crypto/chacha/chacha_enc.c

   1 /*
   2  * Copyright 2015-2016 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
   3  *
   4  * Licensed under the Apache License 2.0 (the "License").  You may not use
   5  * this file except in compliance with the License.  You can obtain a copy
   6  * in the file LICENSE in the source distribution or at
   7  * https://www.openssl.org/source/license.html
   8  */
   9
  10 /* Adapted from the public domain code by D. Bernstein from SUPERCOP. */
  11
  12 #include <string.h>
  13
  14 #include "crypto/chacha.h"
  15 #include "crypto/ctype.h"
  16
  17 typedef unsigned int u32;
  18 typedef unsigned char u8;
  19 typedef union {
  20     u32 u[16];
  21     u8 c[64];
  22 } chacha_buf;
  23
  24 # define ROTATE(v, n) (((v) << (n)) | ((v) >> (32 - (n))))
  25
  26 # define U32TO8_LITTLE(p, v) do { \
  27                                 (p)[0] = (u8)(v >>  0); \
  28                                 (p)[1] = (u8)(v >>  8); \
  29                                 (p)[2] = (u8)(v >> 16); \
  30                                 (p)[3] = (u8)(v >> 24); \
  31                                 } while(0)
  32
  33 /* QUARTERROUND updates a, b, c, d with a ChaCha "quarter" round. */
  34 # define QUARTERROUND(a,b,c,d) ( \
  35                 x[a] += x[b], x[d] = ROTATE((x[d] ^ x[a]),16), \
  36                 x[c] += x[d], x[b] = ROTATE((x[b] ^ x[c]),12), \
  37                 x[a] += x[b], x[d] = ROTATE((x[d] ^ x[a]), 8), \
  38                 x[c] += x[d], x[b] = ROTATE((x[b] ^ x[c]), 7)  )
  39
  40 /* chacha_core performs 20 rounds of ChaCha on the input words in
  41  * |input| and writes the 64 output bytes to |output|. */
  42 static void chacha20_core(chacha_buf *output, const u32 input[16])
  43 {
  44     u32 x[16];
  45     int i;
  46     const union {
  47         long one;
  48         char little;
  49     } is_endian = { 1 };
  50
  51     memcpy(x, input, sizeof(x));
  52
  53     for (i = 20; i > 0; i -= 2) {
  54         QUARTERROUND(0, 4, 8, 12);
  55         QUARTERROUND(1, 5, 9, 13);
  56         QUARTERROUND(2, 6, 10, 14);
  57         QUARTERROUND(3, 7, 11, 15);
  58         QUARTERROUND(0, 5, 10, 15);
  59         QUARTERROUND(1, 6, 11, 12);
  60         QUARTERROUND(2, 7, 8, 13);
  61         QUARTERROUND(3, 4, 9, 14);
  62     }
  63
  64     if (is_endian.little) {
  65         for (i = 0; i < 16; ++i)
  66             output->u[i] = x[i] + input[i];
  67     } else {
  68         for (i = 0; i < 16; ++i)
  69             U32TO8_LITTLE(output->c + 4 * i, (x[i] + input[i]));
  70     }
  71 }
  72
  73 void ChaCha20_ctr32(unsigned char *out, const unsigned char *inp,
  74                     size_t len, const unsigned int key[8],
  75                     const unsigned int counter[4])
  76 {
  77     u32 input[16];
  78     chacha_buf buf;
  79     size_t todo, i;
  80
  81     /* sigma constant "expand 32-byte k" in little-endian encoding */
  82     input[0] = ((u32)ossl_toascii('e')) | ((u32)ossl_toascii('x') << 8)
  83                | ((u32)ossl_toascii('p') << 16)
  84                | ((u32)ossl_toascii('a') << 24);
  85     input[1] = ((u32)ossl_toascii('n')) | ((u32)ossl_toascii('d') << 8)
  86                | ((u32)ossl_toascii(' ') << 16)
  87                | ((u32)ossl_toascii('3') << 24);
  88     input[2] = ((u32)ossl_toascii('2')) | ((u32)ossl_toascii('-') << 8)
  89                | ((u32)ossl_toascii('b') << 16)
  90                | ((u32)ossl_toascii('y') << 24);
  91     input[3] = ((u32)ossl_toascii('t')) | ((u32)ossl_toascii('e') << 8)
  92                | ((u32)ossl_toascii(' ') << 16)
  93                | ((u32)ossl_toascii('k') << 24);
  94
  95     input[4] = key[0];
  96     input[5] = key[1];
  97     input[6] = key[2];
  98     input[7] = key[3];
  99     input[8] = key[4];
 100     input[9] = key[5];
 101     input[10] = key[6];
 102     input[11] = key[7];
 103
 104     input[12] = counter[0];
 105     input[13] = counter[1];
 106     input[14] = counter[2];
 107     input[15] = counter[3];
 108
 109     while (len > 0) {
 110         todo = sizeof(buf);
 111         if (len < todo)
 112             todo = len;
 113
 114         chacha20_core(&buf, input);
 115
 116         for (i = 0; i < todo; i++)
 117             out[i] = inp[i] ^ buf.c[i];
 118         out += todo;
 119         inp += todo;
 120         len -= todo;
 121
 122         /*
 123          * Advance 32-bit counter. Note that as subroutine is so to
 124          * say nonce-agnostic, this limited counter width doesn't
 125          * prevent caller from implementing wider counter. It would
 126          * simply take two calls split on counter overflow...
 127          */
 128         input[12]++;
 129     }
 130 }