xref: /openbsd/libexec/ld.so/chacha_private.h (revision 4e496f3d)
1*4e496f3dSmortimer /*
2*4e496f3dSmortimer chacha-merged.c version 20080118
3*4e496f3dSmortimer D. J. Bernstein
4*4e496f3dSmortimer Public domain.
5*4e496f3dSmortimer */
6*4e496f3dSmortimer 
7*4e496f3dSmortimer /* $OpenBSD: chacha_private.h,v 1.1 2018/02/09 22:13:04 mortimer Exp $ */
8*4e496f3dSmortimer 
9*4e496f3dSmortimer typedef unsigned char u8;
10*4e496f3dSmortimer typedef unsigned int u32;
11*4e496f3dSmortimer 
12*4e496f3dSmortimer typedef struct
13*4e496f3dSmortimer {
14*4e496f3dSmortimer   u32 input[16]; /* could be compressed */
15*4e496f3dSmortimer } chacha_ctx;
16*4e496f3dSmortimer 
17*4e496f3dSmortimer #define U8C(v) (v##U)
18*4e496f3dSmortimer #define U32C(v) (v##U)
19*4e496f3dSmortimer 
20*4e496f3dSmortimer #define U8V(v) ((u8)(v) & U8C(0xFF))
21*4e496f3dSmortimer #define U32V(v) ((u32)(v) & U32C(0xFFFFFFFF))
22*4e496f3dSmortimer 
23*4e496f3dSmortimer #define ROTL32(v, n) \
24*4e496f3dSmortimer   (U32V((v) << (n)) | ((v) >> (32 - (n))))
25*4e496f3dSmortimer 
26*4e496f3dSmortimer #define U8TO32_LITTLE(p) \
27*4e496f3dSmortimer   (((u32)((p)[0])      ) | \
28*4e496f3dSmortimer    ((u32)((p)[1]) <<  8) | \
29*4e496f3dSmortimer    ((u32)((p)[2]) << 16) | \
30*4e496f3dSmortimer    ((u32)((p)[3]) << 24))
31*4e496f3dSmortimer 
32*4e496f3dSmortimer #define U32TO8_LITTLE(p, v) \
33*4e496f3dSmortimer   do { \
34*4e496f3dSmortimer     (p)[0] = U8V((v)      ); \
35*4e496f3dSmortimer     (p)[1] = U8V((v) >>  8); \
36*4e496f3dSmortimer     (p)[2] = U8V((v) >> 16); \
37*4e496f3dSmortimer     (p)[3] = U8V((v) >> 24); \
38*4e496f3dSmortimer   } while (0)
39*4e496f3dSmortimer 
40*4e496f3dSmortimer #define ROTATE(v,c) (ROTL32(v,c))
41*4e496f3dSmortimer #define XOR(v,w) ((v) ^ (w))
42*4e496f3dSmortimer #define PLUS(v,w) (U32V((v) + (w)))
43*4e496f3dSmortimer #define PLUSONE(v) (PLUS((v),1))
44*4e496f3dSmortimer 
45*4e496f3dSmortimer #define QUARTERROUND(a,b,c,d) \
46*4e496f3dSmortimer   a = PLUS(a,b); d = ROTATE(XOR(d,a),16); \
47*4e496f3dSmortimer   c = PLUS(c,d); b = ROTATE(XOR(b,c),12); \
48*4e496f3dSmortimer   a = PLUS(a,b); d = ROTATE(XOR(d,a), 8); \
49*4e496f3dSmortimer   c = PLUS(c,d); b = ROTATE(XOR(b,c), 7);
50*4e496f3dSmortimer 
51*4e496f3dSmortimer static const char sigma[16] = "expand 32-byte k";
52*4e496f3dSmortimer static const char tau[16] = "expand 16-byte k";
53*4e496f3dSmortimer 
54*4e496f3dSmortimer static void
chacha_keysetup(chacha_ctx * x,const u8 * k,u32 kbits)55*4e496f3dSmortimer chacha_keysetup(chacha_ctx *x,const u8 *k,u32 kbits)
56*4e496f3dSmortimer {
57*4e496f3dSmortimer   const char *constants;
