SAFE public projects git trees. - safe/jmp/linux-2.6/blob - crypto/salsa20_generic.c

   1 /*
   2  * Salsa20: Salsa20 stream cipher algorithm
   3  *
   4  * Copyright (c) 2007 Tan Swee Heng <thesweeheng@gmail.com>
   5  *
   6  * Derived from:
   7  * - salsa20.c: Public domain C code by Daniel J. Bernstein <djb@cr.yp.to>
   8  *
   9  * Salsa20 is a stream cipher candidate in eSTREAM, the ECRYPT Stream
  10  * Cipher Project. It is designed by Daniel J. Bernstein <djb@cr.yp.to>.
  11  * More information about eSTREAM and Salsa20 can be found here:
  12  *   http://www.ecrypt.eu.org/stream/
  13  *   http://cr.yp.to/snuffle.html
  14  *
  15  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
  16  * under the terms of the GNU General Public License as published by the Free
  17  * Software Foundation; either version 2 of the License, or (at your option)
  18  * any later version.
  19  *
  20  */
  21
  22 #include <linux/init.h>
  23 #include <linux/module.h>
  24 #include <linux/errno.h>
  25 #include <linux/crypto.h>
  26 #include <linux/types.h>
  27 #include <crypto/algapi.h>
  28 #include <asm/byteorder.h>
  29
  30 #define SALSA20_IV_SIZE        8U
  31 #define SALSA20_MIN_KEY_SIZE  16U
  32 #define SALSA20_MAX_KEY_SIZE  32U
  33
  34 /*
  35  * Start of code taken from D. J. Bernstein's reference implementation.
  36  * With some modifications and optimizations made to suit our needs.
  37  */
  38
  39 /*
  40 salsa20-ref.c version 20051118
  41 D. J. Bernstein
  42 Public domain.
  43 */
  44
  45 #define ROTATE(v,n) (((v) << (n)) | ((v) >> (32 - (n))))
  46 #define XOR(v,w) ((v) ^ (w))
  47 #define PLUS(v,w) (((v) + (w)))
  48 #define PLUSONE(v) (PLUS((v),1))
  49 #define U32TO8_LITTLE(p, v) \
  50         { (p)[0] = (v >>  0) & 0xff; (p)[1] = (v >>  8) & 0xff; \
  51           (p)[2] = (v >> 16) & 0xff; (p)[3] = (v >> 24) & 0xff; }
  52 #define U8TO32_LITTLE(p)   \
  53         (((u32)((p)[0])      ) | ((u32)((p)[1]) <<  8) | \
  54          ((u32)((p)[2]) << 16) | ((u32)((p)[3]) << 24)   )
  55
  56 struct salsa20_ctx
  57 {
  58         u32 input[16];
  59 };
  60
  61 static void salsa20_wordtobyte(u8 output[64], const u32 input[16])
  62 {
  63         u32 x[16];
  64         int i;
  65
  66         memcpy(x, input, sizeof(x));
  67         for (i = 20; i > 0; i -= 2) {
  68                 x[ 4] = XOR(x[ 4],ROTATE(PLUS(x[ 0],x[12]), 7));
  69                 x[ 8] = XOR(x[ 8],ROTATE(PLUS(x[ 4],x[ 0]), 9));
  70                 x[12] = XOR(x[12],ROTATE(PLUS(x[ 8],x[ 4]),13));
  71                 x[ 0] = XOR(x[ 0],ROTATE(PLUS(x[12],x[ 8]),18));
  72                 x[ 9] = XOR(x[ 9],ROTATE(PLUS(x[ 5],x[ 1]), 7));
  73                 x[13] = XOR(x[13],ROTATE(PLUS(x[ 9],x[ 5]), 9));
  74                 x[ 1] = XOR(x[ 1],ROTATE(PLUS(x[13],x[ 9]),13));
  75                 x[ 5] = XOR(x[ 5],ROTATE(PLUS(x[ 1],x[13]),18));
  76                 x[14] = XOR(x[14],ROTATE(PLUS(x[10],x[ 6]), 7));
  77                 x[ 2] = XOR(x[ 2],ROTATE(PLUS(x[14],x[10]), 9));
  78                 x[ 6] = XOR(x[ 6],ROTATE(PLUS(x[ 2],x[14]),13));
  79                 x[10] = XOR(x[10],ROTATE(PLUS(x[ 6],x[ 2]),18));
  80                 x[ 3] = XOR(x[ 3],ROTATE(PLUS(x[15],x[11]), 7));
  81                 x[ 7] = XOR(x[ 7],ROTATE(PLUS(x[ 3],x[15]), 9));
