Merge master.kernel.org:/home/rmk/linux-2.6-arm
[linux-3.10.git] / crypto / aes.c
1 /* 
2  * Cryptographic API.
3  *
4  * AES Cipher Algorithm.
5  *
6  * Based on Brian Gladman's code.
7  *
8  * Linux developers:
9  *  Alexander Kjeldaas <astor@fast.no>
10  *  Herbert Valerio Riedel <hvr@hvrlab.org>
11  *  Kyle McMartin <kyle@debian.org>
12  *  Adam J. Richter <adam@yggdrasil.com> (conversion to 2.5 API).
13  *
14  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
15  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
16  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
17  * (at your option) any later version.
18  *
19  * ---------------------------------------------------------------------------
20  * Copyright (c) 2002, Dr Brian Gladman <brg@gladman.me.uk>, Worcester, UK.
21  * All rights reserved.
22  *
23  * LICENSE TERMS
24  *
25  * The free distribution and use of this software in both source and binary
26  * form is allowed (with or without changes) provided that:
27  *
28  *   1. distributions of this source code include the above copyright
29  *      notice, this list of conditions and the following disclaimer;
30  *
31  *   2. distributions in binary form include the above copyright
32  *      notice, this list of conditions and the following disclaimer
33  *      in the documentation and/or other associated materials;
34  *
35  *   3. the copyright holder's name is not used to endorse products
36  *      built using this software without specific written permission.
37  *
38  * ALTERNATIVELY, provided that this notice is retained in full, this product
39  * may be distributed under the terms of the GNU General Public License (GPL),
40  * in which case the provisions of the GPL apply INSTEAD OF those given above.
41  *
42  * DISCLAIMER
43  *
44  * This software is provided 'as is' with no explicit or implied warranties
45  * in respect of its properties, including, but not limited to, correctness
46  * and/or fitness for purpose.
47  * ---------------------------------------------------------------------------
48  */
49
50 /* Some changes from the Gladman version:
51     s/RIJNDAEL(e_key)/E_KEY/g
52     s/RIJNDAEL(d_key)/D_KEY/g
53 */
54
55 #include <linux/module.h>
56 #include <linux/init.h>
57 #include <linux/types.h>
58 #include <linux/errno.h>
59 #include <linux/crypto.h>
60 #include <asm/byteorder.h>
61
62 #define AES_MIN_KEY_SIZE        16
63 #define AES_MAX_KEY_SIZE        32
64
65 #define AES_BLOCK_SIZE          16
66
67 /*
68  * #define byte(x, nr) ((unsigned char)((x) >> (nr*8))) 
69  */
70 static inline u8
71 byte(const u32 x, const unsigned n)
72 {
73         return x >> (n << 3);
74 }
75
76 #define u32_in(x) le32_to_cpu(*(const u32 *)(x))
77 #define u32_out(to, from) (*(u32 *)(to) = cpu_to_le32(from))
78
79 struct aes_ctx {
80         int key_length;
81         u32 E[60];
82         u32 D[60];
83 };
84
85 #define E_KEY ctx->E
86 #define D_KEY ctx->D
87
88 static u8 pow_tab[256] __initdata;
89 static u8 log_tab[256] __initdata;
90 static u8 sbx_tab[256] __initdata;
91 static u8 isb_tab[256] __initdata;
92 static u32 rco_tab[10];
93 static u32 ft_tab[4][256];
94 static u32 it_tab[4][256];
95
96 static u32 fl_tab[4][256];
97 static u32 il_tab[4][256];
98
99 static inline u8 __init
100 f_mult (u8 a, u8 b)
101 {
102         u8 aa = log_tab[a], cc = aa + log_tab[b];
103
104         return pow_tab[cc + (cc < aa ? 1 : 0)];
105 }
106
107 #define ff_mult(a,b)    (a && b ? f_mult(a, b) : 0)
108
109 #define f_rn(bo, bi, n, k)                                      \
110     bo[n] =  ft_tab[0][byte(bi[n],0)] ^                         \
111              ft_tab[1][byte(bi[(n + 1) & 3],1)] ^               \
112              ft_tab[2][byte(bi[(n + 2) & 3],2)] ^               \
113              ft_tab[3][byte(bi[(n + 3) & 3],3)] ^ *(k + n)
114
115 #define i_rn(bo, bi, n, k)                                      \