58*4e496f3dSmortimer 
59*4e496f3dSmortimer   x->input[4] = U8TO32_LITTLE(k + 0);
60*4e496f3dSmortimer   x->input[5] = U8TO32_LITTLE(k + 4);
61*4e496f3dSmortimer   x->input[6] = U8TO32_LITTLE(k + 8);
62*4e496f3dSmortimer   x->input[7] = U8TO32_LITTLE(k + 12);
63*4e496f3dSmortimer   if (kbits == 256) { /* recommended */
64*4e496f3dSmortimer     k += 16;
65*4e496f3dSmortimer     constants = sigma;
66*4e496f3dSmortimer   } else { /* kbits == 128 */
67*4e496f3dSmortimer     constants = tau;
68*4e496f3dSmortimer   }
69*4e496f3dSmortimer   x->input[8] = U8TO32_LITTLE(k + 0);
70*4e496f3dSmortimer   x->input[9] = U8TO32_LITTLE(k + 4);
71*4e496f3dSmortimer   x->input[10] = U8TO32_LITTLE(k + 8);
72*4e496f3dSmortimer   x->input[11] = U8TO32_LITTLE(k + 12);
73*4e496f3dSmortimer   x->input[0] = U8TO32_LITTLE(constants + 0);
74*4e496f3dSmortimer   x->input[1] = U8TO32_LITTLE(constants + 4);
75*4e496f3dSmortimer   x->input[2] = U8TO32_LITTLE(constants + 8);
76*4e496f3dSmortimer   x->input[3] = U8TO32_LITTLE(constants + 12);
77*4e496f3dSmortimer }
78*4e496f3dSmortimer 
79*4e496f3dSmortimer static void
chacha_ivsetup(chacha_ctx * x,const u8 * iv)80*4e496f3dSmortimer chacha_ivsetup(chacha_ctx *x,const u8 *iv)
81*4e496f3dSmortimer {
82*4e496f3dSmortimer   x->input[12] = 0;
83*4e496f3dSmortimer   x->input[13] = 0;
84*4e496f3dSmortimer   x->input[14] = U8TO32_LITTLE(iv + 0);
85*4e496f3dSmortimer   x->input[15] = U8TO32_LITTLE(iv + 4);
86*4e496f3dSmortimer }
87*4e496f3dSmortimer 
88*4e496f3dSmortimer static void
chacha_encrypt_bytes(chacha_ctx * x,const u8 * m,u8 * c,u32 bytes)89*4e496f3dSmortimer chacha_encrypt_bytes(chacha_ctx *x,const u8 *m,u8 *c,u32 bytes)
90*4e496f3dSmortimer {
91*4e496f3dSmortimer   u32 x0, x1, x2, x3, x4, x5, x6, x7, x8, x9, x10, x11, x12, x13, x14, x15;
92*4e496f3dSmortimer   u32 j0, j1, j2, j3, j4, j5, j6, j7, j8, j9, j10, j11, j12, j13, j14, j15;
93*4e496f3dSmortimer   u8 *ctarget = NULL;
94*4e496f3dSmortimer   u8 tmp[64];
95*4e496f3dSmortimer   u_int i;
96*4e496f3dSmortimer 
97*4e496f3dSmortimer   if (!bytes) return;
98*4e496f3dSmortimer 
99*4e496f3dSmortimer   j0 = x->input[0];
100*4e496f3dSmortimer   j1 = x->input[1];
101*4e496f3dSmortimer   j2 = x->input[2];
102*4e496f3dSmortimer   j3 = x->input[3];
103*4e496f3dSmortimer   j4 = x->input[4];
104*4e496f3dSmortimer   j5 = x->input[5];
105*4e496f3dSmortimer   j6 = x->input[6];
106*4e496f3dSmortimer   j7 = x->input[7];
107*4e496f3dSmortimer   j8 = x->input[8];
108*4e496f3dSmortimer   j9 = x->input[9];
109*4e496f3dSmortimer   j10 = x->input[10];
110*4e496f3dSmortimer   j11 = x->input[11];
