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[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 state[2], uint64_t round_key[2]){
  49     state[0] ^= round_key[0];
  50     state[1] ^= round_key[1];
  51 }
  52
  53 static void subshift(uint8_t s0[4], uint8_t s1[4], uint8_t s2[4], uint8_t s3[4], uint8_t *box){
  54     int t;
  55              s0[0]=box[s0[ 0]]; s0[ 4]=box[s0[ 4]];          s0[ 8]=box[s0[ 8]]; s0[12]=box[s0[12]];
  56     t=s1[0]; s1[0]=box[s1[ 4]]; s1[ 4]=box[s1[ 8]];          s1[ 8]=box[s1[12]]; s1[12]=box[t];
  57     t=s2[0]; s2[0]=box[s2[ 8]]; s2[ 8]=box[    t]; t=s2[ 4]; s2[ 4]=box[s2[12]]; s2[12]=box[t];
  58     t=s3[0]; s3[0]=box[s3[12]]; s3[12]=box[s3[ 8]];          s3[ 8]=box[s3[ 4]]; s3[ 4]=box[t];
  59 }
  60
  61 #define ROT(x,s) ((x<<s)|(x>>(32-s)))
  62 #if 0
  63 static inline void mix(uint8_t state[4][4], uint32_t multbl[4][256]){
  64     int i;
  65     for(i=0; i<4; i++)
  66 #ifdef CONFIG_SMALL
  67         ((uint32_t *)(state))[i] =     multbl[0][state[i][0]]     ^ ROT(multbl[0][state[i][1]], 8)
  68                                   ^ROT(multbl[0][state[i][2]],16) ^ ROT(multbl[0][state[i][3]],24);
  69 #else
  70         ((uint32_t *)(state))[i] = multbl[0][state[i][0]] ^ multbl[1][state[i][1]]
  71                                   ^multbl[2][state[i][2]] ^ multbl[3][state[i][3]];
  72 #endif
  73 }
  74 #endif
  75 static inline void mix2(uint8_t state[4][4], uint32_t multbl[4][256], int s1, int s3){
  76     int a = multbl[0][state[0][0]] ^ multbl[1][state[s1  ][1]]
  77            ^multbl[2][state[2][2]] ^ multbl[3][state[s3  ][3]];
  78     int b = multbl[0][state[1][0]] ^ multbl[1][state[s3-1][1]]
  79            ^multbl[2][state[3][2]] ^ multbl[3][state[s1-1][3]];
  80     int c = multbl[0][state[2][0]] ^ multbl[1][state[s3  ][1]]
  81            ^multbl[2][state[0][2]] ^ multbl[3][state[s1  ][3]];
  82     int d = multbl[0][state[3][0]] ^ multbl[1][state[s1-1][1]]
  83            ^multbl[2][state[1][2]] ^ multbl[3][state[s3-1][3]];
  84
  85     ((uint32_t *)(state))[0]=a;
  86     ((uint32_t *)(state))[1]=b;
  87     ((uint32_t *)(state))[2]=c;
  88     ((uint32_t *)(state))[3]=d;
  89 }
  90
  91 static inline void crypt(AVAES *a, int s, uint8_t *sbox, uint32_t *multbl){
  92     int r;
  93
  94     for(r=a->rounds; r>1; r--){
  95         addkey(a->state, a->round_key[r]);
  96         mix2(a->state, multbl, 3-s, 1+s);
  97     }
  98     addkey(a->state, a->round_key[1]);
  99     subshift(a->state[0], a->state[0]+3-s, a->state[0]+2, a->state[0]+1+s, sbox);
 100     addkey(a->state, a->round_key[0]);
 101 }
 102
 103 static void aes_decrypt(AVAES *a){
 104     crypt(a, 0, inv_sbox, dec_multbl);
 105 }
 106
 107 static void aes_encrypt(AVAES *a){
 108     crypt(a, 2, sbox, enc_multbl);
 109 }
 110
 111 static void init_multbl2(uint8_t tbl[1024], int c[4], uint8_t *log8, uint8_t *alog8, uint8_t *sbox){
 112     int i, j;
 113     for(i=0; i<1024; i++){
 114         int x= sbox[i>>2];
 115         if(x) tbl[i]= alog8[ log8[x] + log8[c[i&3]] ];
 116     }
 117 #ifndef CONFIG_SMALL
 118     for(j=256; j<1024; j++)
 119         for(i=0; i<4; i++)
 120             tbl[4*j+i]= tbl[4*j + ((i-1)&3) - 1024];
 121 #endif
 122 }
 123
