hwcontext: Add device derivation
[ffmpeg.git] / libavutil / aes.c
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 "aes_internal.h"
26 #include "intreadwrite.h"
27 #include "timer.h"
28
29 const int av_aes_size= sizeof(AVAES);
30
31 struct AVAES *av_aes_alloc(void)
32 {
33     return av_mallocz(sizeof(struct AVAES));
34 }
35
36 static const uint8_t rcon[10] = {
37     0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80, 0x1b, 0x36
38 };
39
40 static uint8_t     sbox[256];
41 static uint8_t inv_sbox[256];
42 #if CONFIG_SMALL
43 static uint32_t enc_multbl[1][256];
44 static uint32_t dec_multbl[1][256];
45 #else
46 static uint32_t enc_multbl[4][256];
47 static uint32_t dec_multbl[4][256];
48 #endif
49
50 #if HAVE_BIGENDIAN
51 #   define ROT(x, s) (((x) >> (s)) | ((x) << (32-(s))))
52 #else
53 #   define ROT(x, s) (((x) << (s)) | ((x) >> (32-(s))))
54 #endif
55
56 static inline void addkey(av_aes_block *dst, const av_aes_block *src,
57                           const av_aes_block *round_key)
58 {
59     dst->u64[0] = src->u64[0] ^ round_key->u64[0];
60     dst->u64[1] = src->u64[1] ^ round_key->u64[1];
61 }
62
63 static inline void addkey_s(av_aes_block *dst, const uint8_t *src,
64                             const av_aes_block *round_key)
65 {
66     dst->u64[0] = AV_RN64(src)     ^ round_key->u64[0];
67     dst->u64[1] = AV_RN64(src + 8) ^ round_key->u64[1];
68 }
69
70 static inline void addkey_d(uint8_t *dst, const av_aes_block *src,
71                             const av_aes_block *round_key)
72 {
73     AV_WN64(dst,     src->u64[0] ^ round_key->u64[0]);
74     AV_WN64(dst + 8, src->u64[1] ^ round_key->u64[1]);
75 }
76
77 static void subshift(av_aes_block s0[2], int s, const uint8_t *box)
78 {
79     av_aes_block *s1 = (av_aes_block *) (s0[0].u8 - s);
80     av_aes_block *s3 = (av_aes_block *) (s0[0].u8 + s);
81
82     s0[0].u8[ 0] = box[s0[1].u8[ 0]];
83     s0[0].u8[ 4] = box[s0[1].u8[ 4]];
84     s0[0].u8[ 8] = box[s0[1].u8[ 8]];
85     s0[0].u8[12] = box[s0[1].u8[12]];
86     s1[0].u8[ 3] = box[s1[1].u8[ 7]];
87     s1[0].u8[ 7] = box[s1[1].u8[11]];
88     s1[0].u8[11] = box[s1[1].u8[15]];
89     s1[0].u8[15] = box[s1[1].u8[ 3]];
90     s0[0].u8[ 2] = box[s0[1].u8[10]];
91     s0[0].u8[10] = box[s0[1].u8[ 2]];
92     s0[0].u8[ 6] = box[s0[1].u8[14]];
93     s0[0].u8[14] = box[s0[1].u8[ 6]];
94     s3[0].u8[ 1] = box[s3[1].u8[13]];
95     s3[0].u8[13] = box[s3[1].u8[ 9]];
96     s3[0].u8[ 9] = box[s3[1].u8[ 5]];
97     s3[0].u8[ 5] = box[s3[1].u8[ 1]];
98 }
99
100 static inline int mix_core(uint32_t multbl[][256], int a, int b, int c, int d)
101 {
102 #if CONFIG_SMALL
103     return multbl[0][a] ^ ROT(multbl[0][b], 8) ^ ROT(multbl[0][c], 16) ^ ROT(multbl[0][d], 24);
104 #else
105     return multbl[0][a] ^ multbl[1][b] ^ multbl[2][c] ^ multbl[3][d];
106 #endif
107 }
108
109 static inline void mix(av_aes_block state[2], uint32_t multbl[][256], int s1, int s3)
110 {
111     uint8_t (*src)[4] = state[1].u8x4;
112     state[0].u32[0] = mix_core(multbl, src[0][0], src[s1    ][1], src[2][2], src[s3    ][3]);
113     state[0].u32[1] = mix_core(multbl, src[1][0], src[s3 - 1][1], src[3][2], src[s1 - 1][3]);
114     state[0].u32[2] = mix_core(multbl, src[2][0], src[s3    ][1], src[0][2], src[s1    ][3]);
115     state[0].u32[3] = mix_core(multbl, src[3][0], src[s1 - 1][1], src[1][2], src[s3 - 1][3]);
116 }
117
118 static inline void aes_crypt(AVAES *a, int s, const uint8_t *sbox,
119                          uint32_t multbl[][256])
120 {
121     int r;
122
123     for (r = a->rounds - 1; r > 0; r--) {
124         mix(a->state, multbl, 3 - s, 1 + s);
125         addkey(&a->state[1], &a->state[0], &a->round_key[r]);
126     }
127
128     subshift(&a->state[0], s, sbox);
129 }
130
131 static void aes_encrypt(AVAES *a, uint8_t *dst, const uint8_t *src,
132                         int count, uint8_t *iv, int rounds)
133 {
134     while (count--) {
135         addkey_s(&a->state[1], src, &a->round_key[rounds]);
136         if (iv)
137             addkey_s(&a->state[1], iv, &a->state[1]);
138         aes_crypt(a, 2, sbox, enc_multbl);
139         addkey_d(dst, &a->state[0], &a->round_key[0]);
140         if (iv)
141             memcpy(iv, dst, 16);
