indent
[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 SUBSHIFT1x(s) t=s[0]; s[0]=s[ 4]; s[ 4]=s[ 8];          s[ 8]=s[12]; s[12]=t;
56 #define SUBSHIFT2x(s) t=s[0]; s[0]=s[ 8]; s[ 8]=    t; t=s[ 4]; s[ 4]=s[12]; s[12]=t;
57 #define SUBSHIFT3x(s) t=s[0]; s[0]=s[12]; s[12]=s[ 8];          s[ 8]=s[ 4]; s[ 4]=t;
58
59 #define ROT(x,s) ((x<<s)|(x>>(32-s)))
60
61 static inline void mix(uint8_t state[4][4], uint32_t multbl[4][256]){
62     int i;
63     for(i=0; i<4; i++)
64 #ifdef CONFIG_SMALL
65         ((uint32_t *)(state))[i] =     multbl[0][state[i][0]]     ^ ROT(multbl[0][state[i][1]], 8)
66                                   ^ROT(multbl[0][state[i][2]],16) ^ ROT(multbl[0][state[i][3]],24);
67
68 #else
69         ((uint32_t *)(state))[i] = multbl[0][state[i][0]] ^ multbl[1][state[i][1]]
70                                   ^multbl[2][state[i][2]] ^ multbl[3][state[i][3]];
71 #endif
72 }
73
74 void av_aes_decrypt(AVAES *a){
75     int t, r;
76
77     for(r=a->rounds; r>1; r--){
78         addkey(a->state, a->round_key[r]);
79         SUBSHIFT3x((a->state[0]+1))
80         SUBSHIFT2x((a->state[0]+2))
81         SUBSHIFT1x((a->state[0]+3))
82         mix(a->state, dec_multbl);
83     }
84     addkey(a->state, a->round_key[1]);
85     SUBSHIFT0((a->state[0]+0), inv_sbox)
86     SUBSHIFT3((a->state[0]+1), inv_sbox)
87     SUBSHIFT2((a->state[0]+2), inv_sbox)
88     SUBSHIFT1((a->state[0]+3), inv_sbox)
89     addkey(a->state, a->round_key[0]);
90 }
91
92 void av_aes_encrypt(AVAES *a){
93     int r, t;
94
95     for(r=0; r<a->rounds-1; r++){
96         addkey(a->state, a->round_key[r]);
97         SUBSHIFT1x((a->state[0]+1))
98         SUBSHIFT2x((a->state[0]+2))
99         SUBSHIFT3x((a->state[0]+3))
100         mix(a->state, enc_multbl);
101     }
102     addkey(a->state, a->round_key[r]);
103     SUBSHIFT0((a->state[0]+0), sbox)
104     SUBSHIFT1((a->state[0]+1), sbox)
105     SUBSHIFT2((a->state[0]+2), sbox)
106     SUBSHIFT3((a->state[0]+3), sbox)
107     addkey(a->state, a->round_key[r+1]);
108 }
109
110 static init_multbl2(uint8_t tbl[1024], int c[4], uint8_t *log8, uint8_t *alog8, uint8_t *sbox){
111     int i;
112     for(i=0; i<1024; i++){
113         int x= sbox[i/4];
114         if(x) tbl[i]= alog8[ log8[x] + log8[c[i&3]] ];
115     }
116 }
117
118
119 // this is based on the reference AES code by Paulo Barreto and Vincent Rijmen
120 AVAES *av_aes_init(uint8_t *key, int key_bits, int decrypt) {
121     AVAES *a;
122     int i, j, t, rconpointer = 0;
123     uint8_t tk[8][4];
124     int KC= key_bits/32;
125     int rounds= KC + 6;
126     uint8_t  log8[256];
127     uint8_t alog8[512];
128
129     if(!sbox[255]){
130         j=1;
131         for(i=0; i<255; i++){
132             alog8[i]=
133             alog8[i+255]= j;
134             log8[j]= i;
135             j^= j+j;
136             if(j>255) j^= 0x11B;
137         }
138         log8[0]= 255;
139         for(i=0; i<256; i++){
140             j= i ? alog8[255-log8[i]] : 0;
141             j ^= (j<<1) ^ (j<<2) ^ (j<<3) ^ (j<<4);
142             j = (j ^ (j>>8) ^ 99) & 255;
143             inv_sbox[j]= i;
144             sbox    [i]= j;
145 //            av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d, ", log8[i]);
146         }
147         init_multbl2(dec_multbl[0], (int[4]){0xe, 0x9, 0xd, 0xb}, log8, alog8, inv_sbox);
148 #ifndef CONFIG_SMALL
149         init_multbl2(dec_multbl[1], (int[4]){0xb, 0xe, 0x9, 0xd}, log8, alog8, inv_sbox);
150         init_multbl2(dec_multbl[2], (int[4]){0xd, 0xb, 0xe, 0x9}, log8, alog8, inv_sbox);
151         init_multbl2(dec_multbl[3], (int[4]){0x9, 0xd, 0xb, 0xe}, log8, alog8, inv_sbox);
152 #endif
153         init_multbl2(enc_multbl[0], (int[4]){0x2, 0x1, 0x1, 0x3}, log8, alog8, sbox);
154 #ifndef CONFIG_SMALL
155         init_multbl2(enc_multbl[1], (int[4]){0x3, 0x2, 0x1, 0x1}, log8, alog8, sbox);
