crypto/chacha/chacha_enc.c

   1 /* ====================================================================
   2  * Copyright (c) 2011-2013 The OpenSSL Project.  All rights reserved.
   3  *
   4  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   5  * modification, are permitted provided that the following conditions
   6  * are met:
   7  *
   8  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
   9  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  10  *
  11  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
  13  *    the documentation and/or other materials provided with the
  14  *    distribution.
  15  *
  16  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this
  17  *    software must display the following acknowledgment:
  18  *    "This product includes software developed by the OpenSSL Project
  19  *    for use in the OpenSSL Toolkit. (http://www.OpenSSL.org/)"
  20  *
  21  * 4. The names "OpenSSL Toolkit" and "OpenSSL Project" must not be used to
  22  *    endorse or promote products derived from this software without
  23  *    prior written permission. For written permission, please contact
  24  *    licensing@OpenSSL.org.
  25  *
  26  * 5. Products derived from this software may not be called "OpenSSL"
  27  *    nor may "OpenSSL" appear in their names without prior written
  28  *    permission of the OpenSSL Project.
  29  *
  30  * 6. Redistributions of any form whatsoever must retain the following
  31  *    acknowledgment:
  32  *    "This product includes software developed by the OpenSSL Project
  33  *    for use in the OpenSSL Toolkit (http://www.OpenSSL.org/)"
  34  *
  35  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE OpenSSL PROJECT ``AS IS'' AND ANY
  36  * EXPRESSED OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  37  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR
  38  * PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE OpenSSL PROJECT OR
  39  * ITS CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
  40  * SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
  41  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
  42  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  43  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT,
  44  * STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE)
  45  * ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED
  46  * OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  47  * ====================================================================
  48  */
  49
  50 /* Adapted from the public domain code by D. Bernstein from SUPERCOP. */
  51
  52 #include <stdint.h>
  53 #include <string.h>
  54 #include <openssl/opensslconf.h>
  55
  56 #if !defined(OPENSSL_NO_CHACHA)
  57
  58 #include <openssl/chacha.h>
  59
  60 /* sigma contains the ChaCha constants, which happen to be an ASCII string. */
  61 static const char sigma[16] = "expand 32-byte k";
  62
  63 #define ROTATE(v, n) (((v) << (n)) | ((v) >> (32 - (n))))
  64 #define XOR(v, w) ((v) ^ (w))
  65 #define PLUS(x, y) ((x) + (y))
  66 #define PLUSONE(v) (PLUS((v), 1))
  67
  68 #define U32TO8_LITTLE(p, v) \
  69         { (p)[0] = (v >>  0) & 0xff; (p)[1] = (v >>  8) & 0xff; \
  70           (p)[2] = (v >> 16) & 0xff; (p)[3] = (v >> 24) & 0xff; }
  71 #define U8TO32_LITTLE(p)   \
  72         (((uint32_t)((p)[0])      ) | ((uint32_t)((p)[1]) <<  8) | \
  73          ((uint32_t)((p)[2]) << 16) | ((uint32_t)((p)[3]) << 24)   )
  74
  75 /* QUARTERROUND updates a, b, c, d with a ChaCha "quarter" round. */
  76 #define QUARTERROUND(a,b,c,d) \
  77   x[a] = PLUS(x[a],x[b]); x[d] = ROTATE(XOR(x[d],x[a]),16); \
  78   x[c] = PLUS(x[c],x[d]); x[b] = ROTATE(XOR(x[b],x[c]),12); \
  79   x[a] = PLUS(x[a],x[b]); x[d] = ROTATE(XOR(x[d],x[a]), 8); \
  80   x[c] = PLUS(x[c],x[d]); x[b] = ROTATE(XOR(x[b],x[c]), 7);
  81
  82 typedef unsigned int uint32_t;
  83
  84 /* chacha_core performs |num_rounds| rounds of ChaCha20 on the input words in
  85  * |input| and writes the 64 output bytes to |output|. */
  86 static void chacha_core(unsigned char output[64], const uint32_t input[16],
  87                         int num_rounds)
  88         {
  89         uint32_t x[16];
  90         int i;
  91
  92         memcpy(x, input, sizeof(uint32_t) * 16);
  93         for (i = 20; i > 0; i -= 2)
  94                 {
  95                 QUARTERROUND( 0, 4, 8,12)
  96                 QUARTERROUND( 1, 5, 9,13)
  97                 QUARTERROUND( 2, 6,10,14)
  98                 QUARTERROUND( 3, 7,11,15)
  99                 QUARTERROUND( 0, 5,10,15)
 100                 QUARTERROUND( 1, 6,11,12)
 101                 QUARTERROUND( 2, 7, 8,13)
 102                 QUARTERROUND( 3, 4, 9,14)
 103                 }
 104
 105         for (i = 0; i < 16; ++i)
 106                 x[i] = PLUS(x[i], input[i]);
 107         for (i = 0; i < 16; ++i)
 108                 U32TO8_LITTLE(output + 4 * i, x[i]);
 109         }
 110
 111 void CRYPTO_chacha_20(unsigned char *out,
 112                       const unsigned char *in, size_t in_len,
 113                       const unsigned char key[32],
 114                       const unsigned char nonce[8],
 115                       size_t counter)
 116         {
 117         uint32_t input[16];
 118         unsigned char buf[64];
 119         size_t todo, i;
 120
 121         input[0] = U8TO32_LITTLE(sigma + 0);
 122         input[1] = U8TO32_LITTLE(sigma + 4);
 123         input[2] = U8TO32_LITTLE(sigma + 8);
 124         input[3] = U8TO32_LITTLE(sigma + 12);
 125
 126         input[4] = U8TO32_LITTLE(key + 0);
 127         input[5] = U8TO32_LITTLE(key + 4);
 128         input[6] = U8TO32_LITTLE(key + 8);
 129         input[7] = U8TO32_LITTLE(key + 12);
 130
 131         input[8] = U8TO32_LITTLE(key + 16);
 132         input[9] = U8TO32_LITTLE(key + 20);
 133         input[10] = U8TO32_LITTLE(key + 24);
 134         input[11] = U8TO32_LITTLE(key + 28);
 135
 136         input[12] = counter;
 137         input[13] = ((uint64_t) counter) >> 32;
 138         input[14] = U8TO32_LITTLE(nonce + 0);
 139         input[15] = U8TO32_LITTLE(nonce + 4);
 140
 141         while (in_len > 0)
 142                 {
 143                 todo = sizeof(buf);
 144                 if (in_len < todo)
 145                         todo = in_len;
 146
 147                 chacha_core(buf, input, 20);
 148                 for (i = 0; i < todo; i++)
 149                         out[i] = in[i] ^ buf[i];
 150
 151                 out += todo;
 152                 in += todo;
 153                 in_len -= todo;
 154
 155                 input[12]++;
 156                 if (input[12] == 0)
 157                         input[13]++;
 158                 }
 159         }
 160
 161 #endif  /* !OPENSSL_NO_CHACHA */