xref: /freebsd/crypto/openssh/openbsd-compat/chacha_private.h (revision f7167e0ea0bf5aaabff9490453b3b71b3f1b4d51)
1*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav /*
2*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav chacha-merged.c version 20080118
3*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav D. J. Bernstein
4*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav Public domain.
5*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav */
6*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav 
7*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav /* $OpenBSD: chacha_private.h,v 1.2 2013/10/04 07:02:27 djm Exp $ */
8*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav 
9*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav typedef unsigned char u8;
10*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav typedef unsigned int u32;
11*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav 
12*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav typedef struct
13*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav {
14*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   u32 input[16]; /* could be compressed */
15*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav } chacha_ctx;
16*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav 
17*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav #define U8C(v) (v##U)
18*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav #define U32C(v) (v##U)
19*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav 
20*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav #define U8V(v) ((u8)(v) & U8C(0xFF))
21*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav #define U32V(v) ((u32)(v) & U32C(0xFFFFFFFF))
22*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav 
23*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav #define ROTL32(v, n) \
24*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   (U32V((v) << (n)) | ((v) >> (32 - (n))))
25*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav 
26*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav #define U8TO32_LITTLE(p) \
27*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   (((u32)((p)[0])      ) | \
28*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav    ((u32)((p)[1]) <<  8) | \
29*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav    ((u32)((p)[2]) << 16) | \
30*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav    ((u32)((p)[3]) << 24))
31*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav 
32*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav #define U32TO8_LITTLE(p, v) \
33*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   do { \
34*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     (p)[0] = U8V((v)      ); \
35*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     (p)[1] = U8V((v) >>  8); \
36*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     (p)[2] = U8V((v) >> 16); \
37*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     (p)[3] = U8V((v) >> 24); \
38*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   } while (0)
39*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav 
40*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav #define ROTATE(v,c) (ROTL32(v,c))
41*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav #define XOR(v,w) ((v) ^ (w))
42*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav #define PLUS(v,w) (U32V((v) + (w)))
43*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav #define PLUSONE(v) (PLUS((v),1))
44*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav 
45*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav #define QUARTERROUND(a,b,c,d) \
46*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   a = PLUS(a,b); d = ROTATE(XOR(d,a),16); \
47*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   c = PLUS(c,d); b = ROTATE(XOR(b,c),12); \
48*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   a = PLUS(a,b); d = ROTATE(XOR(d,a), 8); \
49*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   c = PLUS(c,d); b = ROTATE(XOR(b,c), 7);
50*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav 
51*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav static const char sigma[16] = "expand 32-byte k";
52*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav static const char tau[16] = "expand 16-byte k";
53*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav 
54*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav static void
55*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav chacha_keysetup(chacha_ctx *x,const u8 *k,u32 kbits,u32 ivbits)
56*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav {
57*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   const char *constants;
58*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav 
59*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   x->input[4] = U8TO32_LITTLE(k + 0);
60*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   x->input[5] = U8TO32_LITTLE(k + 4);
61*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   x->input[6] = U8TO32_LITTLE(k + 8);
62*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   x->input[7] = U8TO32_LITTLE(k + 12);
63*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   if (kbits == 256) { /* recommended */
64*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     k += 16;
65*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     constants = sigma;
66*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   } else { /* kbits == 128 */
67*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     constants = tau;
68*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   }
69*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   x->input[8] = U8TO32_LITTLE(k + 0);
70*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   x->input[9] = U8TO32_LITTLE(k + 4);
71*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   x->input[10] = U8TO32_LITTLE(k + 8);
72*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   x->input[11] = U8TO32_LITTLE(k + 12);
73*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   x->input[0] = U8TO32_LITTLE(constants + 0);
74*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   x->input[1] = U8TO32_LITTLE(constants + 4);
75*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   x->input[2] = U8TO32_LITTLE(constants + 8);
76*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   x->input[3] = U8TO32_LITTLE(constants + 12);
77*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav }
78*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav 
79*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav static void
80*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav chacha_ivsetup(chacha_ctx *x,const u8 *iv)
81*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav {
82*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   x->input[12] = 0;
83*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   x->input[13] = 0;
84*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   x->input[14] = U8TO32_LITTLE(iv + 0);
85*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   x->input[15] = U8TO32_LITTLE(iv + 4);
86*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav }
87*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav 
88*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav static void
89*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav chacha_encrypt_bytes(chacha_ctx *x,const u8 *m,u8 *c,u32 bytes)
90*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav {
91*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   u32 x0, x1, x2, x3, x4, x5, x6, x7, x8, x9, x10, x11, x12, x13, x14, x15;
92*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   u32 j0, j1, j2, j3, j4, j5, j6, j7, j8, j9, j10, j11, j12, j13, j14, j15;
93*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   u8 *ctarget = NULL;
94*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   u8 tmp[64];
95*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   u_int i;
96*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav 
97*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   if (!bytes) return;
98*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav 
99*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   j0 = x->input[0];
100*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   j1 = x->input[1];
101*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   j2 = x->input[2];
102*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   j3 = x->input[3];
103*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   j4 = x->input[4];
104*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   j5 = x->input[5];
105*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   j6 = x->input[6];
106*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   j7 = x->input[7];
107*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   j8 = x->input[8];
108*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   j9 = x->input[9];
109*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   j10 = x->input[10];
