36bc5248998991b2c5ee3d097d7215b30e5dc736
[ffmpeg.git] / libavutil / aes.c
1 /*
2  * copyright (c) 2007 Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
3  *
4  * This file is part of FFmpeg.
5  *
6  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
7  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
8  * License as published by the Free Software Foundation; either
9  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
10  *
11  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
14  * Lesser General Public License for more details.
15  *
16  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
17  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
18  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
19  *
20  * some optimization ideas from aes128.c by Reimar Doeffinger
21  */
22
23 #include "common.h"
24 #include "log.h"
25 #include "aes.h"
26
27 typedef struct AVAES{
28     uint8_t round_key[15][4][4];
29     uint8_t state[4][4];
30     int rounds;
31 }AVAES;
32
33 const int av_aes_size= sizeof(AVAES);
34
35 static const uint8_t rcon[10] = {
36   0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80, 0x1b, 0x36
37 };
38
39 static uint8_t     sbox[256];
40 static uint8_t inv_sbox[256];
41 #ifdef CONFIG_SMALL
42 static uint32_t enc_multbl[1][256];
43 static uint32_t dec_multbl[1][256];
44 #else
45 static uint32_t enc_multbl[4][256];
46 static uint32_t dec_multbl[4][256];
47 #endif
48
49 static inline void addkey(uint64_t state[2], uint64_t round_key[2]){
50     state[0] ^= round_key[0];
51     state[1] ^= round_key[1];
52 }
53
54 #define SUBSHIFT0(s, box)         s[0]=box[s[ 0]]; s[ 4]=box[s[ 4]];          s[ 8]=box[s[ 8]]; s[12]=box[s[12]];
55 #define SUBSHIFT1(s, box) t=s[0]; s[0]=box[s[ 4]]; s[ 4]=box[s[ 8]];          s[ 8]=box[s[12]]; s[12]=box[t];
56 #define SUBSHIFT2(s, box) t=s[0]; s[0]=box[s[ 8]]; s[ 8]=box[    t]; t=s[ 4]; s[ 4]=box[s[12]]; s[12]=box[t];
57 #define SUBSHIFT3(s, box) t=s[0]; s[0]=box[s[12]]; s[12]=box[s[ 8]];          s[ 8]=box[s[ 4]]; s[ 4]=box[t];
58
59 #define SUBSHIFT1x(s) t=s[0]; s[0]=s[ 4]; s[ 4]=s[ 8];          s[ 8]=s[12]; s[12]=t;
60 #define SUBSHIFT2x(s) t=s[0]; s[0]=s[ 8]; s[ 8]=    t; t=s[ 4]; s[ 4]=s[12]; s[12]=t;
61 #define SUBSHIFT3x(s) t=s[0]; s[0]=s[12]; s[12]=s[ 8];          s[ 8]=s[ 4]; s[ 4]=t;
62
63 #define ROT(x,s) ((x<<s)|(x>>(32-s)))
64
65 static inline void mix(uint8_t state[4][4], uint32_t multbl[4][256]){
66     int i;
67     for(i=0; i<4; i++)
68 #ifdef CONFIG_SMALL
69         ((uint32_t *)(state))[i] =     multbl[0][state[i][0]]     ^ ROT(multbl[0][state[i][1]], 8)
70                                   ^ROT(multbl[0][state[i][2]],16) ^ ROT(multbl[0][state[i][3]],24);
71 #else
72         ((uint32_t *)(state))[i] = multbl[0][state[i][0]] ^ multbl[1][state[i][1]]
73                                   ^multbl[2][state[i][2]] ^ multbl[3][state[i][3]];
74 #endif
75 }
76
77 static inline void crypt(AVAES *a, int s, uint8_t *sbox, uint32_t *multbl){
78     int t, r;
79
80     for(r=a->rounds; r>1; r--){
81         addkey(a->state, a->round_key[r]);
82         SUBSHIFT3x((a->state[0]+1+s))
83         SUBSHIFT2x((a->state[0]+2))
84         SUBSHIFT1x((a->state[0]+3-s))
85         mix(a->state, multbl);
86     }
87     addkey(a->state, a->round_key[1]);
88     SUBSHIFT0((a->state[0]+0  ), sbox)
89     SUBSHIFT3((a->state[0]+1+s), sbox)
90     SUBSHIFT2((a->state[0]+2  ), sbox)
91     SUBSHIFT1((a->state[0]+3-s), sbox)
92     addkey(a->state, a->round_key[0]);
93 }
94
95 void av_aes_decrypt(AVAES *a){
96     crypt(a, 0, inv_sbox, dec_multbl);
97 }
98
99 void av_aes_encrypt(AVAES *a){
100     crypt(a, 2, sbox, enc_multbl);
101 }
102
103 static void init_multbl2(uint8_t tbl[1024], int c[4], uint8_t *log8, uint8_t *alog8, uint8_t *sbox){
104     int i, j;
105     for(i=0; i<1024; i++){
106         int x= sbox[i>>2];
107         if(x) tbl[i]= alog8[ log8[x] + log8[c[i&3]] ];
108     }
109 #ifndef CONFIG_SMALL
110     for(j=256; j<1024; j++)
111         for(i=0; i<4; i++)
112             tbl[4*j+i]= tbl[4*j + ((i-1)&3) - 1024];
113 #endif
114 }
115