156         init_multbl2(enc_multbl[2], (int[4]){0x1, 0x3, 0x2, 0x1}, log8, alog8, sbox);
157         init_multbl2(enc_multbl[3], (int[4]){0x1, 0x1, 0x3, 0x2}, log8, alog8, sbox);
158 #endif
159     }
160
161     if(key_bits!=128 && key_bits!=192 && key_bits!=256)
162         return NULL;
163
164     a= av_malloc(sizeof(AVAES));
165     a->rounds= rounds;
166
167     memcpy(tk, key, KC*4);
168
169     for(t= 0; t < (rounds+1)*4;) {
170         memcpy(a->round_key[0][t], tk, KC*4);
171         t+= KC;
172
173         for(i = 0; i < 4; i++)
174             tk[0][i] ^= sbox[tk[KC-1][(i+1)&3]];
175         tk[0][0] ^= rcon[rconpointer++];
176
177         for(j = 1; j < KC; j++){
178             if(KC != 8 || j != KC/2)
179                 for(i = 0; i < 4; i++) tk[j][i] ^=      tk[j-1][i];
180             else
181                 for(i = 0; i < 4; i++) tk[j][i] ^= sbox[tk[j-1][i]];
182         }
183     }
184
185     if(decrypt){
186         for(i=1; i<rounds; i++){
187             for(j=0; j<16; j++)
188                 a->round_key[i][0][j]= sbox[a->round_key[i][0][j]];
189             mix(a->round_key[i], dec_multbl);
190         }
191     }
192
193     return a;
194 }
195
196 #ifdef TEST
197
198 int main(){
199     int i,j,k;
200     AVAES *ae= av_aes_init("PI=3.141592654..", 128, 0);
201     AVAES *ad= av_aes_init("PI=3.141592654..", 128, 1);
202     uint8_t zero[16]= {0};
203     uint8_t pt[16]= {0x6a, 0x84, 0x86, 0x7c, 0xd7, 0x7e, 0x12, 0xad, 0x07, 0xea, 0x1b, 0xe8, 0x95, 0xc5, 0x3f, 0xa3};
204     uint8_t ct[16]= {0x73, 0x22, 0x81, 0xc0, 0xa0, 0xaa, 0xb8, 0xf7, 0xa5, 0x4a, 0x0c, 0x67, 0xa0, 0xc4, 0x5e, 0xcf};
205     AVAES *b= av_aes_init(zero, 128, 1);
206
207 /*    uint8_t key[16]= {0x42, 0x78, 0xb8, 0x40, 0xfb, 0x44, 0xaa, 0xa7, 0x57, 0xc1, 0xbf, 0x04, 0xac, 0xbe, 0x1a, 0x3e};
208     uint8_t IV[16] = {0x57, 0xf0, 0x2a, 0x5c, 0x53, 0x39, 0xda, 0xeb, 0x0a, 0x29, 0x08, 0xa0, 0x6a, 0xc6, 0x39, 0x3f};
209     uint8_t pt[16] = {0x3c, 0x88, 0x8b, 0xbb, 0xb1, 0xa8, 0xeb, 0x9f, 0x3e, 0x9b, 0x87, 0xac, 0xaa, 0xd9, 0x86, 0xc4};
210 //            66e2f7071c83083b8a557971918850e5
211     uint8_t ct[16] = {0x47, 0x9c, 0x89, 0xec, 0x14, 0xbc, 0x98, 0x99, 0x4e, 0x62, 0xb2, 0xc7, 0x05, 0xb5, 0x0, 0x14e};
212 //             175bd7832e7e60a1e92aac568a861eb7*/
213     uint8_t ckey[16]= {0x10, 0xa5, 0x88, 0x69, 0xd7, 0x4b, 0xe5, 0xa3, 0x74, 0xcf, 0x86, 0x7c, 0xfb, 0x47, 0x38, 0x59};
214     uint8_t cct[16] = {0x6d, 0x25, 0x1e, 0x69, 0x44, 0xb0, 0x51, 0xe0, 0x4e, 0xaa, 0x6f, 0xb4, 0xdb, 0xf7, 0x84, 0x65};
215     AVAES *c= av_aes_init(ckey, 128, 1);
216
217     av_log_level= AV_LOG_DEBUG;
218
219     memcpy(b->state, ct, 16);
220     av_aes_decrypt(b);
221     for(j=0; j<16; j++)
222         if(pt[j] != b->state[0][j]){
223             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %02X %02X\n", j, pt[j], b->state[0][j]);
224         }
225
226     memcpy(c->state, cct, 16);
227     av_aes_decrypt(c);
228     for(j=0; j<16; j++)
229         if(zero[j] != c->state[0][j]){
230             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %02X %02X\n", j, zero[j], c->state[0][j]);
231         }
232
233     for(i=0; i<10000; i++){
234         for(j=0; j<16; j++){
235             pt[j]= random();
236         }
237         memcpy(ae->state, pt, 16);
238 {START_TIMER
239         av_aes_encrypt(ae);
240         if(!(i&(i-1)))
241             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]);
242         memcpy(ad->state, ae->state, 16);
243         av_aes_decrypt(ad);
244 STOP_TIMER("aes")}
245         for(j=0; j<16; j++){
246             if(pt[j] != ad->state[0][j]){
247                 av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %d %02X %02X\n", i,j, pt[j], ad->state[0][j]);
248             }
249         }
250     }
251     return 0;
252 }
253 #endif