[CRYPTO] all: Pass tfm instead of ctx to algorithms
[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 struct aes_ctx {
77         int key_length;
78         u32 buf[120];
79 };
80
81 #define E_KEY (&ctx->buf[0])
82 #define D_KEY (&ctx->buf[60])
83
84 static u8 pow_tab[256] __initdata;
85 static u8 log_tab[256] __initdata;
86 static u8 sbx_tab[256] __initdata;
87 static u8 isb_tab[256] __initdata;
88 static u32 rco_tab[10];
89 static u32 ft_tab[4][256];
90 static u32 it_tab[4][256];
91
92 static u32 fl_tab[4][256];
93 static u32 il_tab[4][256];
94
95 static inline u8 __init
96 f_mult (u8 a, u8 b)
97 {
98         u8 aa = log_tab[a], cc = aa + log_tab[b];
99
100         return pow_tab[cc + (cc < aa ? 1 : 0)];
101 }
102
103 #define ff_mult(a,b)    (a && b ? f_mult(a, b) : 0)
104
105 #define f_rn(bo, bi, n, k)                                      \
106     bo[n] =  ft_tab[0][byte(bi[n],0)] ^                         \
107              ft_tab[1][byte(bi[(n + 1) & 3],1)] ^               \
108              ft_tab[2][byte(bi[(n + 2) & 3],2)] ^               \
109              ft_tab[3][byte(bi[(n + 3) & 3],3)] ^ *(k + n)
110
111 #define i_rn(bo, bi, n, k)                                      \
112     bo[n] =  it_tab[0][byte(bi[n],0)] ^                         \
113              it_tab[1][byte(bi[(n + 3) & 3],1)] ^               \
114              it_tab[2][byte(bi[(n + 2) & 3],2)] ^               \
115              it_tab[3][byte(bi[(n + 1) & 3],3)] ^ *(k + n)
116
117 #define ls_box(x)                               \
118     ( fl_tab[0][byte(x, 0)] ^                   \
119       fl_tab[1][byte(x, 1)] ^                   \
120       fl_tab[2][byte(x, 2)] ^                   \
121       fl_tab[3][byte(x, 3)] )
122
123 #define f_rl(bo, bi, n, k)                                      \
124     bo[n] =  fl_tab[0][byte(bi[n],0)] ^                         \
125              fl_tab[1][byte(bi[(n + 1) & 3],1)] ^               \
126              fl_tab[2][byte(bi[(n + 2) & 3],2)] ^               \
127              fl_tab[3][byte(bi[(n + 3) & 3],3)] ^ *(k + n)
128
129 #define i_rl(bo, bi, n, k)                                      \
130     bo[n] =  il_tab[0][byte(bi[n],0)] ^                         \
131              il_tab[1][byte(bi[(n + 3) & 3],1)] ^               \
132              il_tab[2][byte(bi[(n + 2) & 3],2)] ^               \
133              il_tab[3][byte(bi[(n + 1) & 3],3)] ^ *(k + n)
134
135 static void __init
136 gen_tabs (void)
137 {
138         u32 i, t;
139         u8 p, q;
140
141         /* log and power tables for GF(2**8) finite field with
142            0x011b as modular polynomial - the simplest primitive
143            root is 0x03, used here to generate the tables */
144
145         for (i = 0, p = 1; i < 256; ++i) {
146                 pow_tab[i] = (u8) p;
147                 log_tab[p] = (u8) i;
148
149                 p ^= (p << 1) ^ (p & 0x80 ? 0x01b : 0);
150         }
151
152         log_tab[1] = 0;
153
154         for (i = 0, p = 1; i < 10; ++i) {
155                 rco_tab[i] = p;
156
157                 p = (p << 1) ^ (p & 0x80 ? 0x01b : 0);
158         }
159
160         for (i = 0; i < 256; ++i) {
161                 p = (i ? pow_tab[255 - log_tab[i]] : 0);
162                 q = ((p >> 7) | (p << 1)) ^ ((p >> 6) | (p << 2));
163                 p ^= 0x63 ^ q ^ ((q >> 6) | (q << 2));
