l4/pkg/libcrypto/lib/aes_linux/aes.c

   1 /*
   2  * Cryptographic API.
   3  *
   4  * AES Cipher Algorithm.
   5  *
   6  * Based on Brian Gladman's code.
   7  *
   8  * Linux developers:
   9  *  Alexander Kjeldaas <astor@fast.no>
  10  *  Herbert Valerio Riedel <hvr@hvrlab.org>
  11  *  Kyle McMartin <kyle@debian.org>
  12  *  Adam J. Richter <adam@yggdrasil.com> (conversion to 2.5 API).
  13  *
  14  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  15  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
  16  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
  17  * (at your option) any later version.
  18  *
  19  * ---------------------------------------------------------------------------
  20  * Copyright (c) 2002, Dr Brian Gladman <brg@gladman.me.uk>, Worcester, UK.
  21  * All rights reserved.
  22  *
  23  * LICENSE TERMS
  24  *
  25  * The free distribution and use of this software in both source and binary
  26  * form is allowed (with or without changes) provided that:
  27  *
  28  *   1. distributions of this source code include the above copyright
  29  *      notice, this list of conditions and the following disclaimer;
  30  *
  31  *   2. distributions in binary form include the above copyright
  32  *      notice, this list of conditions and the following disclaimer
  33  *      in the documentation and/or other associated materials;
  34  *
  35  *   3. the copyright holder's name is not used to endorse products
  36  *      built using this software without specific written permission.
  37  *
  38  * ALTERNATIVELY, provided that this notice is retained in full, this product
  39  * may be distributed under the terms of the GNU General Public License (GPL),
  40  * in which case the provisions of the GPL apply INSTEAD OF those given above.
  41  *
  42  * DISCLAIMER
  43  *
  44  * This software is provided 'as is' with no explicit or implied warranties
  45  * in respect of its properties, including, but not limited to, correctness
  46  * and/or fitness for purpose.
  47  * ---------------------------------------------------------------------------
  48  */
  49
  50 /* Some changes from the Gladman version:
  51     s/RIJNDAEL(e_key)/E_KEY/g
  52     s/RIJNDAEL(d_key)/D_KEY/g
  53 */
  54
  55 /* This file was originally part of the Linux kernel (2.6.11). It is
  56    licensed under the GPL as stated above. */
  57
  58 #define BUILD_FOR_L4 1
  59 #ifndef BUILD_FOR_L4
  60
  61 #include <linux/module.h>
  62 #include <linux/init.h>
  63 #include <linux/types.h>
  64 #include <linux/errno.h>
  65 #include <linux/crypto.h>
  66 #include <asm/byteorder.h>
  67
  68 #else
  69
  70 #define __LIBCRYPTO_INTERNAL__
  71 #include <l4/crypto/aes.h>
  72
  73 #endif /* BUILD_FOR_L4 */
  74
  75 #define AES_MIN_KEY_SIZE        16
  76 #define AES_MAX_KEY_SIZE        32
  77
  78 #define AES_BLOCK_SIZE          16
  79
  80 static inline
  81 u32 generic_rotr32 (const u32 x, const unsigned bits)
  82 {
  83         const unsigned n = bits % 32;
  84         return (x >> n) | (x << (32 - n));
  85 }
  86
  87 static inline
  88 u32 generic_rotl32 (const u32 x, const unsigned bits)
  89 {
  90         const unsigned n = bits % 32;
  91         return (x << n) | (x >> (32 - n));
  92 }
  93
  94 #define rotl generic_rotl32
  95 #define rotr generic_rotr32
  96
  97 /*
  98  * #define byte(x, nr) ((unsigned char)((x) >> (nr*8)))
  99  */
 100 inline static u8
 101 byte(const u32 x, const unsigned n)
 102 {
