0xef, 0xaa, 0xfb, 0x43, 0x4d, 0x33, 0x85, 0x45, 0xf9, 0x02, 0x7f, 0x50, 0x3c, 0x9f, 0xa8,\r
  16   0x51, 0xa3, 0x40, 0x8f, 0x92, 0x9d, 0x38, 0xf5, 0xbc, 0xb6, 0xda, 0x21, 0x10, 0xff, 0xf3, 0xd2,\r
  17   0xcd, 0x0c, 0x13, 0xec, 0x5f, 0x97, 0x44, 0x17, 0xc4, 0xa7, 0x7e, 0x3d, 0x64, 0x5d, 0x19, 0x73,\r
  18   0x60, 0x81, 0x4f, 0xdc, 0x22, 0x2a, 0x90, 0x88, 0x46, 0xee, 0xb8, 0x14, 0xde, 0x5e, 0x0b, 0xdb,\r
  19   0xe0, 0x32, 0x3a, 0x0a, 0x49, 0x06, 0x24, 0x5c, 0xc2, 0xd3, 0xac, 0x62, 0x91, 0x95, 0xe4, 0x79,\r
  20   0xe7, 0xc8, 0x37, 0x6d, 0x8d, 0xd5, 0x4e, 0xa9, 0x6c, 0x56, 0xf4, 0xea, 0x65, 0x7a, 0xae, 0x08,\r
  21   0xba, 0x78, 0x25, 0x2e, 0x1c, 0xa6, 0xb4, 0xc6, 0xe8, 0xdd, 0x74, 0x1f, 0x4b, 0xbd, 0x8b, 0x8a,\r
  22   0x70, 0x3e, 0xb5, 0x66, 0x48, 0x03, 0xf6, 0x0e, 0x61, 0x35, 0x57, 0xb9, 0x86, 0xc1, 0x1d, 0x9e,\r
  23   0xe1, 0xf8, 0x98, 0x11, 0x69, 0xd9, 0x8e, 0x94, 0x9b, 0x1e, 0x87, 0xe9, 0xce, 0x55, 0x28, 0xdf,\r
  24   0x8c, 0xa1, 0x89, 0x0d, 0xbf, 0xe6, 0x42, 0x68, 0x41, 0x99, 0x2d, 0x0f, 0xb0, 0x54, 0xbb, 0x16};\r
  25 \r
  26 void MY_FAST_CALL AesCbc_Encode(UInt32 *ivAes, Byte *data, size_t numBlocks);\r
  27 void MY_FAST_CALL AesCbc_Decode(UInt32 *ivAes, Byte *data, size_t numBlocks);\r
  28 void MY_FAST_CALL AesCtr_Code(UInt32 *ivAes, Byte *data, size_t numBlocks);\r
  29 \r
  30 void MY_FAST_CALL AesCbc_Encode_Intel(UInt32 *ivAes, Byte *data, size_t numBlocks);\r
  31 void MY_FAST_CALL AesCbc_Decode_Intel(UInt32 *ivAes, Byte *data, size_t numBlocks);\r
  32 void MY_FAST_CALL AesCtr_Code_Intel(UInt32 *ivAes, Byte *data, size_t numBlocks);\r
  33 \r
  34 AES_CODE_FUNC g_AesCbc_Encode;\r
  35 AES_CODE_FUNC g_AesCbc_Decode;\r
  36 AES_CODE_FUNC g_AesCtr_Code;\r
  37 \r
  38 static UInt32 D[256 * 4];\r
  39 static Byte InvS[256];\r
  40 \r
  41 static Byte Rcon[11] = { 0x00, 0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80, 0x1b, 0x36 };\r
  42 \r
  43 #define xtime(x) ((((x) << 1) ^ (((x) & 0x80) != 0 ? 0x1B : 0)) & 0xFF)\r
  44 \r
  45 #define Ui32(a0, a1, a2, a3) ((UInt32)(a0) | ((UInt32)(a1) << 8) | ((UInt32)(a2) << 16) | ((UInt32)(a3) << 24))\r
  46 \r
  47 #define gb0(x) ( (x)          & 0xFF)\r
  48 #define gb1(x) (((x) >> ( 8)) & 0xFF)\r
  49 #define gb2(x) (((x) >> (16)) & 0xFF)\r
  50 #define gb3(x) (((x) >> (24)) & 0xFF)\r
  51 \r
  52 void AesGenTables(void)\r
  53 {\r
  54   unsigned i;\r
