Merge commit '6151e9128ce2a84a443c82b78f5b5cb364ba2ab4'
[ffmpeg.git] / libavutil / aes.c
index 8ba623d..397ea77 100644 (file)
@@ -1,5 +1,7 @@
 /*
- * copyright (c) 2007 Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at> and Reimar Doeffinger
+ * copyright (c) 2007 Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
+ *
+ * some optimization ideas from aes128.c by Reimar Doeffinger
  *
  * This file is part of FFmpeg.
  *
  */
 
 #include "common.h"
-#include "log.h"
 #include "aes.h"
+#include "aes_internal.h"
+#include "intreadwrite.h"
+#include "timer.h"
+
+const int av_aes_size= sizeof(AVAES);
 
-typedef struct AVAES{
-    uint8_t round_key[15][4][4];
-    uint8_t state[4][4];
-    int rounds;
-}AVAES;
+struct AVAES *av_aes_alloc(void)
+{
+    return av_mallocz(sizeof(struct AVAES));
+}
 
 static const uint8_t rcon[10] = {
-  0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80, 0x1b, 0x36
+    0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80, 0x1b, 0x36
 };
 
 static uint8_t     sbox[256];
 static uint8_t inv_sbox[256];
-#ifdef CONFIG_SMALL
+#if CONFIG_SMALL
 static uint32_t enc_multbl[1][256];
 static uint32_t dec_multbl[1][256];
 #else
@@ -42,206 +47,222 @@ static uint32_t enc_multbl[4][256];
 static uint32_t dec_multbl[4][256];
 #endif
 
-static inline void addkey(uint64_t state[2], uint64_t round_key[2]){
-    state[0] ^= round_key[0];
-    state[1] ^= round_key[1];
-}
+#if HAVE_BIGENDIAN
+#   define ROT(x, s) (((x) >> (s)) | ((x) << (32-(s))))
+#else
+#   define ROT(x, s) (((x) << (s)) | ((x) >> (32-(s))))
+#endif
 
-#define SUBSHIFT0(s, box)         s[0]=box[s[ 0]]; s[ 4]=box[s[ 4]];          s[ 8]=box[s[ 8]]; s[12]=box[s[12]];
-#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];
-#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];
-#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];
+static inline void addkey(av_aes_block *dst, const av_aes_block *src,
+                          const av_aes_block *round_key)
+{
+    dst->u64[0] = src->u64[0] ^ round_key->u64[0];
+    dst->u64[1] = src->u64[1] ^ round_key->u64[1];
+}
 
-#define SUBSHIFT1x(s) t=s[0]; s[0]=s[ 4]; s[ 4]=s[ 8];          s[ 8]=s[12]; s[12]=t;
-#define SUBSHIFT2x(s) t=s[0]; s[0]=s[ 8]; s[ 8]=    t; t=s[ 4]; s[ 4]=s[12]; s[12]=t;
-#define SUBSHIFT3x(s) t=s[0]; s[0]=s[12]; s[12]=s[ 8];          s[ 8]=s[ 4]; s[ 4]=t;
+static inline void addkey_s(av_aes_block *dst, const uint8_t *src,
+                            const av_aes_block *round_key)
+{
+    dst->u64[0] = AV_RN64(src)     ^ round_key->u64[0];
+    dst->u64[1] = AV_RN64(src + 8) ^ round_key->u64[1];
+}
 
-#define ROT(x,s) ((x<<s)|(x>>(32-s)))
+static inline void addkey_d(uint8_t *dst, const av_aes_block *src,
+                            const av_aes_block *round_key)
+{
+    AV_WN64(dst,     src->u64[0] ^ round_key->u64[0]);
+    AV_WN64(dst + 8, src->u64[1] ^ round_key->u64[1]);
+}
 
