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