  82                 x[11] = XOR(x[11],ROTATE(PLUS(x[ 7],x[ 3]),13));
  83                 x[15] = XOR(x[15],ROTATE(PLUS(x[11],x[ 7]),18));
  84                 x[ 1] = XOR(x[ 1],ROTATE(PLUS(x[ 0],x[ 3]), 7));
  85                 x[ 2] = XOR(x[ 2],ROTATE(PLUS(x[ 1],x[ 0]), 9));
  86                 x[ 3] = XOR(x[ 3],ROTATE(PLUS(x[ 2],x[ 1]),13));
  87                 x[ 0] = XOR(x[ 0],ROTATE(PLUS(x[ 3],x[ 2]),18));
  88                 x[ 6] = XOR(x[ 6],ROTATE(PLUS(x[ 5],x[ 4]), 7));
  89                 x[ 7] = XOR(x[ 7],ROTATE(PLUS(x[ 6],x[ 5]), 9));
  90                 x[ 4] = XOR(x[ 4],ROTATE(PLUS(x[ 7],x[ 6]),13));
  91                 x[ 5] = XOR(x[ 5],ROTATE(PLUS(x[ 4],x[ 7]),18));
  92                 x[11] = XOR(x[11],ROTATE(PLUS(x[10],x[ 9]), 7));
  93                 x[ 8] = XOR(x[ 8],ROTATE(PLUS(x[11],x[10]), 9));
  94                 x[ 9] = XOR(x[ 9],ROTATE(PLUS(x[ 8],x[11]),13));
  95                 x[10] = XOR(x[10],ROTATE(PLUS(x[ 9],x[ 8]),18));
  96                 x[12] = XOR(x[12],ROTATE(PLUS(x[15],x[14]), 7));
  97                 x[13] = XOR(x[13],ROTATE(PLUS(x[12],x[15]), 9));
  98                 x[14] = XOR(x[14],ROTATE(PLUS(x[13],x[12]),13));
  99                 x[15] = XOR(x[15],ROTATE(PLUS(x[14],x[13]),18));
 100         }
 101         for (i = 0; i < 16; ++i)
 102                 x[i] = PLUS(x[i],input[i]);
 103         for (i = 0; i < 16; ++i)
 104                 U32TO8_LITTLE(output + 4 * i,x[i]);
 105 }
 106
 107 static const char sigma[16] = "expand 32-byte k";
 108 static const char tau[16] = "expand 16-byte k";
 109
 110 static void salsa20_keysetup(struct salsa20_ctx *ctx, const u8 *k, u32 kbytes)
 111 {
 112         const char *constants;
 113
 114         ctx->input[1] = U8TO32_LITTLE(k + 0);
 115         ctx->input[2] = U8TO32_LITTLE(k + 4);
 116         ctx->input[3] = U8TO32_LITTLE(k + 8);
 117         ctx->input[4] = U8TO32_LITTLE(k + 12);
 118         if (kbytes == 32) { /* recommended */
 119                 k += 16;
 120                 constants = sigma;
 121         } else { /* kbytes == 16 */
 122                 constants = tau;
 123         }
 124         ctx->input[11] = U8TO32_LITTLE(k + 0);
 125         ctx->input[12] = U8TO32_LITTLE(k + 4);
 126         ctx->input[13] = U8TO32_LITTLE(k + 8);
 127         ctx->input[14] = U8TO32_LITTLE(k + 12);
 128         ctx->input[0] = U8TO32_LITTLE(constants + 0);
 129         ctx->input[5] = U8TO32_LITTLE(constants + 4);
 130         ctx->input[10] = U8TO32_LITTLE(constants + 8);
 131         ctx->input[15] = U8TO32_LITTLE(constants + 12);
 132 }
 133
 134 static void salsa20_ivsetup(struct salsa20_ctx *ctx, const u8 *iv)
 135 {
 136         ctx->input[6] = U8TO32_LITTLE(iv + 0);
 137         ctx->input[7] = U8TO32_LITTLE(iv + 4);
 138         ctx->input[8] = 0;
 139         ctx->input[9] = 0;
 140 }
 141
 142 static void salsa20_encrypt_bytes(struct salsa20_ctx *ctx, u8 *dst,
 143                                   const u8 *src, unsigned int bytes)
 144 {
 145         u8 buf[64];
 146         int i;
 147
 148         if (dst != src)
 149                 memcpy(dst, src, bytes);
 150
 151         while (bytes) {
 152                 salsa20_wordtobyte(buf, ctx->input);
 153