111*4e496f3dSmortimer   j12 = x->input[12];
112*4e496f3dSmortimer   j13 = x->input[13];
113*4e496f3dSmortimer   j14 = x->input[14];
114*4e496f3dSmortimer   j15 = x->input[15];
115*4e496f3dSmortimer 
116*4e496f3dSmortimer   for (;;) {
117*4e496f3dSmortimer     if (bytes < 64) {
118*4e496f3dSmortimer       for (i = 0;i < bytes;++i) tmp[i] = m[i];
119*4e496f3dSmortimer       m = tmp;
120*4e496f3dSmortimer       ctarget = c;
121*4e496f3dSmortimer       c = tmp;
122*4e496f3dSmortimer     }
123*4e496f3dSmortimer     x0 = j0;
124*4e496f3dSmortimer     x1 = j1;
125*4e496f3dSmortimer     x2 = j2;
126*4e496f3dSmortimer     x3 = j3;
127*4e496f3dSmortimer     x4 = j4;
128*4e496f3dSmortimer     x5 = j5;
129*4e496f3dSmortimer     x6 = j6;
130*4e496f3dSmortimer     x7 = j7;
131*4e496f3dSmortimer     x8 = j8;
132*4e496f3dSmortimer     x9 = j9;
133*4e496f3dSmortimer     x10 = j10;
134*4e496f3dSmortimer     x11 = j11;
135*4e496f3dSmortimer     x12 = j12;
136*4e496f3dSmortimer     x13 = j13;
137*4e496f3dSmortimer     x14 = j14;
138*4e496f3dSmortimer     x15 = j15;
139*4e496f3dSmortimer     for (i = 20;i > 0;i -= 2) {
140*4e496f3dSmortimer       QUARTERROUND( x0, x4, x8,x12)
141*4e496f3dSmortimer       QUARTERROUND( x1, x5, x9,x13)
142*4e496f3dSmortimer       QUARTERROUND( x2, x6,x10,x14)
143*4e496f3dSmortimer       QUARTERROUND( x3, x7,x11,x15)
144*4e496f3dSmortimer       QUARTERROUND( x0, x5,x10,x15)
145*4e496f3dSmortimer       QUARTERROUND( x1, x6,x11,x12)
146*4e496f3dSmortimer       QUARTERROUND( x2, x7, x8,x13)
147*4e496f3dSmortimer       QUARTERROUND( x3, x4, x9,x14)
148*4e496f3dSmortimer     }
149*4e496f3dSmortimer     x0 = PLUS(x0,j0);
150*4e496f3dSmortimer     x1 = PLUS(x1,j1);
151*4e496f3dSmortimer     x2 = PLUS(x2,j2);
152*4e496f3dSmortimer     x3 = PLUS(x3,j3);
153*4e496f3dSmortimer     x4 = PLUS(x4,j4);
154*4e496f3dSmortimer     x5 = PLUS(x5,j5);
155*4e496f3dSmortimer     x6 = PLUS(x6,j6);
156*4e496f3dSmortimer     x7 = PLUS(x7,j7);
157*4e496f3dSmortimer     x8 = PLUS(x8,j8);
158*4e496f3dSmortimer     x9 = PLUS(x9,j9);
159*4e496f3dSmortimer     x10 = PLUS(x10,j10);
160*4e496f3dSmortimer     x11 = PLUS(x11,j11);
161*4e496f3dSmortimer     x12 = PLUS(x12,j12);
162*4e496f3dSmortimer     x13 = PLUS(x13,j13);
163*4e496f3dSmortimer     x14 = PLUS(x14,j14);
164*4e496f3dSmortimer     x15 = PLUS(x15,j15);
165*4e496f3dSmortimer 
166*4e496f3dSmortimer #ifndef KEYSTREAM_ONLY
167*4e496f3dSmortimer     x0 = XOR(x0,U8TO32_LITTLE(m + 0));
168*4e496f3dSmortimer     x1 = XOR(x1,U8TO32_LITTLE(m + 4));
169*4e496f3dSmortimer     x2 = XOR(x2,U8TO32_LITTLE(m + 8));
170*4e496f3dSmortimer     x3 = XOR(x3,U8TO32_LITTLE(m + 12));