142         src += 16;
143         dst += 16;
144     }
145 }
146
147 static void aes_decrypt(AVAES *a, uint8_t *dst, const uint8_t *src,
148                         int count, uint8_t *iv, int rounds)
149 {
150     while (count--) {
151         addkey_s(&a->state[1], src, &a->round_key[rounds]);
152         aes_crypt(a, 0, inv_sbox, dec_multbl);
153         if (iv) {
154             addkey_s(&a->state[0], iv, &a->state[0]);
155             memcpy(iv, src, 16);
156         }
157         addkey_d(dst, &a->state[0], &a->round_key[0]);
158         src += 16;
159         dst += 16;
160     }
161 }
162
163 void av_aes_crypt(AVAES *a, uint8_t *dst, const uint8_t *src,
164                   int count, uint8_t *iv, int decrypt)
165 {
166     a->crypt(a, dst, src, count, iv, a->rounds);
167 }
168
169 static void init_multbl2(uint32_t tbl[][256], const int c[4],
170                          const uint8_t *log8, const uint8_t *alog8,
171                          const uint8_t *sbox)
172 {
173     int i;
174
175     for (i = 0; i < 256; i++) {
176         int x = sbox[i];
177         if (x) {
178             int k, l, m, n;
179             x = log8[x];
180             k = alog8[x + log8[c[0]]];
181             l = alog8[x + log8[c[1]]];
182             m = alog8[x + log8[c[2]]];
183             n = alog8[x + log8[c[3]]];
184             tbl[0][i] = AV_NE(MKBETAG(k, l, m, n), MKTAG(k, l, m, n));
185 #if !CONFIG_SMALL
186             tbl[1][i] = ROT(tbl[0][i], 8);
187             tbl[2][i] = ROT(tbl[0][i], 16);
188             tbl[3][i] = ROT(tbl[0][i], 24);
189 #endif
190         }
191     }
192 }
193
194 // this is based on the reference AES code by Paulo Barreto and Vincent Rijmen
195 int av_aes_init(AVAES *a, const uint8_t *key, int key_bits, int decrypt)
196 {
197     int i, j, t, rconpointer = 0;
198     uint8_t tk[8][4];
199     int KC = key_bits >> 5;
200     int rounds = KC + 6;
201     uint8_t log8[256];
202     uint8_t alog8[512];
203
204     a->crypt = decrypt ? aes_decrypt : aes_encrypt;
205
206     if (!enc_multbl[FF_ARRAY_ELEMS(enc_multbl) - 1][FF_ARRAY_ELEMS(enc_multbl[0]) - 1]) {
207         j = 1;
208         for (i = 0; i < 255; i++) {
209             alog8[i] = alog8[i + 255] = j;
210             log8[j] = i;
211             j ^= j + j;
212             if (j > 255)
213                 j ^= 0x11B;
214         }
215         for (i = 0; i < 256; i++) {
216             j = i ? alog8[255 - log8[i]] : 0;
217             j ^= (j << 1) ^ (j << 2) ^ (j << 3) ^ (j << 4);
218             j = (j ^ (j >> 8) ^ 99) & 255;
219             inv_sbox[j] = i;
220             sbox[i]     = j;
221         }
222         init_multbl2(dec_multbl, (const int[4]) { 0xe, 0x9, 0xd, 0xb },
223                      log8, alog8, inv_sbox);
224         init_multbl2(enc_multbl, (const int[4]) { 0x2, 0x1, 0x1, 0x3 },
225                      log8, alog8, sbox);
226     }
227
228     if (key_bits != 128 && key_bits != 192 && key_bits != 256)
229         return AVERROR(EINVAL);
230
231     a->rounds = rounds;
232
233     memcpy(tk, key, KC * 4);
234     memcpy(a->round_key[0].u8, key, KC * 4);
235
236     for (t = KC * 4; t < (rounds + 1) * 16; t += KC * 4) {
237         for (i = 0; i < 4; i++)
238             tk[0][i] ^= sbox[tk[KC - 1][(i + 1) & 3]];
239         tk[0][0] ^= rcon[rconpointer++];
240
241         for (j = 1; j < KC; j++) {
242             if (KC != 8 || j != KC >> 1)
243                 for (i = 0; i < 4; i++)
244                     tk[j][i] ^= tk[j - 1][i];
245             else
246                 for (i = 0; i < 4; i++)
247                     tk[j][i] ^= sbox[tk[j - 1][i]];
248         }
249
250         memcpy(a->round_key[0].u8 + t, tk, KC * 4);
251     }
252
253     if (decrypt) {
254         for (i = 1; i < rounds; i++) {
255             av_aes_block tmp[3];
256             tmp[2] = a->round_key[i];
257             subshift(&tmp[1], 0, sbox);
258             mix(tmp, dec_multbl, 1, 3);
259             a->round_key[i] = tmp[0];
260         }
261     } else {
262         for (i = 0; i < (rounds + 1) >> 1; i++)
263             FFSWAP(av_aes_block, a->round_key[i], a->round_key[rounds - i]);
264     }
265
266     return 0;
267 }
268