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 #define SUBSHIFT0(s, box)         s[0]=box[s[ 0]]; s[ 4]=box[s[ 4]];          s[ 8]=box[s[ 8]]; s[12]=box[s[12]];
  54 #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];
  55 #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];
  56 #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];
  57
  58 #define SUBSHIFT1x(s) t=s[0]; s[0]=s[ 4]; s[ 4]=s[ 8];          s[ 8]=s[12]; s[12]=t;
  59 #define SUBSHIFT2x(s) t=s[0]; s[0]=s[ 8]; s[ 8]=    t; t=s[ 4]; s[ 4]=s[12]; s[12]=t;
  60 #define SUBSHIFT3x(s) t=s[0]; s[0]=s[12]; s[12]=s[ 8];          s[ 8]=s[ 4]; s[ 4]=t;
  61
  62 #define ROT(x,s) ((x<<s)|(x>>(32-s)))
  63
  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
  76 static inline void crypt(AVAES *a, int s, uint8_t *sbox, uint32_t *multbl){
  77     int t, r;
  78
  79     for(r=a->rounds; r>1; r--){
  80         addkey(a->state, a->round_key[r]);
  81         SUBSHIFT3x((a->state[0]+1+s))
  82         SUBSHIFT2x((a->state[0]+2))
  83         SUBSHIFT1x((a->state[0]+3-s))
  84         mix(a->state, multbl);
  85     }
  86     addkey(a->state, a->round_key[1]);
  87     SUBSHIFT0((a->state[0]+0  ), sbox)
  88     SUBSHIFT3((a->state[0]+1+s), sbox)
  89     SUBSHIFT2((a->state[0]+2  ), sbox)
  90     SUBSHIFT1((a->state[0]+3-s), sbox)
  91     addkey(a->state, a->round_key[0]);
  92 }
  93
  94 static void aes_decrypt(AVAES *a){
  95     crypt(a, 0, inv_sbox, dec_multbl);
  96 }
  97
  98 static void aes_encrypt(AVAES *a){
  99     crypt(a, 2, sbox, enc_multbl);
 100 }
 101
 102 static void init_multbl2(uint8_t tbl[1024], int c[4], uint8_t *log8, uint8_t *alog8, uint8_t *sbox){
 103     int i, j;
 104     for(i=0; i<1024; i++){
 105         int x= sbox[i>>2];
 106         if(x) tbl[i]= alog8[ log8[x] + log8[c[i&3]] ];
 107     }
 108 #ifndef CONFIG_SMALL
 109     for(j=256; j<1024; j++)
 110         for(i=0; i<4; i++)
 111             tbl[4*j+i]= tbl[4*j + ((i-1)&3) - 1024];
 112 #endif
 113 }
 114
 115 // this is based on the reference AES code by Paulo Barreto and Vincent Rijmen
 116 int av_aes_init(AVAES *a, uint8_t *key, int key_bits, int decrypt) {
 117     int i, j, t, rconpointer = 0;
 118     uint8_t tk[8][4];
 119     int KC= key_bits>>5;
 120     int rounds= KC + 6;
 121     uint8_t  log8[256];
 122     uint8_t alog8[512];
 123
 124     if(!enc_multbl[4][1023]){
 125         j=1;
 126         for(i=0; i<255; i++){
 127             alog8[i]=
 128             alog8[i+255]= j;
 129             log8[j]= i;
 130             j^= j+j;
 131             if(j>255) j^= 0x11B;
 132         }
 133         for(i=0; i<256; i++){
 134             j= i ? alog8[255-log8[i]] : 0;
 135             j ^= (j<<1) ^ (j<<2) ^ (j<<3) ^ (j<<4);
 136             j = (j ^ (j>>8) ^ 99) & 255;
 137             inv_sbox[j]= i;
 138             sbox    [i]= j;
 139         }
 140         init_multbl2(dec_multbl[0], (int[4]){0xe, 0x9, 0xd, 0xb}, log8, alog8, inv_sbox);
 141         init_multbl2(enc_multbl[0], (int[4]){0x2, 0x1, 0x1, 0x3}, log8, alog8, sbox);
 142     }
 143
