revert r12489.
[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
26 typedef struct AVAES{
27     // Note: round_key[16] is accessed in the init code, but this only
28     // overwrites state, which does not matter (see also r7471).
29     uint8_t round_key[15][4][4];
30     uint8_t state[2][4][4];
31     int rounds;
32 }AVAES;
33
34 const int av_aes_size= sizeof(AVAES);
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 #ifdef 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 static inline void addkey(uint64_t dst[2], uint64_t src[2], uint64_t round_key[2]){
51     dst[0] = src[0] ^ round_key[0];
52     dst[1] = src[1] ^ round_key[1];
53 }
54
55 static void subshift(uint8_t s0[2][16], int s, uint8_t *box){
56     uint8_t (*s1)[16]= s0[0] - s;
57     uint8_t (*s3)[16]= s0[0] + s;
58     s0[0][0]=box[s0[1][ 0]]; s0[0][ 4]=box[s0[1][ 4]]; s0[0][ 8]=box[s0[1][ 8]]; s0[0][12]=box[s0[1][12]];
59     s1[0][3]=box[s1[1][ 7]]; s1[0][ 7]=box[s1[1][11]]; s1[0][11]=box[s1[1][15]]; s1[0][15]=box[s1[1][ 3]];
60     s0[0][2]=box[s0[1][10]]; s0[0][10]=box[s0[1][ 2]]; s0[0][ 6]=box[s0[1][14]]; s0[0][14]=box[s0[1][ 6]];
61     s3[0][1]=box[s3[1][13]]; s3[0][13]=box[s3[1][ 9]]; s3[0][ 9]=box[s3[1][ 5]]; s3[0][ 5]=box[s3[1][ 1]];
62 }
63
64 static inline int mix_core(uint32_t multbl[4][256], int a, int b, int c, int d){
65 #ifdef CONFIG_SMALL
66 #define ROT(x,s) ((x<<s)|(x>>(32-s)))
67     return multbl[0][a] ^ ROT(multbl[0][b], 8) ^ ROT(multbl[0][c], 16) ^ ROT(multbl[0][d], 24);
68 #else
69     return multbl[0][a] ^ multbl[1][b] ^ multbl[2][c] ^ multbl[3][d];
70 #endif
71 }
72
73 static inline void mix(uint8_t state[2][4][4], uint32_t multbl[4][256], int s1, int s3){
74     ((uint32_t *)(state))[0] = mix_core(multbl, state[1][0][0], state[1][s1  ][1], state[1][2][2], state[1][s3  ][3]);
75     ((uint32_t *)(state))[1] = mix_core(multbl, state[1][1][0], state[1][s3-1][1], state[1][3][2], state[1][s1-1][3]);
76     ((uint32_t *)(state))[2] = mix_core(multbl, state[1][2][0], state[1][s3  ][1], state[1][0][2], state[1][s1  ][3]);
77     ((uint32_t *)(state))[3] = mix_core(multbl, state[1][3][0], state[1][s1-1][1], state[1][1][2], state[1][s3-1][3]);
78 }
79
80 static inline void crypt(AVAES *a, int s, uint8_t *sbox, uint32_t *multbl){
81     int r;
82
83     for(r=a->rounds-1; r>0; r--){
84         mix(a->state, multbl, 3-s, 1+s);
85         addkey(a->state[1], a->state[0], a->round_key[r]);
86     }
87     subshift(a->state[0][0], s, sbox);
88 }
89
90 void av_aes_crypt(AVAES *a, uint8_t *dst, uint8_t *src, int count, uint8_t *iv, int decrypt){
91     while(count--){
92         addkey(a->state[1], src, a->round_key[a->rounds]);
93         if(decrypt) {
94             crypt(a, 0, inv_sbox, dec_multbl);
95             if(iv){
96                 addkey(a->state[0], a->state[0], iv);
97                 memcpy(iv, src, 16);
98             }
99             addkey(dst, a->state[0], a->round_key[0]);
100         }else{
101             if(iv) addkey(a->state[1], a->state[1], iv);
102             crypt(a, 2,     sbox, enc_multbl);
103             addkey(dst, a->state[0], a->round_key[0]);
104             if(iv) memcpy(iv, dst, 16);
105         }
106         src+=16;
107         dst+=16;
108     }
109 }
110
111 static void init_multbl2(uint8_t tbl[1024], int c[4], uint8_t *log8, uint8_t *alog8, uint8_t *sbox){
112     int i, j;
113     for(i=0; i<1024; i++){
114         int x= sbox[i>>2];
115         if(x) tbl[i]= alog8[ log8[x] + log8[c[i&3]] ];
116     }
117 #ifndef CONFIG_SMALL
118     for(j=256; j<1024; j++)
119         for(i=0; i<4; i++)
120             tbl[4*j+i]= tbl[4*j + ((i-1)&3) - 1024];
121 #endif
122 }
123
124 // this is based on the reference AES code by Paulo Barreto and Vincent Rijmen
125 int av_aes_init(AVAES *a, const uint8_t *key, int key_bits, int decrypt) {
126     int i, j, t, rconpointer = 0;
127     uint8_t tk[8][4];
128     int KC= key_bits>>5;
129     int rounds= KC + 6;