-static inline void mix(uint8_t state[4][4], uint32_t multbl[4][256]){
-    int i;
-    for(i=0; i<4; i++)
-#ifdef CONFIG_SMALL
-        ((uint32_t *)(state))[i] =     multbl[0][state[i][0]]     ^ ROT(multbl[0][state[i][1]], 8)
-                                  ^ROT(multbl[0][state[i][2]],16) ^ ROT(multbl[0][state[i][3]],24);
+static void subshift(av_aes_block s0[2], int s, const uint8_t *box)
+{
+    av_aes_block *s1 = (av_aes_block *) (s0[0].u8 - s);
+    av_aes_block *s3 = (av_aes_block *) (s0[0].u8 + s);
+
+    s0[0].u8[ 0] = box[s0[1].u8[ 0]];
+    s0[0].u8[ 4] = box[s0[1].u8[ 4]];
+    s0[0].u8[ 8] = box[s0[1].u8[ 8]];
+    s0[0].u8[12] = box[s0[1].u8[12]];
+    s1[0].u8[ 3] = box[s1[1].u8[ 7]];
+    s1[0].u8[ 7] = box[s1[1].u8[11]];
+    s1[0].u8[11] = box[s1[1].u8[15]];
+    s1[0].u8[15] = box[s1[1].u8[ 3]];
+    s0[0].u8[ 2] = box[s0[1].u8[10]];
+    s0[0].u8[10] = box[s0[1].u8[ 2]];
+    s0[0].u8[ 6] = box[s0[1].u8[14]];
+    s0[0].u8[14] = box[s0[1].u8[ 6]];
+    s3[0].u8[ 1] = box[s3[1].u8[13]];
+    s3[0].u8[13] = box[s3[1].u8[ 9]];
+    s3[0].u8[ 9] = box[s3[1].u8[ 5]];
+    s3[0].u8[ 5] = box[s3[1].u8[ 1]];
+}
 
+static inline int mix_core(uint32_t multbl[][256], int a, int b, int c, int d)
+{
+#if CONFIG_SMALL
+    return multbl[0][a] ^ ROT(multbl[0][b], 8) ^ ROT(multbl[0][c], 16) ^ ROT(multbl[0][d], 24);
 #else
-        ((uint32_t *)(state))[i] = multbl[0][state[i][0]] ^ multbl[1][state[i][1]]
-                                  ^multbl[2][state[i][2]] ^ multbl[3][state[i][3]];
+    return multbl[0][a] ^ multbl[1][b] ^ multbl[2][c] ^ multbl[3][d];
 #endif
 }
 
-static inline void crypt(AVAES *a, int s, uint8_t *sbox, uint32_t *multbl){
-    int t, r;
+static inline void mix(av_aes_block state[2], uint32_t multbl[][256], int s1, int s3)
+{
+    uint8_t (*src)[4] = state[1].u8x4;
+    state[0].u32[0] = mix_core(multbl, src[0][0], src[s1    ][1], src[2][2], src[s3    ][3]);
+    state[0].u32[1] = mix_core(multbl, src[1][0], src[s3 - 1][1], src[3][2], src[s1 - 1][3]);
+    state[0].u32[2] = mix_core(multbl, src[2][0], src[s3    ][1], src[0][2], src[s1    ][3]);
+    state[0].u32[3] = mix_core(multbl, src[3][0], src[s1 - 1][1], src[1][2], src[s3 - 1][3]);
+}
+
+static inline void aes_crypt(AVAES *a, int s, const uint8_t *sbox,
+                         uint32_t multbl[][256])
+{
+    int r;
+
+    for (r = a->rounds - 1; r > 0; r--) {
+        mix(a->state, multbl, 3 - s, 1 + s);
+        addkey(&a->state[1], &a->state[0], &a->round_key[r]);
+    }
+
+    subshift(&a->state[0], s, sbox);
+}
 
-    for(r=a->rounds; r>1; r--){
-        addkey(a->state, a->round_key[r]);
-        SUBSHIFT3x((a->state[0]+1+s))
-        SUBSHIFT2x((a->state[0]+2))
-        SUBSHIFT1x((a->state[0]+3-s))
-        mix(a->state, multbl);
+static void aes_encrypt(AVAES *a, uint8_t *dst, const uint8_t *src,
+                        int count, uint8_t *iv, int rounds)
+{
+    while (count--) {
+        addkey_s(&a->state[1], src, &a->round_key[rounds]);
+        if (iv)
+            addkey_s(&a->state[1], iv, &a->state[1]);
+        aes_crypt(a, 2, sbox, enc_multbl);
+        addkey_d(dst, &a->state[0], &a->round_key[0]);
+        if (iv)
+            memcpy(iv, dst, 16);
+        src += 16;
+        dst += 16;
     }
-    addkey(a->state, a->round_key[1]);
-    SUBSHIFT0((a->state[0]+0  ), sbox)
-    SUBSHIFT3((a->state[0]+1+s), sbox)
-    SUBSHIFT2((a->state[0]+2  ), sbox)
-    SUBSHIFT1((a->state[0]+3-s), sbox)
-    addkey(a->state, a->round_key[0]);
 }
 