116     bo[n] =  it_tab[0][byte(bi[n],0)] ^                         \
117              it_tab[1][byte(bi[(n + 3) & 3],1)] ^               \
118              it_tab[2][byte(bi[(n + 2) & 3],2)] ^               \
119              it_tab[3][byte(bi[(n + 1) & 3],3)] ^ *(k + n)
120
121 #define ls_box(x)                               \
122     ( fl_tab[0][byte(x, 0)] ^                   \
123       fl_tab[1][byte(x, 1)] ^                   \
124       fl_tab[2][byte(x, 2)] ^                   \
125       fl_tab[3][byte(x, 3)] )
126
127 #define f_rl(bo, bi, n, k)                                      \
128     bo[n] =  fl_tab[0][byte(bi[n],0)] ^                         \
129              fl_tab[1][byte(bi[(n + 1) & 3],1)] ^               \
130              fl_tab[2][byte(bi[(n + 2) & 3],2)] ^               \
131              fl_tab[3][byte(bi[(n + 3) & 3],3)] ^ *(k + n)
132
133 #define i_rl(bo, bi, n, k)                                      \
134     bo[n] =  il_tab[0][byte(bi[n],0)] ^                         \
135              il_tab[1][byte(bi[(n + 3) & 3],1)] ^               \
136              il_tab[2][byte(bi[(n + 2) & 3],2)] ^               \
137              il_tab[3][byte(bi[(n + 1) & 3],3)] ^ *(k + n)
138
139 static void __init
140 gen_tabs (void)
141 {
142         u32 i, t;
143         u8 p, q;
144
145         /* log and power tables for GF(2**8) finite field with
146            0x011b as modular polynomial - the simplest primitive
147            root is 0x03, used here to generate the tables */
148
149         for (i = 0, p = 1; i < 256; ++i) {
150                 pow_tab[i] = (u8) p;
151                 log_tab[p] = (u8) i;
152
153                 p ^= (p << 1) ^ (p & 0x80 ? 0x01b : 0);
154         }
155
156         log_tab[1] = 0;
157
158         for (i = 0, p = 1; i < 10; ++i) {
159                 rco_tab[i] = p;
160
161                 p = (p << 1) ^ (p & 0x80 ? 0x01b : 0);
162         }
163
164         for (i = 0; i < 256; ++i) {
165                 p = (i ? pow_tab[255 - log_tab[i]] : 0);
166                 q = ((p >> 7) | (p << 1)) ^ ((p >> 6) | (p << 2));
167                 p ^= 0x63 ^ q ^ ((q >> 6) | (q << 2));
168                 sbx_tab[i] = p;
169                 isb_tab[p] = (u8) i;
170         }
171
172         for (i = 0; i < 256; ++i) {
173                 p = sbx_tab[i];
174
175                 t = p;
176                 fl_tab[0][i] = t;
177                 fl_tab[1][i] = rol32(t, 8);
178                 fl_tab[2][i] = rol32(t, 16);
179                 fl_tab[3][i] = rol32(t, 24);
180
181                 t = ((u32) ff_mult (2, p)) |
182                     ((u32) p << 8) |
183                     ((u32) p << 16) | ((u32) ff_mult (3, p) << 24);
184
185                 ft_tab[0][i] = t;
186                 ft_tab[1][i] = rol32(t, 8);
187                 ft_tab[2][i] = rol32(t, 16);
188                 ft_tab[3][i] = rol32(t, 24);
189
190                 p = isb_tab[i];
191
192                 t = p;
193                 il_tab[0][i] = t;
194                 il_tab[1][i] = rol32(t, 8);
195                 il_tab[2][i] = rol32(t, 16);
196                 il_tab[3][i] = rol32(t, 24);
197
198                 t = ((u32) ff_mult (14, p)) |
199                     ((u32) ff_mult (9, p) << 8) |
200                     ((u32) ff_mult (13, p) << 16) |
201                     ((u32) ff_mult (11, p) << 24);
202
203                 it_tab[0][i] = t;
204                 it_tab[1][i] = rol32(t, 8);
205                 it_tab[2][i] = rol32(t, 16);
206                 it_tab[3][i] = rol32(t, 24);
207         }
208 }
209
210 #define star_x(x) (((x) & 0x7f7f7f7f) << 1) ^ ((((x) & 0x80808080) >> 7) * 0x1b)
211
212 #define imix_col(y,x)       \
213     u   = star_x(x);        \
214     v   = star_x(u);        \
215     w   = star_x(v);        \
216     t   = w ^ (x);          \
217    (y)  = u ^ v ^ w;        \
218    (y) ^= ror32(u ^ t,  8) ^ \
219           ror32(v ^ t, 16) ^ \