130     uint8_t  log8[256];
131     uint8_t alog8[512];
132
133     if(!enc_multbl[0][sizeof(enc_multbl)/sizeof(enc_multbl[0][0])-1]){
134         j=1;
135         for(i=0; i<255; i++){
136             alog8[i]=
137             alog8[i+255]= j;
138             log8[j]= i;
139             j^= j+j;
140             if(j>255) j^= 0x11B;
141         }
142         for(i=0; i<256; i++){
143             j= i ? alog8[255-log8[i]] : 0;
144             j ^= (j<<1) ^ (j<<2) ^ (j<<3) ^ (j<<4);
145             j = (j ^ (j>>8) ^ 99) & 255;
146             inv_sbox[j]= i;
147             sbox    [i]= j;
148         }
149         init_multbl2(dec_multbl[0], (int[4]){0xe, 0x9, 0xd, 0xb}, log8, alog8, inv_sbox);
150         init_multbl2(enc_multbl[0], (int[4]){0x2, 0x1, 0x1, 0x3}, log8, alog8, sbox);
151     }
152
153     if(key_bits!=128 && key_bits!=192 && key_bits!=256)
154         return -1;
155
156     a->rounds= rounds;
157
158     memcpy(tk, key, KC*4);
159
160     for(t= 0; t < (rounds+1)*16;) {
161         memcpy(a->round_key[0][0]+t, tk, KC*4);
162         t+= KC*4;
163
164         for(i = 0; i < 4; i++)
165             tk[0][i] ^= sbox[tk[KC-1][(i+1)&3]];
166         tk[0][0] ^= rcon[rconpointer++];
167
168         for(j = 1; j < KC; j++){
169             if(KC != 8 || j != KC>>1)
170                 for(i = 0; i < 4; i++) tk[j][i] ^=      tk[j-1][i];
171             else
172                 for(i = 0; i < 4; i++) tk[j][i] ^= sbox[tk[j-1][i]];
173         }
174     }
175
176     if(decrypt){
177         for(i=1; i<rounds; i++){
178             uint8_t tmp[3][16];
179             memcpy(tmp[2], a->round_key[i][0], 16);
180             subshift(tmp[1], 0, sbox);
181             mix(tmp, dec_multbl, 1, 3);
182             memcpy(a->round_key[i][0], tmp[0], 16);
183         }
184     }else{
185         for(i=0; i<(rounds+1)>>1; i++){
186             for(j=0; j<16; j++)
187                 FFSWAP(int, a->round_key[i][0][j], a->round_key[rounds-i][0][j]);
188         }
189     }
190
191     return 0;
192 }
193
194 #ifdef TEST
195 #include "log.h"
196
197 #undef random
198
199 int main(void){
200     int i,j;
201     AVAES ae, ad, b;
202     uint8_t rkey[2][16]= {
203         {0},
204         {0x10, 0xa5, 0x88, 0x69, 0xd7, 0x4b, 0xe5, 0xa3, 0x74, 0xcf, 0x86, 0x7c, 0xfb, 0x47, 0x38, 0x59}};
205     uint8_t pt[16], rpt[2][16]= {
206         {0x6a, 0x84, 0x86, 0x7c, 0xd7, 0x7e, 0x12, 0xad, 0x07, 0xea, 0x1b, 0xe8, 0x95, 0xc5, 0x3f, 0xa3},
207         {0}};
208     uint8_t rct[2][16]= {
209         {0x73, 0x22, 0x81, 0xc0, 0xa0, 0xaa, 0xb8, 0xf7, 0xa5, 0x4a, 0x0c, 0x67, 0xa0, 0xc4, 0x5e, 0xcf},
210         {0x6d, 0x25, 0x1e, 0x69, 0x44, 0xb0, 0x51, 0xe0, 0x4e, 0xaa, 0x6f, 0xb4, 0xdb, 0xf7, 0x84, 0x65}};
211     uint8_t temp[16];
212
213     av_aes_init(&ae, "PI=3.141592654..", 128, 0);
214     av_aes_init(&ad, "PI=3.141592654..", 128, 1);
215     av_log_level= AV_LOG_DEBUG;
216
217     for(i=0; i<2; i++){
218         av_aes_init(&b, rkey[i], 128, 1);
219         av_aes_crypt(&b, temp, rct[i], 1, NULL, 1);
220         for(j=0; j<16; j++)
221             if(rpt[i][j] != temp[j])
222                 av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %02X %02X\n", j, rpt[i][j], temp[j]);
223     }
224
225     for(i=0; i<10000; i++){
226         for(j=0; j<16; j++){
227             pt[j]= random();
228         }
229 {START_TIMER
230         av_aes_crypt(&ae, temp, pt, 1, NULL, 0);
231         if(!(i&(i-1)))
232             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%02X %02X %02X %02X\n", temp[0], temp[5], temp[10], temp[15]);
233         av_aes_crypt(&ad, temp, temp, 1, NULL, 1);
234 STOP_TIMER("aes")}
235         for(j=0; j<16; j++){
236             if(pt[j] != temp[j]){
237                 av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %d %02X %02X\n", i,j, pt[j], temp[j]);
238             }
239         }
240     }
241     return 0;
242 }
243 #endif