git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavutil/aes.c

   1 /*
   2  * copyright (c) 2007 Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
   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  * some optimization ideas from aes128.c by Reimar Doeffinger
  21  */
  22
  23 #include "common.h"
  24 #include "aes.h"
  25
  26 typedef struct AVAES{
  27     uint8_t round_key[15][4][4];
  28     uint8_t state[2][4][4];
  29     int rounds;
  30 }AVAES;
  31
  32 const int av_aes_size= sizeof(AVAES);
  33
  34 static const uint8_t rcon[10] = {
  35   0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80, 0x1b, 0x36
  36 };
  37
  38 static uint8_t     sbox[256];
  39 static uint8_t inv_sbox[256];
  40 #ifdef CONFIG_SMALL
  41 static uint32_t enc_multbl[1][256];
  42 static uint32_t dec_multbl[1][256];
  43 #else
  44 static uint32_t enc_multbl[4][256];
  45 static uint32_t dec_multbl[4][256];
  46 #endif
  47
  48 static inline void addkey(uint64_t dst[2], uint64_t src[2], uint64_t round_key[2]){
  49     dst[0] = src[0] ^ round_key[0];
  50     dst[1] = src[1] ^ round_key[1];
  51 }
  52
  53 static void subshift(uint8_t s0[2][16], int s, uint8_t *box){
  54     uint8_t (*s1)[16]= s0[0] - s;
  55     uint8_t (*s3)[16]= s0[0] + s;
  56     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]];
  57     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]];
  58     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]];
  59     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]];
  60 }
  61
  62 #define ROT(x,s) ((x<<s)|(x>>(32-s)))
  63 #if 0
  64 static inline void mix(uint8_t state[4][4], uint32_t multbl[4][256]){
  65     int i;
  66     for(i=0; i<4; i++)
  67 #ifdef CONFIG_SMALL
  68         ((uint32_t *)(state))[i] =     multbl[0][state[i][0]]     ^ ROT(multbl[0][state[i][1]], 8)
  69                                   ^ROT(multbl[0][state[i][2]],16) ^ ROT(multbl[0][state[i][3]],24);
  70 #else
  71         ((uint32_t *)(state))[i] = multbl[0][state[i][0]] ^ multbl[1][state[i][1]]
  72                                   ^multbl[2][state[i][2]] ^ multbl[3][state[i][3]];
  73 #endif
  74 }
  75 #endif
  76
  77 static inline void mix(uint8_t state[2][4][4], uint32_t multbl[4][256], int s1, int s3){
  78     ((uint32_t *)(state))[0] = multbl[0][state[1][0][0]] ^ multbl[1][state[1][s1  ][1]]
  79                               ^multbl[2][state[1][2][2]] ^ multbl[3][state[1][s3  ][3]];
  80     ((uint32_t *)(state))[1] = multbl[0][state[1][1][0]] ^ multbl[1][state[1][s3-1][1]]
  81                               ^multbl[2][state[1][3][2]] ^ multbl[3][state[1][s1-1][3]];
  82     ((uint32_t *)(state))[2] = multbl[0][state[1][2][0]] ^ multbl[1][state[1][s3  ][1]]
  83                               ^multbl[2][state[1][0][2]] ^ multbl[3][state[1][s1  ][3]];
  84     ((uint32_t *)(state))[3] = multbl[0][state[1][3][0]] ^ multbl[1][state[1][s1-1][1]]
  85                               ^multbl[2][state[1][1][2]] ^ multbl[3][state[1][s3-1][3]];
  86 }
  87
  88 static inline void crypt(AVAES *a, int s, uint8_t *sbox, uint32_t *multbl, uint8_t *dst, uint8_t *src){
  89     int r;
  90
  91     addkey(a->state[1], src, a->round_key[a->rounds]);
  92     for(r=a->rounds-1; r>0; r--){
  93         mix(a->state, multbl, 3-s, 1+s);
  94         addkey(a->state[1], a->state[0], a->round_key[r]);
  95     }
  96     subshift(a->state[0][0], s, sbox);
  97     addkey(dst, a->state[0], a->round_key[0]);
  98 }
  99
 100 static void aes_decrypt(AVAES *a, uint8_t *dst, uint8_t *src){
 101     crypt(a, 0, inv_sbox, dec_multbl, dst, src);
 102 }
 103
 104 static void aes_encrypt(AVAES *a, uint8_t *dst, uint8_t *src){
 105     crypt(a, 2, sbox, enc_multbl, dst, src);
 106 }
 107
 108 static void init_multbl2(uint8_t tbl[1024], int c[4], uint8_t *log8, uint8_t *alog8, uint8_t *sbox){
 109     int i, j;
 110     for(i=0; i<1024; i++){
 111         int x= sbox[i>>2];
 112         if(x) tbl[i]= alog8[ log8[x] + log8[c[i&3]] ];
 113     }
 114 #ifndef CONFIG_SMALL
 115     for(j=256; j<1024; j++)
 116         for(i=0; i<4; i++)