-void av_aes_decrypt(AVAES *a){
-    crypt(a, 0, inv_sbox, dec_multbl);
+static void aes_decrypt(AVAES *a, uint8_t *dst, const uint8_t *src,
+                        int count, uint8_t *iv, int rounds)
+{
+    while (count--) {
+        addkey_s(&a->state[1], src, &a->round_key[rounds]);
+        aes_crypt(a, 0, inv_sbox, dec_multbl);
+        if (iv) {
+            addkey_s(&a->state[0], iv, &a->state[0]);
+            memcpy(iv, src, 16);
+        }
+        addkey_d(dst, &a->state[0], &a->round_key[0]);
+        src += 16;
+        dst += 16;
+    }
 }
 
-void av_aes_encrypt(AVAES *a){
-    crypt(a, 2, sbox, enc_multbl);
+void av_aes_crypt(AVAES *a, uint8_t *dst, const uint8_t *src,
+                  int count, uint8_t *iv, int decrypt)
+{
+    a->crypt(a, dst, src, count, iv, a->rounds);
 }
 
-static init_multbl2(uint8_t tbl[1024], int c[4], uint8_t *log8, uint8_t *alog8, uint8_t *sbox){
+static void init_multbl2(uint32_t tbl[][256], const int c[4],
+                         const uint8_t *log8, const uint8_t *alog8,
+                         const uint8_t *sbox)
+{
     int i;
-    for(i=0; i<1024; i++){
-        int x= sbox[i/4];
-        if(x) tbl[i]= alog8[ log8[x] + log8[c[i&3]] ];
+
+    for (i = 0; i < 256; i++) {
+        int x = sbox[i];
+        if (x) {
+            int k, l, m, n;
+            x = log8[x];
+            k = alog8[x + log8[c[0]]];
+            l = alog8[x + log8[c[1]]];
+            m = alog8[x + log8[c[2]]];
+            n = alog8[x + log8[c[3]]];
+            tbl[0][i] = AV_NE(MKBETAG(k, l, m, n), MKTAG(k, l, m, n));
+#if !CONFIG_SMALL
+            tbl[1][i] = ROT(tbl[0][i], 8);
+            tbl[2][i] = ROT(tbl[0][i], 16);
+            tbl[3][i] = ROT(tbl[0][i], 24);
+#endif
+        }
     }
 }
 
-
 // this is based on the reference AES code by Paulo Barreto and Vincent Rijmen
-AVAES *av_aes_init(uint8_t *key, int key_bits, int decrypt) {
-    AVAES *a;
+int av_aes_init(AVAES *a, const uint8_t *key, int key_bits, int decrypt)
+{
     int i, j, t, rconpointer = 0;
     uint8_t tk[8][4];
-    int KC= key_bits/32;
-    int rounds= KC + 6;
-    uint8_t  log8[256];
+    int KC = key_bits >> 5;
+    int rounds = KC + 6;
+    uint8_t log8[256];
     uint8_t alog8[512];
 