164                 sbx_tab[i] = p;
165                 isb_tab[p] = (u8) i;
166         }
167
168         for (i = 0; i < 256; ++i) {
169                 p = sbx_tab[i];
170
171                 t = p;
172                 fl_tab[0][i] = t;
173                 fl_tab[1][i] = rol32(t, 8);
174                 fl_tab[2][i] = rol32(t, 16);
175                 fl_tab[3][i] = rol32(t, 24);
176
177                 t = ((u32) ff_mult (2, p)) |
178                     ((u32) p << 8) |
179                     ((u32) p << 16) | ((u32) ff_mult (3, p) << 24);
180
181                 ft_tab[0][i] = t;
182                 ft_tab[1][i] = rol32(t, 8);
183                 ft_tab[2][i] = rol32(t, 16);
184                 ft_tab[3][i] = rol32(t, 24);
185
186                 p = isb_tab[i];
187
188                 t = p;
189                 il_tab[0][i] = t;
190                 il_tab[1][i] = rol32(t, 8);
191                 il_tab[2][i] = rol32(t, 16);
192                 il_tab[3][i] = rol32(t, 24);
193
194                 t = ((u32) ff_mult (14, p)) |
195                     ((u32) ff_mult (9, p) << 8) |
196                     ((u32) ff_mult (13, p) << 16) |
197                     ((u32) ff_mult (11, p) << 24);
198
199                 it_tab[0][i] = t;
200                 it_tab[1][i] = rol32(t, 8);
201                 it_tab[2][i] = rol32(t, 16);
202                 it_tab[3][i] = rol32(t, 24);
203         }
204 }
205
206 #define star_x(x) (((x) & 0x7f7f7f7f) << 1) ^ ((((x) & 0x80808080) >> 7) * 0x1b)
207
208 #define imix_col(y,x)       \
209     u   = star_x(x);        \
210     v   = star_x(u);        \
211     w   = star_x(v);        \
212     t   = w ^ (x);          \
213    (y)  = u ^ v ^ w;        \
214    (y) ^= ror32(u ^ t,  8) ^ \
215           ror32(v ^ t, 16) ^ \
216           ror32(t,24)
217
218 /* initialise the key schedule from the user supplied key */
219
220 #define loop4(i)                                    \
221 {   t = ror32(t,  8); t = ls_box(t) ^ rco_tab[i];    \
222     t ^= E_KEY[4 * i];     E_KEY[4 * i + 4] = t;    \
223     t ^= E_KEY[4 * i + 1]; E_KEY[4 * i + 5] = t;    \
224     t ^= E_KEY[4 * i + 2]; E_KEY[4 * i + 6] = t;    \
225     t ^= E_KEY[4 * i + 3]; E_KEY[4 * i + 7] = t;    \
226 }
227
228 #define loop6(i)                                    \
229 {   t = ror32(t,  8); t = ls_box(t) ^ rco_tab[i];    \
230     t ^= E_KEY[6 * i];     E_KEY[6 * i + 6] = t;    \
231     t ^= E_KEY[6 * i + 1]; E_KEY[6 * i + 7] = t;    \
232     t ^= E_KEY[6 * i + 2]; E_KEY[6 * i + 8] = t;    \
233     t ^= E_KEY[6 * i + 3]; E_KEY[6 * i + 9] = t;    \
234     t ^= E_KEY[6 * i + 4]; E_KEY[6 * i + 10] = t;   \
235     t ^= E_KEY[6 * i + 5]; E_KEY[6 * i + 11] = t;   \
236 }
237
238 #define loop8(i)                                    \
239 {   t = ror32(t,  8); ; t = ls_box(t) ^ rco_tab[i];  \
240     t ^= E_KEY[8 * i];     E_KEY[8 * i + 8] = t;    \
241     t ^= E_KEY[8 * i + 1]; E_KEY[8 * i + 9] = t;    \
242     t ^= E_KEY[8 * i + 2]; E_KEY[8 * i + 10] = t;   \
243     t ^= E_KEY[8 * i + 3]; E_KEY[8 * i + 11] = t;   \
244     t  = E_KEY[8 * i + 4] ^ ls_box(t);    \
245     E_KEY[8 * i + 12] = t;                \
246     t ^= E_KEY[8 * i + 5]; E_KEY[8 * i + 13] = t;   \
247     t ^= E_KEY[8 * i + 6]; E_KEY[8 * i + 14] = t;   \
248     t ^= E_KEY[8 * i + 7]; E_KEY[8 * i + 15] = t;   \
249 }
250
251 static int aes_set_key(struct crypto_tfm *tfm, const u8 *in_key,