 117             tbl[4*j+i]= tbl[4*j + ((i-1)&3) - 1024];
 118 #endif
 119 }
 120
 121 // this is based on the reference AES code by Paulo Barreto and Vincent Rijmen
 122 int av_aes_init(AVAES *a, uint8_t *key, int key_bits, int decrypt) {
 123     int i, j, t, rconpointer = 0;
 124     uint8_t tk[8][4];
 125     int KC= key_bits>>5;
 126     int rounds= KC + 6;
 127     uint8_t  log8[256];
 128     uint8_t alog8[512];
 129
 130     if(!enc_multbl[4][1023]){
 131         j=1;
 132         for(i=0; i<255; i++){
 133             alog8[i]=
 134             alog8[i+255]= j;
 135             log8[j]= i;
 136             j^= j+j;
 137             if(j>255) j^= 0x11B;
 138         }
 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         }
 146         init_multbl2(dec_multbl[0], (int[4]){0xe, 0x9, 0xd, 0xb}, log8, alog8, inv_sbox);
 147         init_multbl2(enc_multbl[0], (int[4]){0x2, 0x1, 0x1, 0x3}, log8, alog8, sbox);
 148     }
 149
 150     if(key_bits!=128 && key_bits!=192 && key_bits!=256)
 151         return -1;
 152
 153     a->rounds= rounds;
 154
 155     memcpy(tk, key, KC*4);
 156
 157     for(t= 0; t < (rounds+1)*4;) {
 158         memcpy(a->round_key[0][t], tk, KC*4);
 159         t+= KC;
 160
 161         for(i = 0; i < 4; i++)
 162             tk[0][i] ^= sbox[tk[KC-1][(i+1)&3]];
 163         tk[0][0] ^= rcon[rconpointer++];
 164
 165         for(j = 1; j < KC; j++){
 166             if(KC != 8 || j != KC>>1)
 167                 for(i = 0; i < 4; i++) tk[j][i] ^=      tk[j-1][i];
 168             else
 169                 for(i = 0; i < 4; i++) tk[j][i] ^= sbox[tk[j-1][i]];
 170         }
 171     }
 172
 173     if(decrypt){
 174         for(i=1; i<rounds; i++){
 175             uint8_t tmp[3][16];
 176             memcpy(tmp[2], a->round_key[i][0], 16);
 177             subshift(tmp[1], 0, sbox);
 178             mix(tmp, dec_multbl, 1, 3);
 179             memcpy(a->round_key[i][0], tmp[0], 16);
 180         }
 181     }else{
 182         for(i=0; i<(rounds+1)>>1; i++){
 183             for(j=0; j<16; j++)
 184                 FFSWAP(int, a->round_key[i][0][j], a->round_key[rounds-i][0][j]);
 185         }
 186     }
 187
 188     return 0;
 189 }
 190
 191 #ifdef TEST
 192 #include "log.h"
 193
 194 int main(){
 195     int i,j;
 196     AVAES ae, ad, b;
 197     uint8_t rkey[2][16]= {
 198         {0},
 199         {0x10, 0xa5, 0x88, 0x69, 0xd7, 0x4b, 0xe5, 0xa3, 0x74, 0xcf, 0x86, 0x7c, 0xfb, 0x47, 0x38, 0x59}};
 200     uint8_t pt[16], rpt[2][16]= {
 201         {0x6a, 0x84, 0x86, 0x7c, 0xd7, 0x7e, 0x12, 0xad, 0x07, 0xea, 0x1b, 0xe8, 0x95, 0xc5, 0x3f, 0xa3},
 202         {0}};
 203     uint8_t rct[2][16]= {
 204         {0x73, 0x22, 0x81, 0xc0, 0xa0, 0xaa, 0xb8, 0xf7, 0xa5, 0x4a, 0x0c, 0x67, 0xa0, 0xc4, 0x5e, 0xcf},
 205         {0x6d, 0x25, 0x1e, 0x69, 0x44, 0xb0, 0x51, 0xe0, 0x4e, 0xaa, 0x6f, 0xb4, 0xdb, 0xf7, 0x84, 0x65}};
 206     uint8_t temp[16];
 207
 208     av_aes_init(&ae, "PI=3.141592654..", 128, 0);
 209     av_aes_init(&ad, "PI=3.141592654..", 128, 1);
 210     av_log_level= AV_LOG_DEBUG;
 211
 212     for(i=0; i<2; i++){
 213         av_aes_init(&b, rkey[i], 128, 1);
 214         aes_decrypt(&b, temp, rct[i]);
 215         for(j=0; j<16; j++)
 216             if(rpt[i][j] != temp[j])
 217                 av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %02X %02X\n", j, rpt[i][j], temp[j]);
 218     }
 219
 220     for(i=0; i<10000; i++){
 221         for(j=0; j<16; j++){
 222             pt[j]= random();
 223         }
 224 {START_TIMER
 225         aes_encrypt(&ae, temp, pt);
 226         if(!(i&(i-1)))
 227             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%02X %02X %02X %02X\n", temp[0], temp[5], temp[10], temp[15]);
 228         aes_decrypt(&ad, temp, temp);
 229 STOP_TIMER("aes")}
 230         for(j=0; j<16; j++){
 231             if(pt[j] != temp[j]){
 232                 av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %d %02X %02X\n", i,j, pt[j], temp[j]);
 233             }
 234         }
 235     }
 236     return 0;
 237 }
 238 #endif