110*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   j11 = x->input[11];
111*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   j12 = x->input[12];
112*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   j13 = x->input[13];
113*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   j14 = x->input[14];
114*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   j15 = x->input[15];
115*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav 
116*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   for (;;) {
117*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     if (bytes < 64) {
118*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav       for (i = 0;i < bytes;++i) tmp[i] = m[i];
119*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav       m = tmp;
120*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav       ctarget = c;
121*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav       c = tmp;
122*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     }
123*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x0 = j0;
124*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x1 = j1;
125*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x2 = j2;
126*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x3 = j3;
127*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x4 = j4;
128*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x5 = j5;
129*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x6 = j6;
130*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x7 = j7;
131*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x8 = j8;
132*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x9 = j9;
133*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x10 = j10;
134*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x11 = j11;
135*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x12 = j12;
136*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x13 = j13;
137*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x14 = j14;
138*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x15 = j15;
139*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     for (i = 20;i > 0;i -= 2) {
140*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav       QUARTERROUND( x0, x4, x8,x12)
141*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav       QUARTERROUND( x1, x5, x9,x13)
142*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav       QUARTERROUND( x2, x6,x10,x14)
143*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav       QUARTERROUND( x3, x7,x11,x15)
144*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav       QUARTERROUND( x0, x5,x10,x15)
145*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav       QUARTERROUND( x1, x6,x11,x12)
146*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav       QUARTERROUND( x2, x7, x8,x13)
147*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav       QUARTERROUND( x3, x4, x9,x14)
148*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     }
149*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x0 = PLUS(x0,j0);
150*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x1 = PLUS(x1,j1);
151*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x2 = PLUS(x2,j2);
152*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x3 = PLUS(x3,j3);
153*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x4 = PLUS(x4,j4);
154*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x5 = PLUS(x5,j5);
155*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x6 = PLUS(x6,j6);
156*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x7 = PLUS(x7,j7);
157*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x8 = PLUS(x8,j8);
158*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x9 = PLUS(x9,j9);
159*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x10 = PLUS(x10,j10);
160*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x11 = PLUS(x11,j11);
161*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x12 = PLUS(x12,j12);
162*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x13 = PLUS(x13,j13);
163*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x14 = PLUS(x14,j14);
164*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x15 = PLUS(x15,j15);
165*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav 
166*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav #ifndef KEYSTREAM_ONLY
167*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x0 = XOR(x0,U8TO32_LITTLE(m + 0));
168*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x1 = XOR(x1,U8TO32_LITTLE(m + 4));
169*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x2 = XOR(x2,U8TO32_LITTLE(m + 8));
170*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x3 = XOR(x3,U8TO32_LITTLE(m + 12));
171*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x4 = XOR(x4,U8TO32_LITTLE(m + 16));
172*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x5 = XOR(x5,U8TO32_LITTLE(m + 20));
173*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x6 = XOR(x6,U8TO32_LITTLE(m + 24));
174*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x7 = XOR(x7,U8TO32_LITTLE(m + 28));
175*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x8 = XOR(x8,U8TO32_LITTLE(m + 32));
176*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x9 = XOR(x9,U8TO32_LITTLE(m + 36));
177*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x10 = XOR(x10,U8TO32_LITTLE(m + 40));
178*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x11 = XOR(x11,U8TO32_LITTLE(m + 44));
179*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x12 = XOR(x12,U8TO32_LITTLE(m + 48));
180*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x13 = XOR(x13,U8TO32_LITTLE(m + 52));
181*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x14 = XOR(x14,U8TO32_LITTLE(m + 56));
182*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     x15 = XOR(x15,U8TO32_LITTLE(m + 60));
183*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav #endif
184*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav 
185*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     j12 = PLUSONE(j12);
186*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     if (!j12) {
187*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav       j13 = PLUSONE(j13);
188*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav       /* stopping at 2^70 bytes per nonce is user's responsibility */
189*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     }
190*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav 
191*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     U32TO8_LITTLE(c + 0,x0);
192*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     U32TO8_LITTLE(c + 4,x1);
193*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     U32TO8_LITTLE(c + 8,x2);
194*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     U32TO8_LITTLE(c + 12,x3);
195*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     U32TO8_LITTLE(c + 16,x4);
196*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     U32TO8_LITTLE(c + 20,x5);
197*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     U32TO8_LITTLE(c + 24,x6);
198*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     U32TO8_LITTLE(c + 28,x7);
199*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     U32TO8_LITTLE(c + 32,x8);
200*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     U32TO8_LITTLE(c + 36,x9);
201*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     U32TO8_LITTLE(c + 40,x10);
202*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     U32TO8_LITTLE(c + 44,x11);
203*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     U32TO8_LITTLE(c + 48,x12);
204*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     U32TO8_LITTLE(c + 52,x13);
205*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     U32TO8_LITTLE(c + 56,x14);
206*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     U32TO8_LITTLE(c + 60,x15);
207*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav 
208*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     if (bytes <= 64) {
209*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav       if (bytes < 64) {
210*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav         for (i = 0;i < bytes;++i) ctarget[i] = c[i];
211*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav       }
212*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav       x->input[12] = j12;
213*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav       x->input[13] = j13;
214*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav       return;
215*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     }
216*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     bytes -= 64;
217*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     c += 64;
218*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav #ifndef KEYSTREAM_ONLY
219*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav     m += 64;
220*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav #endif
221*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav   }
222*f7167e0eSDag-Erling Smørgrav }
223