252                        unsigned int key_len, u32 *flags)
253 {
254         struct aes_ctx *ctx = crypto_tfm_ctx(tfm);
255         const __le32 *key = (const __le32 *)in_key;
256         u32 i, t, u, v, w;
257
258         if (key_len != 16 && key_len != 24 && key_len != 32) {
259                 *flags |= CRYPTO_TFM_RES_BAD_KEY_LEN;
260                 return -EINVAL;
261         }
262
263         ctx->key_length = key_len;
264
265         E_KEY[0] = le32_to_cpu(key[0]);
266         E_KEY[1] = le32_to_cpu(key[1]);
267         E_KEY[2] = le32_to_cpu(key[2]);
268         E_KEY[3] = le32_to_cpu(key[3]);
269
270         switch (key_len) {
271         case 16:
272                 t = E_KEY[3];
273                 for (i = 0; i < 10; ++i)
274                         loop4 (i);
275                 break;
276
277         case 24:
278                 E_KEY[4] = le32_to_cpu(key[4]);
279                 t = E_KEY[5] = le32_to_cpu(key[5]);
280                 for (i = 0; i < 8; ++i)
281                         loop6 (i);
282                 break;
283
284         case 32:
285                 E_KEY[4] = le32_to_cpu(key[4]);
286                 E_KEY[5] = le32_to_cpu(key[5]);
287                 E_KEY[6] = le32_to_cpu(key[6]);
288                 t = E_KEY[7] = le32_to_cpu(key[7]);
289                 for (i = 0; i < 7; ++i)
290                         loop8 (i);
291                 break;
292         }
293
294         D_KEY[0] = E_KEY[0];
295         D_KEY[1] = E_KEY[1];
296         D_KEY[2] = E_KEY[2];
297         D_KEY[3] = E_KEY[3];
298
299         for (i = 4; i < key_len + 24; ++i) {
300                 imix_col (D_KEY[i], E_KEY[i]);
301         }
302
303         return 0;
304 }
305
306 /* encrypt a block of text */
307
308 #define f_nround(bo, bi, k) \
309     f_rn(bo, bi, 0, k);     \
310     f_rn(bo, bi, 1, k);     \
311     f_rn(bo, bi, 2, k);     \
312     f_rn(bo, bi, 3, k);     \
313     k += 4
314
315 #define f_lround(bo, bi, k) \
316     f_rl(bo, bi, 0, k);     \
317     f_rl(bo, bi, 1, k);     \
318     f_rl(bo, bi, 2, k);     \
319     f_rl(bo, bi, 3, k)
320
321 static void aes_encrypt(struct crypto_tfm *tfm, u8 *out, const u8 *in)
322 {
323         const struct aes_ctx *ctx = crypto_tfm_ctx(tfm);
324         const __le32 *src = (const __le32 *)in;
325         __le32 *dst = (__le32 *)out;
326         u32 b0[4], b1[4];
327         const u32 *kp = E_KEY + 4;
328
329         b0[0] = le32_to_cpu(src[0]) ^ E_KEY[0];
330         b0[1] = le32_to_cpu(src[1]) ^ E_KEY[1];
331         b0[2] = le32_to_cpu(src[2]) ^ E_KEY[2];
332         b0[3] = le32_to_cpu(src[3]) ^ E_KEY[3];
333
334         if (ctx->key_length > 24) {
335                 f_nround (b1, b0, kp);
336                 f_nround (b0, b1, kp);
337         }
338
339         if (ctx->key_length > 16) {
340                 f_nround (b1, b0, kp);
341                 f_nround (b0, b1, kp);
342         }
343
344         f_nround (b1, b0, kp);
345         f_nround (b0, b1, kp);
346         f_nround (b1, b0, kp);
347         f_nround (b0, b1, kp);
348         f_nround (b1, b0, kp);
349         f_nround (b0, b1, kp);
350         f_nround (b1, b0, kp);
351         f_nround (b0, b1, kp);
352         f_nround (b1, b0, kp);
353         f_lround (b0, b1, kp);
354
355         dst[0] = cpu_to_le32(b0[0]);
356         dst[1] = cpu_to_le32(b0[1]);