-    if(!sbox[255]){
-        j=1;
-        for(i=0; i<255; i++){
-            alog8[i]=
-            alog8[i+255]= j;
-            log8[j]= i;
-            j^= j+j;
-            if(j>255) j^= 0x11B;
+    a->crypt = decrypt ? aes_decrypt : aes_encrypt;
+
+    if (!enc_multbl[FF_ARRAY_ELEMS(enc_multbl) - 1][FF_ARRAY_ELEMS(enc_multbl[0]) - 1]) {
+        j = 1;
+        for (i = 0; i < 255; i++) {
+            alog8[i] = alog8[i + 255] = j;
+            log8[j] = i;
+            j ^= j + j;
+            if (j > 255)
+                j ^= 0x11B;
         }
-        for(i=0; i<256; i++){
-            j= i ? alog8[255-log8[i]] : 0;
-            j ^= (j<<1) ^ (j<<2) ^ (j<<3) ^ (j<<4);
-            j = (j ^ (j>>8) ^ 99) & 255;
-            inv_sbox[j]= i;
-            sbox    [i]= j;
-//            av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d, ", log8[i]);
+        for (i = 0; i < 256; i++) {
+            j = i ? alog8[255 - log8[i]] : 0;
+            j ^= (j << 1) ^ (j << 2) ^ (j << 3) ^ (j << 4);
+            j = (j ^ (j >> 8) ^ 99) & 255;
+            inv_sbox[j] = i;
+            sbox[i]     = j;
         }
-        init_multbl2(dec_multbl[0], (int[4]){0xe, 0x9, 0xd, 0xb}, log8, alog8, inv_sbox);
-#ifndef CONFIG_SMALL
-        init_multbl2(dec_multbl[1], (int[4]){0xb, 0xe, 0x9, 0xd}, log8, alog8, inv_sbox);
-        init_multbl2(dec_multbl[2], (int[4]){0xd, 0xb, 0xe, 0x9}, log8, alog8, inv_sbox);
-        init_multbl2(dec_multbl[3], (int[4]){0x9, 0xd, 0xb, 0xe}, log8, alog8, inv_sbox);
-#endif
-        init_multbl2(enc_multbl[0], (int[4]){0x2, 0x1, 0x1, 0x3}, log8, alog8, sbox);
-#ifndef CONFIG_SMALL
-        init_multbl2(enc_multbl[1], (int[4]){0x3, 0x2, 0x1, 0x1}, log8, alog8, sbox);
-        init_multbl2(enc_multbl[2], (int[4]){0x1, 0x3, 0x2, 0x1}, log8, alog8, sbox);
-        init_multbl2(enc_multbl[3], (int[4]){0x1, 0x1, 0x3, 0x2}, log8, alog8, sbox);
-#endif
+        init_multbl2(dec_multbl, (const int[4]) { 0xe, 0x9, 0xd, 0xb },
+                     log8, alog8, inv_sbox);
+        init_multbl2(enc_multbl, (const int[4]) { 0x2, 0x1, 0x1, 0x3 },
+                     log8, alog8, sbox);
     }
 
-    if(key_bits!=128 && key_bits!=192 && key_bits!=256)
-        return NULL;
-
-    a= av_malloc(sizeof(AVAES));
-    a->rounds= rounds;
+    if (key_bits != 128 && key_bits != 192 && key_bits != 256)
+        return AVERROR(EINVAL);
 
-    memcpy(tk, key, KC*4);
+    a->rounds = rounds;
 
-    for(t= 0; t < (rounds+1)*4;) {
-        memcpy(a->round_key[0][t], tk, KC*4);
-        t+= KC;
+    memcpy(tk, key, KC * 4);
+    memcpy(a->round_key[0].u8, key, KC * 4);
 
-        for(i = 0; i < 4; i++)
-            tk[0][i] ^= sbox[tk[KC-1][(i+1)&3]];
+    for (t = KC * 4; t < (rounds + 1) * 16; t += KC * 4) {
+        for (i = 0; i < 4; i++)
+            tk[0][i] ^= sbox[tk[KC - 1][(i + 1) & 3]];
         tk[0][0] ^= rcon[rconpointer++];
 
-        for(j = 1; j < KC; j++){
-            if(KC != 8 || j != KC/2)
-                for(i = 0; i < 4; i++) tk[j][i] ^=      tk[j-1][i];
+        for (j = 1; j < KC; j++) {
+            if (KC != 8 || j != KC >> 1)
+                for (i = 0; i < 4; i++)
+                    tk[j][i] ^= tk[j - 1][i];
             else
-                for(i = 0; i < 4; i++) tk[j][i] ^= sbox[tk[j-1][i]];
+                for (i = 0; i < 4; i++)
+                    tk[j][i] ^= sbox[tk[j - 1][i]];
         }
-    }
 
-    if(decrypt){
-        for(i=1; i<rounds; i++){
-            for(j=0; j<16; j++)
-                a->round_key[i][0][j]= sbox[a->round_key[i][0][j]];
-            mix(a->round_key[i], dec_multbl);
-        }
-    }else{
-        for(i=0; i<(rounds+1)/2; i++){
-            for(j=0; j<16; j++)
-                FFSWAP(int, a->round_key[i][0][j], a->round_key[rounds-i][0][j]);
-        }
+        memcpy(a->round_key[0].u8 + t, tk, KC * 4);
     }
 