  55   for (i = 0; i < 256; i++)\r
  56     InvS[Sbox[i]] = (Byte)i;\r
  57   for (i = 0; i < 256; i++)\r
  58   {\r
  59     {\r
  60       UInt32 a1 = Sbox[i];\r
  61       UInt32 a2 = xtime(a1);\r
  62       UInt32 a3 = a2 ^ a1;\r
  63       T[        i] = Ui32(a2, a1, a1, a3);\r
  64       T[0x100 + i] = Ui32(a3, a2, a1, a1);\r
  65       T[0x200 + i] = Ui32(a1, a3, a2, a1);\r
  66       T[0x300 + i] = Ui32(a1, a1, a3, a2);\r
  67     }\r
  68     {\r
  69       UInt32 a1 = InvS[i];\r
  70       UInt32 a2 = xtime(a1);\r
  71       UInt32 a4 = xtime(a2);\r
  72       UInt32 a8 = xtime(a4);\r
  73       UInt32 a9 = a8 ^ a1;\r
  74       UInt32 aB = a8 ^ a2 ^ a1;\r
  75       UInt32 aD = a8 ^ a4 ^ a1;\r
  76       UInt32 aE = a8 ^ a4 ^ a2;\r
  77       D[        i] = Ui32(aE, a9, aD, aB);\r
  78       D[0x100 + i] = Ui32(aB, aE, a9, aD);\r
  79       D[0x200 + i] = Ui32(aD, aB, aE, a9);\r
  80       D[0x300 + i] = Ui32(a9, aD, aB, aE);\r
  81     }\r
  82   }\r
  83   g_AesCbc_Encode = AesCbc_Encode;\r
  84   g_AesCbc_Decode = AesCbc_Decode;\r
  85   g_AesCtr_Code = AesCtr_Code;\r
  86   #ifdef MY_CPU_X86_OR_AMD64\r
  87   if (CPU_Is_Aes_Supported())\r
  88   {\r
  89     g_AesCbc_Encode = AesCbc_Encode_Intel;\r
  90     g_AesCbc_Decode = AesCbc_Decode_Intel;\r
  91     g_AesCtr_Code = AesCtr_Code_Intel;\r
  92   }\r
  93   #endif\r
  94 }\r
  95 \r
  96 #define HT(i, x, s) (T + (x << 8))[gb ## x(s[(i + x) & 3])]\r
  97 #define HT4(m, i, s, p) m[i] = \\r
  98     HT(i, 0, s) ^ \\r
  99     HT(i, 1, s) ^ \\r
 100     HT(i, 2, s) ^ \\r
 101     HT(i, 3, s) ^ w[p + i]\r
 102 /* such order (2031) in HT16 is for VC6/K8 speed optimization) */\r
 103 #define HT16(m, s, p) \\r
 104     HT4(m, 2, s, p); \\r
 105     HT4(m, 0, s, p); \\r
 106     HT4(m, 3, s, p); \\r
 107     HT4(m, 1, s, p); \\r
 108 \r
 109 #define FT(i, x) Sbox[gb ## x(m[(i + x) & 3])]\r
 110 #define FT4(i) dest[i] = Ui32(FT(i, 0), FT(i, 1), FT(i, 2), FT(i, 3)) ^ w[i];\r
 111 \r
 112 #define HD(i, x, s) (D + (x << 8))[gb ## x(s[(i - x) & 3])]\r
 113 #define HD4(m, i, s, p) m[i] = \\r
 114     HD(i, 0, s) ^ \\r
 115     HD(i, 1, s) ^ \\r
 116     HD(i, 2, s) ^ \\r
 117     HD(i, 3, s) ^ w[p + i];\r
 118 /* such order (0231) in HD16 is for VC6/K8 speed optimization) */\r
 119 #define HD16(m, s, p) \\r
 120     HD4(m, 0, s, p); \\r
 121     HD4(m, 2, s, p); \\r
 122     HD4(m, 3, s, p); \\r