 103         return x >> (n << 3);
 104 }
 105
 106 #define u32_in(x) le32_to_cpu(*(const u32 *)(x))
 107 #define u32_out(to, from) (*(u32 *)(to) = cpu_to_le32(from))
 108
 109 #ifndef BUILD_FOR_L4
 110 struct aes_ctx {
 111         int key_length;
 112         u32 E[60];
 113         u32 D[60];
 114 };
 115 #else
 116 # define aes_ctx aes_c_ctx
 117 #endif
 118
 119 #define E_KEY ctx->E
 120 #define D_KEY ctx->D
 121
 122 static u8 pow_tab[256] __initdata;
 123 static u8 log_tab[256] __initdata;
 124 static u8 sbx_tab[256] __initdata;
 125 static u8 isb_tab[256] __initdata;
 126 static u32 rco_tab[10];
 127 static u32 ft_tab[4][256];
 128 static u32 it_tab[4][256];
 129
 130 static u32 fl_tab[4][256];
 131 static u32 il_tab[4][256];
 132
 133 static inline u8 __init
 134 f_mult (u8 a, u8 b)
 135 {
 136         u8 aa = log_tab[a], cc = aa + log_tab[b];
 137
 138         return pow_tab[cc + (cc < aa ? 1 : 0)];
 139 }
 140
 141 #define ff_mult(a,b)    (a && b ? f_mult(a, b) : 0)
 142
 143 #define f_rn(bo, bi, n, k)                                      \
 144     bo[n] =  ft_tab[0][byte(bi[n],0)] ^                         \
 145              ft_tab[1][byte(bi[(n + 1) & 3],1)] ^               \
 146              ft_tab[2][byte(bi[(n + 2) & 3],2)] ^               \
 147              ft_tab[3][byte(bi[(n + 3) & 3],3)] ^ *(k + n)
 148
 149 #define i_rn(bo, bi, n, k)                                      \
 150     bo[n] =  it_tab[0][byte(bi[n],0)] ^                         \
 151              it_tab[1][byte(bi[(n + 3) & 3],1)] ^               \
 152              it_tab[2][byte(bi[(n + 2) & 3],2)] ^               \
 153              it_tab[3][byte(bi[(n + 1) & 3],3)] ^ *(k + n)
 154
 155 #define ls_box(x)                               \
 156     ( fl_tab[0][byte(x, 0)] ^                   \
 157       fl_tab[1][byte(x, 1)] ^                   \
 158       fl_tab[2][byte(x, 2)] ^                   \
 159       fl_tab[3][byte(x, 3)] )
 160
 161 #define f_rl(bo, bi, n, k)                                      \
 162     bo[n] =  fl_tab[0][byte(bi[n],0)] ^                         \
 163              fl_tab[1][byte(bi[(n + 1) & 3],1)] ^               \
 164              fl_tab[2][byte(bi[(n + 2) & 3],2)] ^               \
 165              fl_tab[3][byte(bi[(n + 3) & 3],3)] ^ *(k + n)
 166
 167 #define i_rl(bo, bi, n, k)                                      \
 168     bo[n] =  il_tab[0][byte(bi[n],0)] ^                         \
 169              il_tab[1][byte(bi[(n + 3) & 3],1)] ^               \
 170              il_tab[2][byte(bi[(n + 2) & 3],2)] ^               \
 171              il_tab[3][byte(bi[(n + 1) & 3],3)] ^ *(k + n)
 172
 173 static void __init
 174 gen_tabs (void)
 175 {
 176         u32 i, t;
 177         u8 p, q;
 178
 179         /* log and power tables for GF(2**8) finite field with
 180            0x011b as modular polynomial - the simplest primitive
 181            root is 0x03, used here to generate the tables */
 182
 183         for (i = 0, p = 1; i < 256; ++i) {
 184                 pow_tab[i] = (u8) p;
 185                 log_tab[p] = (u8) i;
 186
 187                 p ^= (p << 1) ^ (p & 0x80 ? 0x01b : 0);
 188         }
 189
 190         log_tab[1] = 0;
 191
 192         for (i = 0, p = 1; i < 10; ++i) {
 193                 rco_tab[i] = p;
 194
 195                 p = (p << 1) ^ (p & 0x80 ? 0x01b : 0);
 196         }
 197
 198         for (i = 0; i < 256; ++i) {
 199                 p = (i ? pow_tab[255 - log_tab[i]] : 0);
