1 test vector
[ffmpeg.git] / libavutil / aes.c
1 /*
2  * copyright (c) 2007 Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at> and Reimar Doeffinger
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
21 #include "common.h"
22 #include "log.h"
23 #include "aes.h"
24
25 typedef struct AVAES{
26     uint8_t round_key[15][4][4];
27     uint8_t state[4][4];
28     int rounds;
29 }AVAES;
30
31 static const uint8_t rcon[11] = {
32   0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80, 0x1b, 0x36, 0x6c
33 };
34
35 static uint8_t     sbox[256];
36 static uint8_t inv_sbox[256];
37 #ifdef CONFIG_SMALL
38 static uint32_t enc_multbl[1][256];
39 static uint32_t dec_multbl[1][256];
40 #else
41 static uint32_t enc_multbl[4][256];
42 static uint32_t dec_multbl[4][256];
43 #endif
44
45 static inline void addkey(uint64_t state[2], uint64_t round_key[2]){
46     state[0] ^= round_key[0];
47     state[1] ^= round_key[1];
48 }
49
50 #define SUBSHIFT0(s, box)         s[0]=box[s[ 0]]; s[ 4]=box[s[ 4]];          s[ 8]=box[s[ 8]]; s[12]=box[s[12]];
51 #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];
52 #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];
53 #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];
54
55 #define ROT(x,s) ((x<<s)|(x>>(32-s)))
56
57 static inline void mix(uint8_t state[4][4], uint32_t multbl[4][256]){
58     int i;
59     for(i=0; i<4; i++)
60 #ifdef CONFIG_SMALL
61         ((uint32_t *)(state))[i] =     multbl[0][state[i][0]]     ^ ROT(multbl[0][state[i][1]], 8)
62                                   ^ROT(multbl[0][state[i][2]],16) ^ ROT(multbl[0][state[i][3]],24);
63
64 #else
65         ((uint32_t *)(state))[i] = multbl[0][state[i][0]] ^ multbl[1][state[i][1]]
66                                   ^multbl[2][state[i][2]] ^ multbl[3][state[i][3]];
67 #endif
68 }
69
70 void av_aes_decrypt(AVAES *a){
71     int t, r;
72
73     addkey(a->state, a->round_key[a->rounds]);
74     for(r=a->rounds-1; r>=0; r--){
75         if(r!=a->rounds-1)
76             mix(a->state, dec_multbl);
77         SUBSHIFT0((a->state[0]+0), inv_sbox)
78         SUBSHIFT3((a->state[0]+1), inv_sbox)
79         SUBSHIFT2((a->state[0]+2), inv_sbox)
80         SUBSHIFT1((a->state[0]+3), inv_sbox)
81         addkey(a->state, a->round_key[r]);
82     }
83 }
84
85 void av_aes_encrypt(AVAES *a){
86     int r, t;
87
88     for(r=0; r<a->rounds; r++){
89         addkey(a->state, a->round_key[r]);
90         SUBSHIFT0((a->state[0]+0), sbox)
91         SUBSHIFT1((a->state[0]+1), sbox)
92         SUBSHIFT2((a->state[0]+2), sbox)
93         SUBSHIFT3((a->state[0]+3), sbox)
94         if(r!=a->rounds-1)
95             mix(a->state, enc_multbl); //FIXME replace log8 by const / optimze mix as this can be simplified alot
96     }
97     addkey(a->state, a->round_key[r]);
98 }
99
100 static init_multbl(uint8_t tbl[1024], int c[4], uint8_t *log8, uint8_t *alog8){
101     int i;
102     for(i=4; i<1024; i++)
103         tbl[i]= alog8[ log8[i/4] + log8[c[i&3]] ];
104 }
105
106 // this is based on the reference AES code by Paulo Barreto and Vincent Rijmen
107 AVAES *av_aes_init(uint8_t *key, int key_bits) {
108     AVAES *a;
109     int i, j, t, rconpointer = 0;
110     uint8_t tk[8][4];
111     int KC= key_bits/32;
112     int rounds= KC + 6;
113     uint8_t  log8[256];
114     uint8_t alog8[512];
115
116     if(!sbox[255]){
117         j=1;
118         for(i=0; i<255; i++){
119             alog8[i]=