220           ror32(t,24)
221
222 /* initialise the key schedule from the user supplied key */
223
224 #define loop4(i)                                    \
225 {   t = ror32(t,  8); t = ls_box(t) ^ rco_tab[i];    \
226     t ^= E_KEY[4 * i];     E_KEY[4 * i + 4] = t;    \
227     t ^= E_KEY[4 * i + 1]; E_KEY[4 * i + 5] = t;    \
228     t ^= E_KEY[4 * i + 2]; E_KEY[4 * i + 6] = t;    \
229     t ^= E_KEY[4 * i + 3]; E_KEY[4 * i + 7] = t;    \
230 }
231
232 #define loop6(i)                                    \
233 {   t = ror32(t,  8); t = ls_box(t) ^ rco_tab[i];    \
234     t ^= E_KEY[6 * i];     E_KEY[6 * i + 6] = t;    \
235     t ^= E_KEY[6 * i + 1]; E_KEY[6 * i + 7] = t;    \
236     t ^= E_KEY[6 * i + 2]; E_KEY[6 * i + 8] = t;    \
237     t ^= E_KEY[6 * i + 3]; E_KEY[6 * i + 9] = t;    \
238     t ^= E_KEY[6 * i + 4]; E_KEY[6 * i + 10] = t;   \
239     t ^= E_KEY[6 * i + 5]; E_KEY[6 * i + 11] = t;   \
240 }
241
242 #define loop8(i)                                    \
243 {   t = ror32(t,  8); ; t = ls_box(t) ^ rco_tab[i];  \
244     t ^= E_KEY[8 * i];     E_KEY[8 * i + 8] = t;    \
245     t ^= E_KEY[8 * i + 1]; E_KEY[8 * i + 9] = t;    \
246     t ^= E_KEY[8 * i + 2]; E_KEY[8 * i + 10] = t;   \
247     t ^= E_KEY[8 * i + 3]; E_KEY[8 * i + 11] = t;   \
248     t  = E_KEY[8 * i + 4] ^ ls_box(t);    \
249     E_KEY[8 * i + 12] = t;                \
250     t ^= E_KEY[8 * i + 5]; E_KEY[8 * i + 13] = t;   \
251     t ^= E_KEY[8 * i + 6]; E_KEY[8 * i + 14] = t;   \
252     t ^= E_KEY[8 * i + 7]; E_KEY[8 * i + 15] = t;   \
253 }
254
255 static int
256 aes_set_key(void *ctx_arg, const u8 *in_key, unsigned int key_len, u32 *flags)
257 {
258         struct aes_ctx *ctx = ctx_arg;
259         u32 i, t, u, v, w;
260
261         if (key_len != 16 && key_len != 24 && key_len != 32) {
262                 *flags |= CRYPTO_TFM_RES_BAD_KEY_LEN;
263                 return -EINVAL;
264         }
265
266         ctx->key_length = key_len;
267
268         E_KEY[0] = u32_in (in_key);
269         E_KEY[1] = u32_in (in_key + 4);
270         E_KEY[2] = u32_in (in_key + 8);
271         E_KEY[3] = u32_in (in_key + 12);
272
273         switch (key_len) {
274         case 16:
275                 t = E_KEY[3];
276                 for (i = 0; i < 10; ++i)
277                         loop4 (i);
278                 break;
279
280         case 24:
281                 E_KEY[4] = u32_in (in_key + 16);
282                 t = E_KEY[5] = u32_in (in_key + 20);
283                 for (i = 0; i < 8; ++i)
284                         loop6 (i);
285                 break;
286
287         case 32:
288                 E_KEY[4] = u32_in (in_key + 16);
289                 E_KEY[5] = u32_in (in_key + 20);
290                 E_KEY[6] = u32_in (in_key + 24);
291                 t = E_KEY[7] = u32_in (in_key + 28);
292                 for (i = 0; i < 7; ++i)
293                         loop8 (i);
294                 break;
295         }
296
297         D_KEY[0] = E_KEY[0];
298         D_KEY[1] = E_KEY[1];
299         D_KEY[2] = E_KEY[2];
300         D_KEY[3] = E_KEY[3];
301
302         for (i = 4; i < key_len + 24; ++i) {
303                 imix_col (D_KEY[i], E_KEY[i]);
304         }
305
306         return 0;
307 }
308
309 /* encrypt a block of text */
310
311 #define f_nround(bo, bi, k) \
312     f_rn(bo, bi, 0, k);     \
313     f_rn(bo, bi, 1, k);     \
314     f_rn(bo, bi, 2, k);     \
315     f_rn(bo, bi, 3, k);     \
316     k += 4
317
318 #define f_lround(bo, bi, k) \
319     f_rl(bo, bi, 0, k);     \
320     f_rl(bo, bi, 1, k);     \
321     f_rl(bo, bi, 2, k);     \
322     f_rl(bo, bi, 3, k)
323
324 static void aes_encrypt(void *ctx_arg, u8 *out, const u8 *in)
325 {
326         const struct aes_ctx *ctx = ctx_arg;
327         u32 b0[4], b1[4];
328         const u32 *kp = E_KEY + 4;
329
330         b0[0] = u32_in (in) ^ E_KEY[0];
331         b0[1] = u32_in (in + 4) ^ E_KEY[1];