 200                 q = ((p >> 7) | (p << 1)) ^ ((p >> 6) | (p << 2));
 201                 p ^= 0x63 ^ q ^ ((q >> 6) | (q << 2));
 202                 sbx_tab[i] = p;
 203                 isb_tab[p] = (u8) i;
 204         }
 205
 206         for (i = 0; i < 256; ++i) {
 207                 p = sbx_tab[i];
 208
 209                 t = p;
 210                 fl_tab[0][i] = t;
 211                 fl_tab[1][i] = rotl (t, 8);
 212                 fl_tab[2][i] = rotl (t, 16);
 213                 fl_tab[3][i] = rotl (t, 24);
 214
 215                 t = ((u32) ff_mult (2, p)) |
 216                     ((u32) p << 8) |
 217                     ((u32) p << 16) | ((u32) ff_mult (3, p) << 24);
 218
 219                 ft_tab[0][i] = t;
 220                 ft_tab[1][i] = rotl (t, 8);
 221                 ft_tab[2][i] = rotl (t, 16);
 222                 ft_tab[3][i] = rotl (t, 24);
 223
 224                 p = isb_tab[i];
 225
 226                 t = p;
 227                 il_tab[0][i] = t;
 228                 il_tab[1][i] = rotl (t, 8);
 229                 il_tab[2][i] = rotl (t, 16);
 230                 il_tab[3][i] = rotl (t, 24);
 231
 232                 t = ((u32) ff_mult (14, p)) |
 233                     ((u32) ff_mult (9, p) << 8) |
 234                     ((u32) ff_mult (13, p) << 16) |
 235                     ((u32) ff_mult (11, p) << 24);
 236
 237                 it_tab[0][i] = t;
 238                 it_tab[1][i] = rotl (t, 8);
 239                 it_tab[2][i] = rotl (t, 16);
 240                 it_tab[3][i] = rotl (t, 24);
 241         }
 242 }
 243
 244 #define star_x(x) (((x) & 0x7f7f7f7f) << 1) ^ ((((x) & 0x80808080) >> 7) * 0x1b)
 245
 246 #define imix_col(y,x)       \
 247     u   = star_x(x);        \
 248     v   = star_x(u);        \
 249     w   = star_x(v);        \
 250     t   = w ^ (x);          \
 251    (y)  = u ^ v ^ w;        \
 252    (y) ^= rotr(u ^ t,  8) ^ \
 253           rotr(v ^ t, 16) ^ \
 254           rotr(t,24)
 255
 256 /* initialise the key schedule from the user supplied key */
 257
 258 #define loop4(i)                                    \
 259 {   t = rotr(t,  8); t = ls_box(t) ^ rco_tab[i];    \
 260     t ^= E_KEY[4 * i];     E_KEY[4 * i + 4] = t;    \
 261     t ^= E_KEY[4 * i + 1]; E_KEY[4 * i + 5] = t;    \
 262     t ^= E_KEY[4 * i + 2]; E_KEY[4 * i + 6] = t;    \
 263     t ^= E_KEY[4 * i + 3]; E_KEY[4 * i + 7] = t;    \
 264 }
 265
 266 #define loop6(i)                                    \
 267 {   t = rotr(t,  8); t = ls_box(t) ^ rco_tab[i];    \
 268     t ^= E_KEY[6 * i];     E_KEY[6 * i + 6] = t;    \
 269     t ^= E_KEY[6 * i + 1]; E_KEY[6 * i + 7] = t;    \
 270     t ^= E_KEY[6 * i + 2]; E_KEY[6 * i + 8] = t;    \
 271     t ^= E_KEY[6 * i + 3]; E_KEY[6 * i + 9] = t;    \
 272     t ^= E_KEY[6 * i + 4]; E_KEY[6 * i + 10] = t;   \
 273     t ^= E_KEY[6 * i + 5]; E_KEY[6 * i + 11] = t;   \
 274 }
 275
 276 #define loop8(i)                                    \
 277 {   t = rotr(t,  8); ; t = ls_box(t) ^ rco_tab[i];  \
 278     t ^= E_KEY[8 * i];     E_KEY[8 * i + 8] = t;    \
 279     t ^= E_KEY[8 * i + 1]; E_KEY[8 * i + 9] = t;    \
 280     t ^= E_KEY[8 * i + 2]; E_KEY[8 * i + 10] = t;   \
 281     t ^= E_KEY[8 * i + 3]; E_KEY[8 * i + 11] = t;   \
 282     t  = E_KEY[8 * i + 4] ^ ls_box(t);    \
 283     E_KEY[8 * i + 12] = t;                \
 284     t ^= E_KEY[8 * i + 5]; E_KEY[8 * i + 13] = t;   \
 285     t ^= E_KEY[8 * i + 6]; E_KEY[8 * i + 14] = t;   \