 154                 ctx->input[8] = PLUSONE(ctx->input[8]);
 155                 if (!ctx->input[8])
 156                         ctx->input[9] = PLUSONE(ctx->input[9]);
 157
 158                 if (bytes <= 64) {
 159                         for (i = 0; i < bytes/4; ++i)
 160                                 ((u32*)dst)[i] ^= ((u32*)buf)[i];
 161                         for (i = bytes - bytes % 4; i < bytes; ++i)
 162                                 dst[i] ^= buf[i];
 163                         return;
 164                 }
 165
 166                 for (i = 0; i < 64/4; ++i)
 167                         ((u32*)dst)[i] ^= ((u32*)buf)[i];
 168                 bytes -= 64;
 169                 dst += 64;
 170         }
 171 }
 172
 173 /*
 174  * End of code taken from D. J. Bernstein's reference implementation.
 175  */
 176
 177 static int setkey(struct crypto_tfm *tfm, const u8 *key,
 178                   unsigned int keysize)
 179 {
 180         struct salsa20_ctx *ctx = crypto_tfm_ctx(tfm);
 181         salsa20_keysetup(ctx, key, keysize);
 182         return 0;
 183 }
 184
 185 static int encrypt(struct blkcipher_desc *desc,
 186                    struct scatterlist *dst, struct scatterlist *src,
 187                    unsigned int nbytes)
 188 {
 189         struct blkcipher_walk walk;
 190         struct crypto_blkcipher *tfm = desc->tfm;
 191         struct salsa20_ctx *ctx = crypto_blkcipher_ctx(tfm);
 192         int err;
 193
 194         blkcipher_walk_init(&walk, dst, src, nbytes);
 195         err = blkcipher_walk_virt(desc, &walk);
 196
 197         salsa20_ivsetup(ctx, walk.iv);
 198         salsa20_encrypt_bytes(ctx, walk.dst.virt.addr,
 199                               walk.src.virt.addr, nbytes);
 200
 201         err = blkcipher_walk_done(desc, &walk, 0);
 202         return err;
 203 }
 204
 205 static struct crypto_alg alg = {
 206         .cra_name           =   "salsa20",
 207         .cra_driver_name    =   "salsa20-generic",
 208         .cra_priority       =   100,
 209         .cra_flags          =   CRYPTO_ALG_TYPE_BLKCIPHER,
 210         .cra_type           =   &crypto_blkcipher_type,
 211         .cra_blocksize      =   1,
 212         .cra_ctxsize        =   sizeof(struct salsa20_ctx),
 213         .cra_alignmask      =   3,
 214         .cra_module         =   THIS_MODULE,
 215         .cra_list           =   LIST_HEAD_INIT(alg.cra_list),
 216         .cra_u              =   {
 217                 .blkcipher = {
 218                         .setkey         =   setkey,
 219                         .encrypt        =   encrypt,
 220                         .decrypt        =   encrypt,
 221                         .min_keysize    =   SALSA20_MIN_KEY_SIZE,
 222                         .max_keysize    =   SALSA20_MAX_KEY_SIZE,
 223                         .ivsize         =   SALSA20_IV_SIZE,
 224                 }
 225         }
 226 };
 227
 228 static int __init init(void)
 229 {
 230         return crypto_register_alg(&alg);
 231 }
 232
 233 static void __exit fini(void)
 234 {
 235         crypto_unregister_alg(&alg);
 236 }
 237
 238 module_init(init);
 239 module_exit(fini);
 240
 241 MODULE_LICENSE("GPL");
 242 MODULE_DESCRIPTION ("Salsa20 stream cipher algorithm");
 243 MODULE_ALIAS("salsa20");