332         b0[2] = u32_in (in + 8) ^ E_KEY[2];
333         b0[3] = u32_in (in + 12) ^ E_KEY[3];
334
335         if (ctx->key_length > 24) {
336                 f_nround (b1, b0, kp);
337                 f_nround (b0, b1, kp);
338         }
339
340         if (ctx->key_length > 16) {
341                 f_nround (b1, b0, kp);
342                 f_nround (b0, b1, kp);
343         }
344
345         f_nround (b1, b0, kp);
346         f_nround (b0, b1, kp);
347         f_nround (b1, b0, kp);
348         f_nround (b0, b1, kp);
349         f_nround (b1, b0, kp);
350         f_nround (b0, b1, kp);
351         f_nround (b1, b0, kp);
352         f_nround (b0, b1, kp);
353         f_nround (b1, b0, kp);
354         f_lround (b0, b1, kp);
355
356         u32_out (out, b0[0]);
357         u32_out (out + 4, b0[1]);
358         u32_out (out + 8, b0[2]);
359         u32_out (out + 12, b0[3]);
360 }
361
362 /* decrypt a block of text */
363
364 #define i_nround(bo, bi, k) \
365     i_rn(bo, bi, 0, k);     \
366     i_rn(bo, bi, 1, k);     \
367     i_rn(bo, bi, 2, k);     \
368     i_rn(bo, bi, 3, k);     \
369     k -= 4
370
371 #define i_lround(bo, bi, k) \
372     i_rl(bo, bi, 0, k);     \
373     i_rl(bo, bi, 1, k);     \
374     i_rl(bo, bi, 2, k);     \
375     i_rl(bo, bi, 3, k)
376
377 static void aes_decrypt(void *ctx_arg, u8 *out, const u8 *in)
378 {
379         const struct aes_ctx *ctx = ctx_arg;
380         u32 b0[4], b1[4];
381         const int key_len = ctx->key_length;
382         const u32 *kp = D_KEY + key_len + 20;
383
384         b0[0] = u32_in (in) ^ E_KEY[key_len + 24];
385         b0[1] = u32_in (in + 4) ^ E_KEY[key_len + 25];
386         b0[2] = u32_in (in + 8) ^ E_KEY[key_len + 26];
387         b0[3] = u32_in (in + 12) ^ E_KEY[key_len + 27];
388
389         if (key_len > 24) {
390                 i_nround (b1, b0, kp);
391                 i_nround (b0, b1, kp);
392         }
393
394         if (key_len > 16) {
395                 i_nround (b1, b0, kp);
396                 i_nround (b0, b1, kp);
397         }
398
399         i_nround (b1, b0, kp);
400         i_nround (b0, b1, kp);
401         i_nround (b1, b0, kp);
402         i_nround (b0, b1, kp);
403         i_nround (b1, b0, kp);
404         i_nround (b0, b1, kp);
405         i_nround (b1, b0, kp);
406         i_nround (b0, b1, kp);
407         i_nround (b1, b0, kp);
408         i_lround (b0, b1, kp);
409
410         u32_out (out, b0[0]);
411         u32_out (out + 4, b0[1]);
412         u32_out (out + 8, b0[2]);
413         u32_out (out + 12, b0[3]);
414 }
415
416
417 static struct crypto_alg aes_alg = {
418         .cra_name               =       "aes",
419         .cra_flags              =       CRYPTO_ALG_TYPE_CIPHER,
420         .cra_blocksize          =       AES_BLOCK_SIZE,
421         .cra_ctxsize            =       sizeof(struct aes_ctx),
422         .cra_module             =       THIS_MODULE,
423         .cra_list               =       LIST_HEAD_INIT(aes_alg.cra_list),
424         .cra_u                  =       {
425                 .cipher = {
426                         .cia_min_keysize        =       AES_MIN_KEY_SIZE,
427                         .cia_max_keysize        =       AES_MAX_KEY_SIZE,
428                         .cia_setkey             =       aes_set_key,
429                         .cia_encrypt            =       aes_encrypt,
430                         .cia_decrypt            =       aes_decrypt
431                 }
432         }
433 };
434
435 static int __init aes_init(void)
436 {
437         gen_tabs();
438         return crypto_register_alg(&aes_alg);
439 }
440
441 static void __exit aes_fini(void)
442 {
443         crypto_unregister_alg(&aes_alg);
444 }
445
446 module_init(aes_init);
447 module_exit(aes_fini);
448
449 MODULE_DESCRIPTION("Rijndael (AES) Cipher Algorithm");
450 MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
451