 286     t ^= E_KEY[8 * i + 7]; E_KEY[8 * i + 15] = t;   \
 287 }
 288
 289 static int
 290 aes_set_key(void *ctx_arg, const u8 *in_key, unsigned int key_len, u32 *flags)
 291 {
 292         struct aes_ctx *ctx = ctx_arg;
 293         u32 i, t, u, v, w;
 294
 295         if (key_len != 16 && key_len != 24 && key_len != 32) {
 296                 *flags |= CRYPTO_TFM_RES_BAD_KEY_LEN;
 297                 return -EINVAL;
 298         }
 299
 300         ctx->key_length = key_len;
 301
 302         E_KEY[0] = u32_in (in_key);
 303         E_KEY[1] = u32_in (in_key + 4);
 304         E_KEY[2] = u32_in (in_key + 8);
 305         E_KEY[3] = u32_in (in_key + 12);
 306
 307         switch (key_len) {
 308         case 16:
 309                 t = E_KEY[3];
 310                 for (i = 0; i < 10; ++i)
 311                         loop4 (i);
 312                 break;
 313
 314         case 24:
 315                 E_KEY[4] = u32_in (in_key + 16);
 316                 t = E_KEY[5] = u32_in (in_key + 20);
 317                 for (i = 0; i < 8; ++i)
 318                         loop6 (i);
 319                 break;
 320
 321         case 32:
 322                 E_KEY[4] = u32_in (in_key + 16);
 323                 E_KEY[5] = u32_in (in_key + 20);
 324                 E_KEY[6] = u32_in (in_key + 24);
 325                 t = E_KEY[7] = u32_in (in_key + 28);
 326                 for (i = 0; i < 7; ++i)
 327                         loop8 (i);
 328                 break;
 329         }
 330
 331         D_KEY[0] = E_KEY[0];
 332         D_KEY[1] = E_KEY[1];
 333         D_KEY[2] = E_KEY[2];
 334         D_KEY[3] = E_KEY[3];
 335
 336         for (i = 4; i < key_len + 24; ++i) {
 337                 imix_col (D_KEY[i], E_KEY[i]);
 338         }
 339
 340         return 0;
 341 }
 342
 343 /* encrypt a block of text */
 344
 345 #define f_nround(bo, bi, k) \
 346     f_rn(bo, bi, 0, k);     \
 347     f_rn(bo, bi, 1, k);     \
 348     f_rn(bo, bi, 2, k);     \
 349     f_rn(bo, bi, 3, k);     \
 350     k += 4
 351
 352 #define f_lround(bo, bi, k) \
 353     f_rl(bo, bi, 0, k);     \
 354     f_rl(bo, bi, 1, k);     \
 355     f_rl(bo, bi, 2, k);     \
 356     f_rl(bo, bi, 3, k)
 357
 358 static void aes_encrypt(void *ctx_arg, u8 *out, const u8 *in)
 359 {
 360         const struct aes_ctx *ctx = ctx_arg;
 361         u32 b0[4], b1[4];
 362         const u32 *kp = E_KEY + 4;
 363
 364         b0[0] = u32_in (in) ^ E_KEY[0];
 365         b0[1] = u32_in (in + 4) ^ E_KEY[1];
 366         b0[2] = u32_in (in + 8) ^ E_KEY[2];
 367         b0[3] = u32_in (in + 12) ^ E_KEY[3];
 368
 369         if (ctx->key_length > 24) {
 370                 f_nround (b1, b0, kp);
 371                 f_nround (b0, b1, kp);
 372         }
 373
 374         if (ctx->key_length > 16) {
 375                 f_nround (b1, b0, kp);
 376                 f_nround (b0, b1, kp);
 377         }
 378
 379         f_nround (b1, b0, kp);
 380         f_nround (b0, b1, kp);
 381         f_nround (b1, b0, kp);
 382         f_nround (b0, b1, kp);
 383         f_nround (b1, b0, kp);
 384         f_nround (b0, b1, kp);
 385         f_nround (b1, b0, kp);
 386         f_nround (b0, b1, kp);
 387         f_nround (b1, b0, kp);
 388         f_lround (b0, b1, kp);
 389
 390         u32_out (out, b0[0]);
 391         u32_out (out + 4, b0[1]);
 392         u32_out (out + 8, b0[2]);
 393         u32_out (out + 12, b0[3]);
 394 }
 395
 396 /* decrypt a block of text */
 397
 398 #define i_nround(bo, bi, k) \