 124 // this is based on the reference AES code by Paulo Barreto and Vincent Rijmen
 125 int av_aes_init(AVAES *a, uint8_t *key, int key_bits, int decrypt) {
 126     int i, j, t, rconpointer = 0;
 127     uint8_t tk[8][4];
 128     int KC= key_bits>>5;
 129     int rounds= KC + 6;
 130     uint8_t  log8[256];
 131     uint8_t alog8[512];
 132
 133     if(!enc_multbl[4][1023]){
 134         j=1;
 135         for(i=0; i<255; i++){
 136             alog8[i]=
 137             alog8[i+255]= j;
 138             log8[j]= i;
 139             j^= j+j;
 140             if(j>255) j^= 0x11B;
 141         }
 142         for(i=0; i<256; i++){
 143             j= i ? alog8[255-log8[i]] : 0;
 144             j ^= (j<<1) ^ (j<<2) ^ (j<<3) ^ (j<<4);
 145             j = (j ^ (j>>8) ^ 99) & 255;
 146             inv_sbox[j]= i;
 147             sbox    [i]= j;
 148         }
 149         init_multbl2(dec_multbl[0], (int[4]){0xe, 0x9, 0xd, 0xb}, log8, alog8, inv_sbox);
 150         init_multbl2(enc_multbl[0], (int[4]){0x2, 0x1, 0x1, 0x3}, log8, alog8, sbox);
 151     }
 152
 153     if(key_bits!=128 && key_bits!=192 && key_bits!=256)
 154         return -1;
 155
 156     a->rounds= rounds;
 157
 158     memcpy(tk, key, KC*4);
 159
 160     for(t= 0; t < (rounds+1)*4;) {
 161         memcpy(a->round_key[0][t], tk, KC*4);
 162         t+= KC;
 163
 164         for(i = 0; i < 4; i++)
 165             tk[0][i] ^= sbox[tk[KC-1][(i+1)&3]];
 166         tk[0][0] ^= rcon[rconpointer++];
 167
 168         for(j = 1; j < KC; j++){
 169             if(KC != 8 || j != KC>>1)
 170                 for(i = 0; i < 4; i++) tk[j][i] ^=      tk[j-1][i];
 171             else
 172                 for(i = 0; i < 4; i++) tk[j][i] ^= sbox[tk[j-1][i]];
 173         }
 174     }
 175
 176     if(decrypt){
 177         for(i=1; i<rounds; i++){
 178             subshift(a->round_key[i][0], a->round_key[i][0]+3, a->round_key[i][0]+2, a->round_key[i][0]+1, sbox);
 179             mix2(a->round_key[i], dec_multbl, 1, 3);
 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
 207     av_aes_init(&ae, "PI=3.141592654..", 128, 0);
 208     av_aes_init(&ad, "PI=3.141592654..", 128, 1);
 209     av_log_level= AV_LOG_DEBUG;
 210
 211     for(i=0; i<2; i++){
 212         av_aes_init(&b, rkey[i], 128, 1);
 213         memcpy(b.state, rct[i], 16);
 214         aes_decrypt(&b);
 215         for(j=0; j<16; j++)
 216             if(rpt[i][j] != b.state[0][j])
 217                 av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %02X %02X\n", j, rpt[i][j], b.state[0][j]);
 218     }
 219
 220     for(i=0; i<10000; i++){
 221         for(j=0; j<16; j++){
 222             pt[j]= random();
 223         }
 224         memcpy(ae.state, pt, 16);
 225 {START_TIMER
 226         aes_encrypt(&ae);
 227         if(!(i&(i-1)))
 228             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]);
 229         memcpy(ad.state, ae.state, 16);
 230         aes_decrypt(&ad);
 231 STOP_TIMER("aes")}
 232         for(j=0; j<16; j++){
 233             if(pt[j] != ad.state[0][j]){
 234                 av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %d %02X %02X\n", i,j, pt[j], ad.state[0][j]);
 235             }
 236         }
 237     }
 238     return 0;
 239 }
 240 #endif