357         dst[2] = cpu_to_le32(b0[2]);
358         dst[3] = cpu_to_le32(b0[3]);
359 }
360
361 /* decrypt a block of text */
362
363 #define i_nround(bo, bi, k) \
364     i_rn(bo, bi, 0, k);     \
365     i_rn(bo, bi, 1, k);     \
366     i_rn(bo, bi, 2, k);     \
367     i_rn(bo, bi, 3, k);     \
368     k -= 4
369
370 #define i_lround(bo, bi, k) \
371     i_rl(bo, bi, 0, k);     \
372     i_rl(bo, bi, 1, k);     \
373     i_rl(bo, bi, 2, k);     \
374     i_rl(bo, bi, 3, k)
375
376 static void aes_decrypt(struct crypto_tfm *tfm, u8 *out, const u8 *in)
377 {
378         const struct aes_ctx *ctx = crypto_tfm_ctx(tfm);
379         const __le32 *src = (const __le32 *)in;
380         __le32 *dst = (__le32 *)out;
381         u32 b0[4], b1[4];
382         const int key_len = ctx->key_length;
383         const u32 *kp = D_KEY + key_len + 20;
384
385         b0[0] = le32_to_cpu(src[0]) ^ E_KEY[key_len + 24];
386         b0[1] = le32_to_cpu(src[1]) ^ E_KEY[key_len + 25];
387         b0[2] = le32_to_cpu(src[2]) ^ E_KEY[key_len + 26];
388         b0[3] = le32_to_cpu(src[3]) ^ E_KEY[key_len + 27];
389
390         if (key_len > 24) {
391                 i_nround (b1, b0, kp);
392                 i_nround (b0, b1, kp);
393         }
394
395         if (key_len > 16) {
396                 i_nround (b1, b0, kp);
397                 i_nround (b0, b1, kp);
398         }
399
400         i_nround (b1, b0, kp);
401         i_nround (b0, b1, kp);
402         i_nround (b1, b0, kp);
403         i_nround (b0, b1, kp);
404         i_nround (b1, b0, kp);
405         i_nround (b0, b1, kp);
406         i_nround (b1, b0, kp);
407         i_nround (b0, b1, kp);
408         i_nround (b1, b0, kp);
409         i_lround (b0, b1, kp);
410
411         dst[0] = cpu_to_le32(b0[0]);
412         dst[1] = cpu_to_le32(b0[1]);
413         dst[2] = cpu_to_le32(b0[2]);
414         dst[3] = cpu_to_le32(b0[3]);
415 }
416
417
418 static struct crypto_alg aes_alg = {
419         .cra_name               =       "aes",
420         .cra_driver_name        =       "aes-generic",
421         .cra_priority           =       100,
422         .cra_flags              =       CRYPTO_ALG_TYPE_CIPHER,
423         .cra_blocksize          =       AES_BLOCK_SIZE,
424         .cra_ctxsize            =       sizeof(struct aes_ctx),
425         .cra_alignmask          =       3,
426         .cra_module             =       THIS_MODULE,
427         .cra_list               =       LIST_HEAD_INIT(aes_alg.cra_list),
428         .cra_u                  =       {
429                 .cipher = {
430                         .cia_min_keysize        =       AES_MIN_KEY_SIZE,
431                         .cia_max_keysize        =       AES_MAX_KEY_SIZE,
432                         .cia_setkey             =       aes_set_key,
433                         .cia_encrypt            =       aes_encrypt,
434                         .cia_decrypt            =       aes_decrypt
435                 }
436         }
437 };
438
439 static int __init aes_init(void)
440 {
441         gen_tabs();
442         return crypto_register_alg(&aes_alg);
443 }
444
445 static void __exit aes_fini(void)
446 {
447         crypto_unregister_alg(&aes_alg);
448 }
449
450 module_init(aes_init);
451 module_exit(aes_fini);
452
453 MODULE_DESCRIPTION("Rijndael (AES) Cipher Algorithm");
454 MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
455