116 // this is based on the reference AES code by Paulo Barreto and Vincent Rijmen
117 int av_aes_init(AVAES *a, uint8_t *key, int key_bits, int decrypt) {
118     int i, j, t, rconpointer = 0;
119     uint8_t tk[8][4];
120     int KC= key_bits>>5;
121     int rounds= KC + 6;
122     uint8_t  log8[256];
123     uint8_t alog8[512];
124
125     if(!enc_multbl[4][1023]){
126         j=1;
127         for(i=0; i<255; i++){
128             alog8[i]=
129             alog8[i+255]= j;
130             log8[j]= i;
131             j^= j+j;
132             if(j>255) j^= 0x11B;
133         }
134         for(i=0; i<256; i++){
135             j= i ? alog8[255-log8[i]] : 0;
136             j ^= (j<<1) ^ (j<<2) ^ (j<<3) ^ (j<<4);
137             j = (j ^ (j>>8) ^ 99) & 255;
138             inv_sbox[j]= i;
139             sbox    [i]= j;
140         }
141         init_multbl2(dec_multbl[0], (int[4]){0xe, 0x9, 0xd, 0xb}, log8, alog8, inv_sbox);
142         init_multbl2(enc_multbl[0], (int[4]){0x2, 0x1, 0x1, 0x3}, log8, alog8, sbox);
143     }
144
145     if(key_bits!=128 && key_bits!=192 && key_bits!=256)
146         return -1;
147
148     a->rounds= rounds;
149
150     memcpy(tk, key, KC*4);
151
152     for(t= 0; t < (rounds+1)*4;) {
153         memcpy(a->round_key[0][t], tk, KC*4);
154         t+= KC;
155
156         for(i = 0; i < 4; i++)
157             tk[0][i] ^= sbox[tk[KC-1][(i+1)&3]];
158         tk[0][0] ^= rcon[rconpointer++];
159
160         for(j = 1; j < KC; j++){
161             if(KC != 8 || j != KC>>1)
162                 for(i = 0; i < 4; i++) tk[j][i] ^=      tk[j-1][i];
163             else
164                 for(i = 0; i < 4; i++) tk[j][i] ^= sbox[tk[j-1][i]];
165         }
166     }
167
168     if(decrypt){
169         for(i=1; i<rounds; i++){
170             for(j=0; j<16; j++)
171                 a->round_key[i][0][j]= sbox[a->round_key[i][0][j]];
172             mix(a->round_key[i], dec_multbl);
173         }
174     }else{
175         for(i=0; i<(rounds+1)>>1; i++){
176             for(j=0; j<16; j++)
177                 FFSWAP(int, a->round_key[i][0][j], a->round_key[rounds-i][0][j]);
178         }
179     }
180
181     return 0;
182 }
183
184 #ifdef TEST
185
186 int main(){
187     int i,j;
188     AVAES ae, ad, b;
189     uint8_t rkey[2][16]= {
190         {0},
191         {0x10, 0xa5, 0x88, 0x69, 0xd7, 0x4b, 0xe5, 0xa3, 0x74, 0xcf, 0x86, 0x7c, 0xfb, 0x47, 0x38, 0x59}};
192     uint8_t pt[16], rpt[2][16]= {
193         {0x6a, 0x84, 0x86, 0x7c, 0xd7, 0x7e, 0x12, 0xad, 0x07, 0xea, 0x1b, 0xe8, 0x95, 0xc5, 0x3f, 0xa3},
194         {0}};
195     uint8_t rct[2][16]= {
196         {0x73, 0x22, 0x81, 0xc0, 0xa0, 0xaa, 0xb8, 0xf7, 0xa5, 0x4a, 0x0c, 0x67, 0xa0, 0xc4, 0x5e, 0xcf},
197         {0x6d, 0x25, 0x1e, 0x69, 0x44, 0xb0, 0x51, 0xe0, 0x4e, 0xaa, 0x6f, 0xb4, 0xdb, 0xf7, 0x84, 0x65}};
198
199     av_aes_init(&ae, "PI=3.141592654..", 128, 0);
200     av_aes_init(&ad, "PI=3.141592654..", 128, 1);
201     av_log_level= AV_LOG_DEBUG;
202
203     for(i=0; i<2; i++){
204         av_aes_init(&b, rkey[i], 128, 1);
205         memcpy(b.state, rct[i], 16);
206         av_aes_decrypt(&b);
207         for(j=0; j<16; j++)
208             if(rpt[i][j] != b.state[0][j])
209                 av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %02X %02X\n", j, rpt[i][j], b.state[0][j]);
210     }
211
212     for(i=0; i<10000; i++){
213         for(j=0; j<16; j++){
214             pt[j]= random();
215         }
216         memcpy(ae.state, pt, 16);
217 {START_TIMER
218         av_aes_encrypt(&ae);
219         if(!(i&(i-1)))
220             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%02X %02X %02X %02X\n", ae.state[0][0], ae.state[1][1], ae.state[2][2], ae.state[3][3]);
221         memcpy(ad.state, ae.state, 16);
222         av_aes_decrypt(&ad);
223 STOP_TIMER("aes")}
224         for(j=0; j<16; j++){
225             if(pt[j] != ad.state[0][j]){
226                 av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %d %02X %02X\n", i,j, pt[j], ad.state[0][j]);
227             }
228         }
229     }
230     return 0;
231 }
232 #endif