]> git.sesse.net Git - ffmpeg/blobdiff - libavutil/aes.c
msnwc_tcp: Use the correct return values
[ffmpeg] / libavutil / aes.c
index 05f35813605d35872d435183ff36472d1341a7c1..02a9281b77eb33cd97e86a806e805f60adf8e33a 100644 (file)
 /*
  * copyright (c) 2007 Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
  *
- * This file is part of FFmpeg.
+ * some optimization ideas from aes128.c by Reimar Doeffinger
  *
- * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
+ * This file is part of Libav.
+ *
+ * Libav is free software; you can redistribute it and/or
  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  * License as published by the Free Software Foundation; either
  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  *
- * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
+ * Libav is distributed in the hope that it will be useful,
  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  * Lesser General Public License for more details.
  *
  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
- * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
+ * License along with Libav; if not, write to the Free Software
  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  */
 
 #include "common.h"
-#include "log.h"
 #include "aes.h"
+#include "intreadwrite.h"
+#include "timer.h"
+
+typedef union {
+    uint64_t u64[2];
+    uint32_t u32[4];
+    uint8_t u8x4[4][4];
+    uint8_t u8[16];
+} av_aes_block;
 
-typedef struct AVAES{
-    uint8_t state[4][4];
-    uint8_t round_key[15][4][4];
+typedef struct AVAES {
+    // Note: round_key[16] is accessed in the init code, but this only
+    // overwrites state, which does not matter (see also commit ba554c0).
+    av_aes_block round_key[15];
+    av_aes_block state[2];
     int rounds;
-}AVAES;
+} AVAES;
 
-static const uint8_t rcon[30] = {
-  0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80,
-  0x1b, 0x36, 0x6c, 0xd8, 0xab, 0x4d, 0x9a, 0x2f,
-  0x5e, 0xbc, 0x63, 0xc6, 0x97, 0x35, 0x6a, 0xd4,
-  0xb3, 0x7d, 0xfa, 0xef, 0xc5, 0x91
+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
 };
 
-static uint8_t  log8[256];
-static uint8_t alog8[512];
 static uint8_t     sbox[256];
 static uint8_t inv_sbox[256];
+#if CONFIG_SMALL
+static uint32_t enc_multbl[1][256];
+static uint32_t dec_multbl[1][256];
+#else
+static uint32_t enc_multbl[4][256];
+static uint32_t dec_multbl[4][256];
+#endif
 
-static inline void addkey(uint32_t state[4], uint32_t round_key[4]){
-    int i;
-    for(i=0; i<4; i++)
-        state[i] ^= round_key[i]; //partial memory stall? FIXME benchmark
+#if HAVE_BIGENDIAN
+#   define ROT(x, s) ((x >> s) | (x << (32-s)))
+#else
+#   define ROT(x, s) ((x << s) | (x >> (32-s)))
+#endif
+
+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 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_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];
+}
 
-static inline int mul(int a, int b){
-    if(a==255) return 0;
-    else       return alog8[a+b];
+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], int c0, int c1, int c2, int c3){
-    uint8_t tmp[4][4];
-    int i, j;
+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);
 
-    for(i=0; i<16; i++)
-        tmp[0][i]= log8[ state[0][i] ];
-    for(j=0; j<4; j++)
-        for(i=0; i<4; i++)
-                state[j][i]= mul( tmp[j][ i      ], c0 )
-                            ^mul( tmp[j][(i+ 1)&3], c1 )
-                            ^mul( tmp[j][(i+ 2)&3], c2 )
-                            ^mul( tmp[j][(i+ 3)&3], c3 );
+    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
+    return multbl[0][a] ^ multbl[1][b] ^ multbl[2][c] ^ multbl[3][d];
+#endif
+}
+
+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]);
+}
 
-void av_aes_decrypt(AVAES *a){
-    int t, r;
+static inline void crypt(AVAES *a, int s, const uint8_t *sbox,
+                         uint32_t multbl[][256])
+{
+    int r;
 
-    for(r=a->rounds-1; r>=0; r--){
-        if(r==a->rounds-1)
-            addkey(a->state, a->round_key[r+1]);
-        else
-            mix(a->state, log8[0xe], log8[0xb], log8[0xd], log8[9]); //FIXME replace log8 by const
-        SUBSHIFT0((a->state[0]+0), inv_sbox)
-        SUBSHIFT3((a->state[0]+1), inv_sbox)
-        SUBSHIFT2((a->state[0]+2), inv_sbox)
-        SUBSHIFT1((a->state[0]+3), inv_sbox)
-        addkey(a->state, a->round_key[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);
 }
 