 123     HD4(m, 1, s, p); \\r
 124 \r
 125 #define FD(i, x) InvS[gb ## x(m[(i - x) & 3])]\r
 126 #define FD4(i) dest[i] = Ui32(FD(i, 0), FD(i, 1), FD(i, 2), FD(i, 3)) ^ w[i];\r
 127 \r
 128 void MY_FAST_CALL Aes_SetKey_Enc(UInt32 *w, const Byte *key, unsigned keySize)\r
 129 {\r
 130   unsigned i, wSize;\r
 131   wSize = keySize + 28;\r
 132   keySize /= 4;\r
 133   w[0] = ((UInt32)keySize / 2) + 3;\r
 134   w += 4;\r
 135 \r
 136   for (i = 0; i < keySize; i++, key += 4)\r
 137     w[i] = GetUi32(key);\r
 138 \r
 139   for (; i < wSize; i++)\r
 140   {\r
 141     UInt32 t = w[i - 1];\r
 142     unsigned rem = i % keySize;\r
 143     if (rem == 0)\r
 144       t = Ui32(Sbox[gb1(t)] ^ Rcon[i / keySize], Sbox[gb2(t)], Sbox[gb3(t)], Sbox[gb0(t)]);\r
 145     else if (keySize > 6 && rem == 4)\r
 146       t = Ui32(Sbox[gb0(t)], Sbox[gb1(t)], Sbox[gb2(t)], Sbox[gb3(t)]);\r
 147     w[i] = w[i - keySize] ^ t;\r
 148   }\r
 149 }\r
 150 \r
 151 void MY_FAST_CALL Aes_SetKey_Dec(UInt32 *w, const Byte *key, unsigned keySize)\r
 152 {\r
 153   unsigned i, num;\r
 154   Aes_SetKey_Enc(w, key, keySize);\r
 155   num = keySize + 20;\r
 156   w += 8;\r
 157   for (i = 0; i < num; i++)\r
 158   {\r
 159     UInt32 r = w[i];\r
 160     w[i] =\r
 161       D[        Sbox[gb0(r)]] ^\r
 162       D[0x100 + Sbox[gb1(r)]] ^\r
 163       D[0x200 + Sbox[gb2(r)]] ^\r
 164       D[0x300 + Sbox[gb3(r)]];\r
 165   }\r
 166 }\r
 167 \r
 168 /* Aes_Encode and Aes_Decode functions work with little-endian words.\r
 169   src and dest are pointers to 4 UInt32 words.\r
 170   arc and dest can point to same block */\r
 171 \r
 172 static void Aes_Encode(const UInt32 *w, UInt32 *dest, const UInt32 *src)\r
 173 {\r
 174   UInt32 s[4];\r
 175   UInt32 m[4];\r
 176   UInt32 numRounds2 = w[0];\r
 177   w += 4;\r
 178   s[0] = src[0] ^ w[0];\r
 179   s[1] = src[1] ^ w[1];\r
 180   s[2] = src[2] ^ w[2];\r
 181   s[3] = src[3] ^ w[3];\r
 182   w += 4;\r
 183   for (;;)\r
 184   {\r
 185     HT16(m, s, 0);\r
 186     if (--numRounds2 == 0)\r
 187       break;\r
 188     HT16(s, m, 4);\r
 189     w += 8;\r
 190   }\r
 191   w += 4;\r
 192   FT4(0); FT4(1); FT4(2); FT4(3);\r
 193 }\r
 194 \r
 195 static void Aes_Decode(const UInt32 *w, UInt32 *dest, const UInt32 *src)\r
 196 {\r
 197   UInt32 s[4];\r
 198   UInt32 m[4];\r
 199   UInt32 numRounds2 = w[0];\r
