git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - 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