 399     i_rn(bo, bi, 0, k);     \
 400     i_rn(bo, bi, 1, k);     \
 401     i_rn(bo, bi, 2, k);     \
 402     i_rn(bo, bi, 3, k);     \
 403     k -= 4
 404
 405 #define i_lround(bo, bi, k) \
 406     i_rl(bo, bi, 0, k);     \
 407     i_rl(bo, bi, 1, k);     \
 408     i_rl(bo, bi, 2, k);     \
 409     i_rl(bo, bi, 3, k)
 410
 411 static void aes_decrypt(void *ctx_arg, u8 *out, const u8 *in)
 412 {
 413         const struct aes_ctx *ctx = ctx_arg;
 414         u32 b0[4], b1[4];
 415         const int key_len = ctx->key_length;
 416         const u32 *kp = D_KEY + key_len + 20;
 417
 418         b0[0] = u32_in (in) ^ E_KEY[key_len + 24];
 419         b0[1] = u32_in (in + 4) ^ E_KEY[key_len + 25];
 420         b0[2] = u32_in (in + 8) ^ E_KEY[key_len + 26];
 421         b0[3] = u32_in (in + 12) ^ E_KEY[key_len + 27];
 422
 423         if (key_len > 24) {
 424                 i_nround (b1, b0, kp);
 425                 i_nround (b0, b1, kp);
 426         }
 427
 428         if (key_len > 16) {
 429                 i_nround (b1, b0, kp);
 430                 i_nround (b0, b1, kp);
 431         }
 432
 433         i_nround (b1, b0, kp);
 434         i_nround (b0, b1, kp);
 435         i_nround (b1, b0, kp);
 436         i_nround (b0, b1, kp);
 437         i_nround (b1, b0, kp);
 438         i_nround (b0, b1, kp);
 439         i_nround (b1, b0, kp);
 440         i_nround (b0, b1, kp);
 441         i_nround (b1, b0, kp);
 442         i_lround (b0, b1, kp);
 443
 444         u32_out (out, b0[0]);
 445         u32_out (out + 4, b0[1]);
 446         u32_out (out + 8, b0[2]);
 447         u32_out (out + 12, b0[3]);
 448 }
 449
 450
 451 #ifndef BUILD_FOR_L4
 452
 453 static struct crypto_alg aes_alg = {
 454         .cra_name               =       "aes",
 455         .cra_flags              =       CRYPTO_ALG_TYPE_CIPHER,
 456         .cra_blocksize          =       AES_BLOCK_SIZE,
 457         .cra_ctxsize            =       sizeof(struct aes_ctx),
 458         .cra_module             =       THIS_MODULE,
 459         .cra_list               =       LIST_HEAD_INIT(aes_alg.cra_list),
 460         .cra_u                  =       {
 461                 .cipher = {
 462                         .cia_min_keysize        =       AES_MIN_KEY_SIZE,
 463                         .cia_max_keysize        =       AES_MAX_KEY_SIZE,
 464                         .cia_setkey             =       aes_set_key,
 465                         .cia_encrypt            =       aes_encrypt,
 466                         .cia_decrypt            =       aes_decrypt
 467                 }
 468         }
 469 };
 470
 471 static int __init aes_init(void)
 472 {
 473         gen_tabs();
 474         return crypto_register_alg(&aes_alg);
 475 }
 476
 477 static void __exit aes_fini(void)
 478 {
 479         crypto_unregister_alg(&aes_alg);
 480 }
 481
 482 module_init(aes_init);
 483 module_exit(aes_fini);
 484
 485 MODULE_DESCRIPTION("Rijndael (AES) Cipher Algorithm");
 486 MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
 487
 488 #else
 489
 490 crypto_cipher_set_key_fn_t aes_cipher_set_key = (crypto_cipher_set_key_fn_t) aes_set_key;
 491 crypto_cipher_encrypt_fn_t aes_cipher_encrypt = (crypto_cipher_encrypt_fn_t) aes_encrypt;
 492 crypto_cipher_decrypt_fn_t aes_cipher_decrypt = (crypto_cipher_decrypt_fn_t) aes_decrypt;
 493
 494 static void init(void) __attribute__((constructor));
 495 static void init(void)
 496 {
 497         gen_tabs();
 498 }
 499
 500 #endif /* BUILD_FOR_L4 */