171*4e496f3dSmortimer     x4 = XOR(x4,U8TO32_LITTLE(m + 16));
172*4e496f3dSmortimer     x5 = XOR(x5,U8TO32_LITTLE(m + 20));
173*4e496f3dSmortimer     x6 = XOR(x6,U8TO32_LITTLE(m + 24));
174*4e496f3dSmortimer     x7 = XOR(x7,U8TO32_LITTLE(m + 28));
175*4e496f3dSmortimer     x8 = XOR(x8,U8TO32_LITTLE(m + 32));
176*4e496f3dSmortimer     x9 = XOR(x9,U8TO32_LITTLE(m + 36));
177*4e496f3dSmortimer     x10 = XOR(x10,U8TO32_LITTLE(m + 40));
178*4e496f3dSmortimer     x11 = XOR(x11,U8TO32_LITTLE(m + 44));
179*4e496f3dSmortimer     x12 = XOR(x12,U8TO32_LITTLE(m + 48));
180*4e496f3dSmortimer     x13 = XOR(x13,U8TO32_LITTLE(m + 52));
181*4e496f3dSmortimer     x14 = XOR(x14,U8TO32_LITTLE(m + 56));
182*4e496f3dSmortimer     x15 = XOR(x15,U8TO32_LITTLE(m + 60));
183*4e496f3dSmortimer #endif
184*4e496f3dSmortimer 
185*4e496f3dSmortimer     j12 = PLUSONE(j12);
186*4e496f3dSmortimer     if (!j12) {
187*4e496f3dSmortimer       j13 = PLUSONE(j13);
188*4e496f3dSmortimer       /* stopping at 2^70 bytes per nonce is user's responsibility */
189*4e496f3dSmortimer     }
190*4e496f3dSmortimer 
191*4e496f3dSmortimer     U32TO8_LITTLE(c + 0,x0);
192*4e496f3dSmortimer     U32TO8_LITTLE(c + 4,x1);
193*4e496f3dSmortimer     U32TO8_LITTLE(c + 8,x2);
194*4e496f3dSmortimer     U32TO8_LITTLE(c + 12,x3);
195*4e496f3dSmortimer     U32TO8_LITTLE(c + 16,x4);
196*4e496f3dSmortimer     U32TO8_LITTLE(c + 20,x5);
197*4e496f3dSmortimer     U32TO8_LITTLE(c + 24,x6);
198*4e496f3dSmortimer     U32TO8_LITTLE(c + 28,x7);
199*4e496f3dSmortimer     U32TO8_LITTLE(c + 32,x8);
200*4e496f3dSmortimer     U32TO8_LITTLE(c + 36,x9);
201*4e496f3dSmortimer     U32TO8_LITTLE(c + 40,x10);
202*4e496f3dSmortimer     U32TO8_LITTLE(c + 44,x11);
203*4e496f3dSmortimer     U32TO8_LITTLE(c + 48,x12);
204*4e496f3dSmortimer     U32TO8_LITTLE(c + 52,x13);
205*4e496f3dSmortimer     U32TO8_LITTLE(c + 56,x14);
206*4e496f3dSmortimer     U32TO8_LITTLE(c + 60,x15);
207*4e496f3dSmortimer 
208*4e496f3dSmortimer     if (bytes <= 64) {
209*4e496f3dSmortimer       if (bytes < 64) {
210*4e496f3dSmortimer         for (i = 0;i < bytes;++i) ctarget[i] = c[i];
211*4e496f3dSmortimer       }
212*4e496f3dSmortimer       x->input[12] = j12;
213*4e496f3dSmortimer       x->input[13] = j13;
214*4e496f3dSmortimer       return;
215*4e496f3dSmortimer     }
216*4e496f3dSmortimer     bytes -= 64;
217*4e496f3dSmortimer     c += 64;
218*4e496f3dSmortimer #ifndef KEYSTREAM_ONLY
219*4e496f3dSmortimer     m += 64;
220*4e496f3dSmortimer #endif
221*4e496f3dSmortimer   }
222*4e496f3dSmortimer }
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