 200   w += 4 + numRounds2 * 8;\r
 201   s[0] = src[0] ^ w[0];\r
 202   s[1] = src[1] ^ w[1];\r
 203   s[2] = src[2] ^ w[2];\r
 204   s[3] = src[3] ^ w[3];\r
 205   for (;;)\r
 206   {\r
 207     w -= 8;\r
 208     HD16(m, s, 4);\r
 209     if (--numRounds2 == 0)\r
 210       break;\r
 211     HD16(s, m, 0);\r
 212   }\r
 213   FD4(0); FD4(1); FD4(2); FD4(3);\r
 214 }\r
 215 \r
 216 void AesCbc_Init(UInt32 *p, const Byte *iv)\r
 217 {\r
 218   unsigned i;\r
 219   for (i = 0; i < 4; i++)\r
 220     p[i] = GetUi32(iv + i * 4);\r
 221 }\r
 222 \r
 223 void MY_FAST_CALL AesCbc_Encode(UInt32 *p, Byte *data, size_t numBlocks)\r
 224 {\r
 225   for (; numBlocks != 0; numBlocks--, data += AES_BLOCK_SIZE)\r
 226   {\r
 227     p[0] ^= GetUi32(data);\r
 228     p[1] ^= GetUi32(data + 4);\r
 229     p[2] ^= GetUi32(data + 8);\r
 230     p[3] ^= GetUi32(data + 12);\r
 231     \r
 232     Aes_Encode(p + 4, p, p);\r
 233     \r
 234     SetUi32(data,      p[0]);\r
 235     SetUi32(data + 4,  p[1]);\r
 236     SetUi32(data + 8,  p[2]);\r
 237     SetUi32(data + 12, p[3]);\r
 238   }\r
 239 }\r
 240 \r
 241 void MY_FAST_CALL AesCbc_Decode(UInt32 *p, Byte *data, size_t numBlocks)\r
 242 {\r
 243   UInt32 in[4], out[4];\r
 244   for (; numBlocks != 0; numBlocks--, data += AES_BLOCK_SIZE)\r
 245   {\r
 246     in[0] = GetUi32(data);\r
 247     in[1] = GetUi32(data + 4);\r
 248     in[2] = GetUi32(data + 8);\r
 249     in[3] = GetUi32(data + 12);\r
 250 \r
 251     Aes_Decode(p + 4, out, in);\r
 252 \r
 253     SetUi32(data,      p[0] ^ out[0]);\r
 254     SetUi32(data + 4,  p[1] ^ out[1]);\r
 255     SetUi32(data + 8,  p[2] ^ out[2]);\r
 256     SetUi32(data + 12, p[3] ^ out[3]);\r
 257     \r
 258     p[0] = in[0];\r
 259     p[1] = in[1];\r
 260     p[2] = in[2];\r
 261     p[3] = in[3];\r
 262   }\r
 263 }\r
 264 \r
 265 void MY_FAST_CALL AesCtr_Code(UInt32 *p, Byte *data, size_t numBlocks)\r
 266 {\r
 267   for (; numBlocks != 0; numBlocks--)\r
 268   {\r
 269     UInt32 temp[4];\r
 270     Byte buf[16];\r
 271     int i;\r
 272     if (++p[0] == 0)\r
 273       p[1]++;\r
 274     Aes_Encode(p + 4, temp, p);\r
 275     SetUi32(buf,      temp[0]);\r
 276     SetUi32(buf + 4,  temp[1]);\r
 277     SetUi32(buf + 8,  temp[2]);\r
 278     SetUi32(buf + 12, temp[3]);\r
 279     for (i = 0; i < 16; i++)\r
 280       *data++ ^= buf[i];\r
 281   }\r
 282 }\r