]> git.sesse.net Git - ffmpeg/blobdiff - libavutil/aes.c
rtspenc: include os_support.h for system without HAVE_POLL_H
[ffmpeg] / libavutil / aes.c
index 07485167b8a59ac13c8b7be689f01b0979b85e02..59f1cf34e8018bee59bd237568906dc8480d4143 100644 (file)
@@ -1,6 +1,8 @@
 /*
  * copyright (c) 2007 Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
  *
+ * some optimization ideas from aes128.c by Reimar Doeffinger
+ *
  * This file is part of FFmpeg.
  *
  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
  */
 
 #include "common.h"
-#include "log.h"
 #include "aes.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];
+    // Note: round_key[16] is accessed in the init code, but this only
+    // overwrites state, which does not matter (see also r7471).
+    av_aes_block round_key[15];
+    av_aes_block state[2];
     int rounds;
 }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
+const int av_aes_size= sizeof(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
+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 int mul(int a, int b){
-    if(a==255) return 0;
-    else       return alog8[a+b];
+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);
+    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 void mix(uint8_t state[4][4], int c0, int c1, int c2, int c3){
-    uint8_t tmp[4][4];
-    int i, j;
+static inline int mix_core(uint32_t multbl[][256], int a, int b, int c, int d){
+#if CONFIG_SMALL
+#define ROT(x,s) ((x<<s)|(x>>(32-s)))
+    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
+}
 
-    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 );
+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]);
 }
 
+static inline void crypt(AVAES *a, int s, const uint8_t *sbox, uint32_t multbl[][256]){
+    int r;
 
-void av_aes_decrypt(AVAES *a){
-    int t, 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);
+}
 
-    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]);
+void av_aes_crypt(AVAES *a, uint8_t *dst_, const uint8_t *src_, int count, uint8_t *iv_, int decrypt){
+    av_aes_block *dst = (av_aes_block *)dst_;
+    const av_aes_block *src = (const av_aes_block *)src_;
+    av_aes_block *iv = (av_aes_block *)iv_;
+    while(count--){
+        addkey(&a->state[1], src, &a->round_key[a->rounds]);
+        if(decrypt) {
+            crypt(a, 0, inv_sbox, dec_multbl);
+            if(iv){
+                addkey(&a->state[0], &a->state[0], iv);
+                memcpy(iv, src, 16);
+            }
+            addkey(dst, &a->state[0], &a->round_key[0]);
+        }else{
+            if(iv) addkey(&a->state[1], &a->state[1], iv);
+            crypt(a, 2,     sbox, enc_multbl);
+            addkey(dst, &a->state[0], &a->round_key[0]);
+            if(iv) memcpy(iv, dst, 16);
+        }
+        src++;
+        dst++;
     }
 }
 
-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
+static void init_multbl2(uint8_t tbl[1024], const int c[4], const uint8_t *log8, const uint8_t *alog8, const uint8_t *sbox){
+    int i, j;
+    for(i=0; i<1024; i++){
+        int x= sbox[i>>2];
+        if(x) tbl[i]= alog8[ log8[x] + log8[c[i&3]] ];
     }
+#if !CONFIG_SMALL
+    for(j=256; j<1024; j++)
+        for(i=0; i<4; i++)
+            tbl[4*j+i]= tbl[4*j + ((i-1)&3) - 1024];
+#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;
+    int KC= key_bits>>5;
+    int rounds= KC + 6;
+    uint8_t  log8[256];
+    uint8_t alog8[512];
 
-    if(!sbox[255]){
+    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]=
@@ -120,51 +150,105 @@ AVAES *av_aes_init(uint8_t *key, int keyBits) {
             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 = (j ^ (j>>8) ^ 99) & 255;
             inv_sbox[j]= i;
             sbox    [i]= j;
-//            av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "%d, ", log8[i]);
         }
+        init_multbl2(dec_multbl[0], (const int[4]){0xe, 0x9, 0xd, 0xb}, log8, alog8, inv_sbox);
+        init_multbl2(enc_multbl[0], (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);
 
-    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(t= 0; t < (rounds+1)*16;) {
+        memcpy(a->round_key[0].u8+t, tk, KC*4);
+        t+= KC*4;
 
         for(i = 0; i < 4; i++)
-                tk[0][i] ^= sbox[tk[KC-1][(i+1)&3]];
+            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];
+            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]];
+        }
+    }
+
+    if(decrypt){
+        for(i=1; i<rounds; i++){
+            av_aes_block tmp[3];
+            memcpy(&tmp[2], &a->round_key[i], 16);
+            subshift(&tmp[1], 0, sbox);
+            mix(tmp, dec_multbl, 1, 3);
+            memcpy(&a->round_key[i], &tmp[0], 16);
+        }
+    }else{
+        for(i=0; i<(rounds+1)>>1; i++){
+            for(j=0; j<16; j++)
+                FFSWAP(int, a->round_key[i].u8[j], a->round_key[rounds-i].u8[j]);
         }
     }
-    return a;
+
+    return 0;
 }
 
 #ifdef TEST
+#include "lfg.h"
+#include "log.h"
 
-int main(){
-    int i,j,k;
-    AVAES *a= av_aes_init("PI=3.141592654..", 128);
+int main(void){
+    int i,j;
+    AVAES ae, ad, 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];
+    AVLFG prng;
+
+    av_aes_init(&ae, "PI=3.141592654..", 128, 0);
+    av_aes_init(&ad, "PI=3.141592654..", 128, 1);
+    av_log_set_level(AV_LOG_DEBUG);
+    av_lfg_init(&prng, 1);
+
+    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]);
+    }
 
     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 0;
 }