-void av_aes_encrypt(AVAES *a){
-    int r, t;
-
-    for(r=0; r<a->rounds; r++){
-        addkey(a->state, a->round_key[r]);
-        SUBSHIFT0((a->state[0]+0), sbox)
-        SUBSHIFT1((a->state[0]+1), sbox)
-        SUBSHIFT2((a->state[0]+2), sbox)
-        SUBSHIFT3((a->state[0]+3), sbox)
-        if(r==a->rounds-1)
-            addkey(a->state, a->round_key[r+1]);
-        else
-            mix(a->state, log8[2], log8[3], 0, 0); //FIXME replace log8 by const / optimze mix as this can be simplified alot
+void av_aes_crypt(AVAES *a, uint8_t *dst, const uint8_t *src,
+                  int count, uint8_t *iv, int decrypt)
+{
+    while (count--) {
+        addkey_s(&a->state[1], src, &a->round_key[a->rounds]);
+        if (decrypt) {
+            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]);
+        } else {
+            if (iv)
+                addkey_s(&a->state[1], iv, &a->state[1]);
+            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;
+    }
+}
+
+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 < 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 keyBits) {
-    AVAES *a= av_malloc(sizeof(AVAES));
+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= keyBits/32;
-    int ROUNDS= KC + 6;
-
-    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;
+    int KC = key_bits >> 5;
+    int rounds = KC + 6;
+    uint8_t log8[256];
+    uint8_t alog8[512];
+
+    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;
         }
-        log8[0]= 255;
-        for(i=0; i<256; i++){
-            j= i ? alog8[255-log8[i]] : 0;
-            j ^= (j<<1) ^ (j<<2) ^ (j<<3) ^ (j<<4)
-                ^(j>>7) ^ (j>>6) ^ (j>>5) ^ (j>>4) ^ 99;
-            j&=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, (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);
     }
 
-    a->rounds= ROUNDS;
+    if (key_bits != 128 && key_bits != 192 && key_bits != 256)
+        return -1;
 
-    if(keyBits!=128 && keyBits!=192 && keyBits!=256)
-        return NULL;
+    a->rounds = rounds;
 
-    memcpy(tk, key, KC*4);
+    memcpy(tk, key, KC * 4);
+    memcpy(a->round_key[0].u8, key, KC * 4);
 
-    for(t= 0; t < (ROUNDS+1)*4; ) {
-        for(j = 0; (j < KC) && (t < (ROUNDS+1)*4); j++, t++)
-            for(i = 0; i < 4; i++)
-                a->round_key[0][t][i] = tk[j][i];
-
-        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[KC/2][i] ^= sbox[tk[KC/2 - 1][i]];
+                for (i = 0; i < 4; i++)
+                    tk[j][i] ^= sbox[tk[j - 1][i]];
         }
+
+        memcpy(a->round_key[0].u8 + t, tk, KC * 4);
     }
-    return a;
+
+    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;
 }
 
 #ifdef TEST
+#include <string.h>
+#include "lfg.h"
+#include "log.h"
+
+int main(int argc, char **argv)
+{
+    int i, j;
+    AVAES b;
+    uint8_t rkey[2][16] = {
+        { 0 },
+        { 0x10, 0xa5, 0x88, 0x69, 0xd7, 0x4b, 0xe5, 0xa3,
+          0x74, 0xcf, 0x86, 0x7c, 0xfb, 0x47, 0x38, 0x59 }
+    };
+    uint8_t pt[16], rpt[2][16]= {
+        { 0x6a, 0x84, 0x86, 0x7c, 0xd7, 0x7e, 0x12, 0xad,
+          0x07, 0xea, 0x1b, 0xe8, 0x95, 0xc5, 0x3f, 0xa3 },
+        { 0 }
+    };
+    uint8_t rct[2][16]= {
+        { 0x73, 0x22, 0x81, 0xc0, 0xa0, 0xaa, 0xb8, 0xf7,
+          0xa5, 0x4a, 0x0c, 0x67, 0xa0, 0xc4, 0x5e, 0xcf },
+        { 0x6d, 0x25, 0x1e, 0x69, 0x44, 0xb0, 0x51, 0xe0,
+          0x4e, 0xaa, 0x6f, 0xb4, 0xdb, 0xf7, 0x84, 0x65 }
+    };
+    uint8_t temp[16];
+    int err = 0;
 
-int main(){
-    int i,j,k;
-    AVAES *a= av_aes_init("PI=3.141592654..", 128);
+    av_log_set_level(AV_LOG_DEBUG);
 
-    for(i=0; i<10000; i++){
+    for (i = 0; i < 2; i++) {
+        av_aes_init(&b, rkey[i], 128, 1);
+        av_aes_crypt(&b, temp, rct[i], 1, NULL, 1);
+        for (j = 0; j < 16; j++) {
+            if (rpt[i][j] != temp[j]) {
+                av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %02X %02X\n",
+                       j, rpt[i][j], temp[j]);
+                err = 1;
+            }
+        }
     }
-    return 0;
+
+    if (argc > 1 && !strcmp(argv[1], "-t")) {
+        AVAES ae, ad;
+        AVLFG prng;
+
+        av_aes_init(&ae, "PI=3.141592654..", 128, 0);
+        av_aes_init(&ad, "PI=3.141592654..", 128, 1);
+        av_lfg_init(&prng, 1);
+
+        for (i = 0; i < 10000; i++) {
+            for (j = 0; j < 16; j++) {
+                pt[j] = av_lfg_get(&prng);
+            }
+            {
+                START_TIMER;
+                av_aes_crypt(&ae, temp, pt, 1, NULL, 0);
+                if (!(i & (i - 1)))
+                    av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%02X %02X %02X %02X\n",
+                           temp[0], temp[5], temp[10], temp[15]);
+                av_aes_crypt(&ad, temp, temp, 1, NULL, 1);
+                STOP_TIMER("aes");
+            }
+            for (j = 0; j < 16; j++) {
+                if (pt[j] != temp[j]) {
+                    av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d %d %02X %02X\n",
+                           i, j, pt[j], temp[j]);
+                }
+            }
+        }
+    }
+    return err;
 }
 #endif