-    return a;
-}
-
-#ifdef TEST
-
-int main(){
-    int i,j,k;
-    AVAES *ae= av_aes_init("PI=3.141592654..", 128, 0);
-    AVAES *ad= av_aes_init("PI=3.141592654..", 128, 1);
-    uint8_t zero[16]= {0};
-    uint8_t pt[16]= {0x6a, 0x84, 0x86, 0x7c, 0xd7, 0x7e, 0x12, 0xad, 0x07, 0xea, 0x1b, 0xe8, 0x95, 0xc5, 0x3f, 0xa3};
-    uint8_t ct[16]= {0x73, 0x22, 0x81, 0xc0, 0xa0, 0xaa, 0xb8, 0xf7, 0xa5, 0x4a, 0x0c, 0x67, 0xa0, 0xc4, 0x5e, 0xcf};
-    AVAES *b= av_aes_init(zero, 128, 1);
-
-/*    uint8_t key[16]= {0x42, 0x78, 0xb8, 0x40, 0xfb, 0x44, 0xaa, 0xa7, 0x57, 0xc1, 0xbf, 0x04, 0xac, 0xbe, 0x1a, 0x3e};
-    uint8_t IV[16] = {0x57, 0xf0, 0x2a, 0x5c, 0x53, 0x39, 0xda, 0xeb, 0x0a, 0x29, 0x08, 0xa0, 0x6a, 0xc6, 0x39, 0x3f};
-    uint8_t pt[16] = {0x3c, 0x88, 0x8b, 0xbb, 0xb1, 0xa8, 0xeb, 0x9f, 0x3e, 0x9b, 0x87, 0xac, 0xaa, 0xd9, 0x86, 0xc4};
-//            66e2f7071c83083b8a557971918850e5
-    uint8_t ct[16] = {0x47, 0x9c, 0x89, 0xec, 0x14, 0xbc, 0x98, 0x99, 0x4e, 0x62, 0xb2, 0xc7, 0x05, 0xb5, 0x0, 0x14e};
-//             175bd7832e7e60a1e92aac568a861eb7*/
-    uint8_t ckey[16]= {0x10, 0xa5, 0x88, 0x69, 0xd7, 0x4b, 0xe5, 0xa3, 0x74, 0xcf, 0x86, 0x7c, 0xfb, 0x47, 0x38, 0x59};
-    uint8_t cct[16] = {0x6d, 0x25, 0x1e, 0x69, 0x44, 0xb0, 0x51, 0xe0, 0x4e, 0xaa, 0x6f, 0xb4, 0xdb, 0xf7, 0x84, 0x65};
-    AVAES *c= av_aes_init(ckey, 128, 1);
-
-    av_log_level= AV_LOG_DEBUG;
-
-    memcpy(b->state, ct, 16);
-    av_aes_decrypt(b);
-    for(j=0; j<16; j++)
-        if(pt[j] != b->state[0][j]){
-            av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %02X %02X\n", j, pt[j], b->state[0][j]);
-        }
-
-    memcpy(c->state, cct, 16);
-    av_aes_decrypt(c);
-    for(j=0; j<16; j++)
-        if(zero[j] != c->state[0][j]){
-            av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %02X %02X\n", j, zero[j], c->state[0][j]);
-        }
-
-    for(i=0; i<10000; i++){
-        for(j=0; j<16; j++){
-            pt[j]= random();
-        }
-        memcpy(ae->state, pt, 16);
-{START_TIMER
-        av_aes_encrypt(ae);
-        if(!(i&(i-1)))
-            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]);
-        memcpy(ad->state, ae->state, 16);
-        av_aes_decrypt(ad);
-STOP_TIMER("aes")}
-        for(j=0; j<16; j++){
-            if(pt[j] != ad->state[0][j]){
-                av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %d %02X %02X\n", i,j, pt[j], ad->state[0][j]);
-            }
+    if (decrypt) {
+        for (i = 1; i < rounds; i++) {
+            av_aes_block tmp[3];
+            tmp[2] = a->round_key[i];
+            subshift(&tmp[1], 0, sbox);
+            mix(tmp, dec_multbl, 1, 3);
+            a->round_key[i] = tmp[0];
         }
+    } else {
+        for (i = 0; i < (rounds + 1) >> 1; i++)
+            FFSWAP(av_aes_block, a->round_key[i], a->round_key[rounds - i]);
     }
+
     return 0;
 }
-#endif
+