crypto/chacha/chacha_enc.c

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