120             alog8[i+255]= j;
121             log8[j]= i;
122             j^= j+j;
123             if(j>255) j^= 0x11B;
124         }
125         log8[0]= 255;
126         for(i=0; i<256; i++){
127             j= i ? alog8[255-log8[i]] : 0;
128             j ^= (j<<1) ^ (j<<2) ^ (j<<3) ^ (j<<4);
129             j = (j ^ (j>>8) ^ 99) & 255;
130             inv_sbox[j]= i;
131             sbox    [i]= j;
132 //            av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d, ", log8[i]);
133         }
134         init_multbl(dec_multbl[0], (int[4]){0xe, 0x9, 0xd, 0xb}, log8, alog8);
135 #ifndef CONFIG_SMALL
136         init_multbl(dec_multbl[1], (int[4]){0xb, 0xe, 0x9, 0xd}, log8, alog8);
137         init_multbl(dec_multbl[2], (int[4]){0xd, 0xb, 0xe, 0x9}, log8, alog8);
138         init_multbl(dec_multbl[3], (int[4]){0x9, 0xd, 0xb, 0xe}, log8, alog8);
139 #endif
140         init_multbl(enc_multbl[0], (int[4]){0x2, 0x1, 0x1, 0x3}, log8, alog8);
141 #ifndef CONFIG_SMALL
142         init_multbl(enc_multbl[1], (int[4]){0x3, 0x2, 0x1, 0x1}, log8, alog8);
143         init_multbl(enc_multbl[2], (int[4]){0x1, 0x3, 0x2, 0x1}, log8, alog8);
144         init_multbl(enc_multbl[3], (int[4]){0x1, 0x1, 0x3, 0x2}, log8, alog8);
145 #endif
146     }
147
148     if(key_bits!=128 && key_bits!=192 && key_bits!=256)
149         return NULL;
150
151     a= av_malloc(sizeof(AVAES));
152     a->rounds= rounds;
153
154     memcpy(tk, key, KC*4);
155
156     for(t= 0; t < (rounds+1)*4;) {
157         memcpy(a->round_key[0][t], tk, KC*4);
158         t+= KC;
159
160         for(i = 0; i < 4; i++)
161             tk[0][i] ^= sbox[tk[KC-1][(i+1)&3]];
162         tk[0][0] ^= rcon[rconpointer++];
163
164         for(j = 1; j < KC; j++){
165             if(KC != 8 || j != KC/2)
166                 for(i = 0; i < 4; i++) tk[j][i] ^=      tk[j-1][i];
167             else
168                 for(i = 0; i < 4; i++) tk[j][i] ^= sbox[tk[j-1][i]];
169         }
170     }
171     return a;
172 }
173
174 #ifdef TEST
175
176 int main(){
177     int i,j,k;
178     AVAES *a= av_aes_init("PI=3.141592654..", 128);
179     uint8_t zero[16]= {0};
180     AVAES *b= av_aes_init(zero, 128);
181     uint8_t pt[16]= {0x6a, 0x84, 0x86, 0x7c, 0xd7, 0x7e, 0x12, 0xad, 0x07, 0xea, 0x1b, 0xe8, 0x95, 0xc5, 0x3f, 0xa3};
182     uint8_t ct[16]= {0x73, 0x22, 0x81, 0xc0, 0xa0, 0xaa, 0xb8, 0xf7, 0xa5, 0x4a, 0x0c, 0x67, 0xa0, 0xc4, 0x5e, 0xcf};
183
184     av_log_level= AV_LOG_DEBUG;
185
186     memcpy(b->state, ct, 16);
187     av_aes_decrypt(b);
188     for(j=0; j<16; j++)
189         if(pt[j] != b->state[0][j]){
190             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %02X %02X\n", j, pt[j], b->state[0][j]);
191         }
192
193     for(i=0; i<10000; i++){
194         for(j=0; j<16; j++){
195             pt[j]= random();
196         }
197         memcpy(a->state, pt, 16);
198 {START_TIMER
199         av_aes_encrypt(a);
200         if(!(i&(i-1)))
201             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%02X %02X %02X %02X\n", a->state[0][0], a->state[1][1], a->state[2][2], a->state[3][3]);
202         av_aes_decrypt(a);
203 STOP_TIMER("aes")}
204         for(j=0; j<16; j++){
205             if(pt[j] != a->state[0][j]){
206                 av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %d %02X %02X\n", i,j, pt[j], a->state[0][j]);
207             }
208         }
209     }
210     return 0;
211 }
212 #endif