 144     if(key_bits!=128 && key_bits!=192 && key_bits!=256)
 145         return -1;
 146
 147     a->rounds= rounds;
 148
 149     memcpy(tk, key, KC*4);
 150
 151     for(t= 0; t < (rounds+1)*4;) {
 152         memcpy(a->round_key[0][t], tk, KC*4);
 153         t+= KC;
 154
 155         for(i = 0; i < 4; i++)
 156             tk[0][i] ^= sbox[tk[KC-1][(i+1)&3]];
 157         tk[0][0] ^= rcon[rconpointer++];
 158
 159         for(j = 1; j < KC; j++){
 160             if(KC != 8 || j != KC>>1)
 161                 for(i = 0; i < 4; i++) tk[j][i] ^=      tk[j-1][i];
 162             else
 163                 for(i = 0; i < 4; i++) tk[j][i] ^= sbox[tk[j-1][i]];
 164         }
 165     }
 166
 167     if(decrypt){
 168         for(i=1; i<rounds; i++){
 169             for(j=0; j<16; j++)
 170                 a->round_key[i][0][j]= sbox[a->round_key[i][0][j]];
 171             mix(a->round_key[i], dec_multbl);
 172         }
 173     }else{
 174         for(i=0; i<(rounds+1)>>1; i++){
 175             for(j=0; j<16; j++)
 176                 FFSWAP(int, a->round_key[i][0][j], a->round_key[rounds-i][0][j]);
 177         }
 178     }
 179
 180     return 0;
 181 }
 182
 183 #ifdef TEST
 184 #include "log.h"
 185
 186 int main(){
 187     int i,j;
 188     AVAES ae, ad, b;
 189     uint8_t rkey[2][16]= {
 190         {0},
 191         {0x10, 0xa5, 0x88, 0x69, 0xd7, 0x4b, 0xe5, 0xa3, 0x74, 0xcf, 0x86, 0x7c, 0xfb, 0x47, 0x38, 0x59}};
 192     uint8_t pt[16], rpt[2][16]= {
 193         {0x6a, 0x84, 0x86, 0x7c, 0xd7, 0x7e, 0x12, 0xad, 0x07, 0xea, 0x1b, 0xe8, 0x95, 0xc5, 0x3f, 0xa3},
 194         {0}};
 195     uint8_t rct[2][16]= {
 196         {0x73, 0x22, 0x81, 0xc0, 0xa0, 0xaa, 0xb8, 0xf7, 0xa5, 0x4a, 0x0c, 0x67, 0xa0, 0xc4, 0x5e, 0xcf},
 197         {0x6d, 0x25, 0x1e, 0x69, 0x44, 0xb0, 0x51, 0xe0, 0x4e, 0xaa, 0x6f, 0xb4, 0xdb, 0xf7, 0x84, 0x65}};
 198
 199     av_aes_init(&ae, "PI=3.141592654..", 128, 0);
 200     av_aes_init(&ad, "PI=3.141592654..", 128, 1);
 201     av_log_level= AV_LOG_DEBUG;
 202
 203     for(i=0; i<2; i++){
 204         av_aes_init(&b, rkey[i], 128, 1);
 205         memcpy(b.state, rct[i], 16);
 206         aes_decrypt(&b);
 207         for(j=0; j<16; j++)
 208             if(rpt[i][j] != b.state[0][j])
 209                 av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %02X %02X\n", j, rpt[i][j], b.state[0][j]);
 210     }
 211
 212     for(i=0; i<10000; i++){
 213         for(j=0; j<16; j++){
 214             pt[j]= random();
 215         }
 216         memcpy(ae.state, pt, 16);
 217 {START_TIMER
 218         aes_encrypt(&ae);
 219         if(!(i&(i-1)))
 220             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]);
 221         memcpy(ad.state, ae.state, 16);
 222         aes_decrypt(&ad);
 223 STOP_TIMER("aes")}
 224         for(j=0; j<16; j++){
 225             if(pt[j] != ad.state[0][j]){
 226                 av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %d %02X %02X\n", i,j, pt[j], ad.state[0][j]);
 227             }
 228         }
 229     }
 230     return 0;
 231 }
 232 #endif