xref: /linux/crypto/aria_generic.c (revision 41e0d49104dbff888ef6446ea46842fde66c0a76)
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later
2 /*
3  * Cryptographic API.
4  *
5  * ARIA Cipher Algorithm.
6  *
7  * Documentation of ARIA can be found in RFC 5794.
8  * Copyright (c) 2022 Taehee Yoo <ap420073@gmail.com>
9  *
10  * Information for ARIA
11  *     http://210.104.33.10/ARIA/index-e.html (English)
12  *     http://seed.kisa.or.kr/ (Korean)
13  *
14  * Public domain version is distributed above.
15  */
16 
17 #include <crypto/aria.h>
18 
19 static const u32 key_rc[20] = {
20 	0x517cc1b7, 0x27220a94, 0xfe13abe8, 0xfa9a6ee0,
21 	0x6db14acc, 0x9e21c820, 0xff28b1d5, 0xef5de2b0,
22 	0xdb92371d, 0x2126e970, 0x03249775, 0x04e8c90e,
23 	0x517cc1b7, 0x27220a94, 0xfe13abe8, 0xfa9a6ee0,
24 	0x6db14acc, 0x9e21c820, 0xff28b1d5, 0xef5de2b0
25 };
26 
27 static void aria_set_encrypt_key(struct aria_ctx *ctx, const u8 *in_key,
28 				 unsigned int key_len)
29 {
30 	const __be32 *key = (const __be32 *)in_key;
31 	u32 w0[4], w1[4], w2[4], w3[4];
32 	u32 reg0, reg1, reg2, reg3;
33 	const u32 *ck;
34 	int rkidx = 0;
35 
36 	ck = &key_rc[(key_len - 16) / 2];
37 
38 	w0[0] = be32_to_cpu(key[0]);
39 	w0[1] = be32_to_cpu(key[1]);
40 	w0[2] = be32_to_cpu(key[2]);
41 	w0[3] = be32_to_cpu(key[3]);
42 
43 	reg0 = w0[0] ^ ck[0];
44 	reg1 = w0[1] ^ ck[1];
45 	reg2 = w0[2] ^ ck[2];
46 	reg3 = w0[3] ^ ck[3];
47 
48 	aria_subst_diff_odd(&reg0, &reg1, &reg2, &reg3);
49 
50 	if (key_len > 16) {
51 		w1[0] = be32_to_cpu(key[4]);
52 		w1[1] = be32_to_cpu(key[5]);
53 		if (key_len > 24) {
54 			w1[2] = be32_to_cpu(key[6]);
55 			w1[3] = be32_to_cpu(key[7]);
56 		} else {
57 			w1[2] = 0;
58 			w1[3] = 0;
59 		}
60 	} else {
61 		w1[0] = 0;
62 		w1[1] = 0;
63 		w1[2] = 0;
64 		w1[3] = 0;
65 	}
66 
67 	w1[0] ^= reg0;
68 	w1[1] ^= reg1;
69 	w1[2] ^= reg2;
70 	w1[3] ^= reg3;
71 
72 	reg0 = w1[0];
73 	reg1 = w1[1];
74 	reg2 = w1[2];
75 	reg3 = w1[3];
76 
77 	reg0 ^= ck[4];
78 	reg1 ^= ck[5];
79 	reg2 ^= ck[6];
80 	reg3 ^= ck[7];
81 
82 	aria_subst_diff_even(&reg0, &reg1, &reg2, &reg3);
83 
84 	reg0 ^= w0[0];
85 	reg1 ^= w0[1];
86 	reg2 ^= w0[2];
87 	reg3 ^= w0[3];
88 
89 	w2[0] = reg0;
90 	w2[1] = reg1;
91 	w2[2] = reg2;
92 	w2[3] = reg3;
93 
94 	reg0 ^= ck[8];
95 	reg1 ^= ck[9];
96 	reg2 ^= ck[10];
97 	reg3 ^= ck[11];
98 
99 	aria_subst_diff_odd(&reg0, &reg1, &reg2, &reg3);
100 
101 	w3[0] = reg0 ^ w1[0];
102 	w3[1] = reg1 ^ w1[1];
103 	w3[2] = reg2 ^ w1[2];
104 	w3[3] = reg3 ^ w1[3];
105 
106 	aria_gsrk(ctx->enc_key[rkidx], w0, w1, 19);
107 	rkidx++;
108 	aria_gsrk(ctx->enc_key[rkidx], w1, w2, 19);
109 	rkidx++;
110 	aria_gsrk(ctx->enc_key[rkidx], w2, w3, 19);
111 	rkidx++;
112 	aria_gsrk(ctx->enc_key[rkidx], w3, w0, 19);
113 
114 	rkidx++;
115 	aria_gsrk(ctx->enc_key[rkidx], w0, w1, 31);
116 	rkidx++;
117 	aria_gsrk(ctx->enc_key[rkidx], w1, w2, 31);
118 	rkidx++;
119 	aria_gsrk(ctx->enc_key[rkidx], w2, w3, 31);
120 	rkidx++;
121 	aria_gsrk(ctx->enc_key[rkidx], w3, w0, 31);
122 
123 	rkidx++;
124 	aria_gsrk(ctx->enc_key[rkidx], w0, w1, 67);
125 	rkidx++;
126 	aria_gsrk(ctx->enc_key[rkidx], w1, w2, 67);
127 	rkidx++;
128 	aria_gsrk(ctx->enc_key[rkidx], w2, w3, 67);
129 	rkidx++;
130 	aria_gsrk(ctx->enc_key[rkidx], w3, w0, 67);
131 
132 	rkidx++;
133 	aria_gsrk(ctx->enc_key[rkidx], w0, w1, 97);
134 	if (key_len > 16) {
135 		rkidx++;
136 		aria_gsrk(ctx->enc_key[rkidx], w1, w2, 97);
137 		rkidx++;
138 		aria_gsrk(ctx->enc_key[rkidx], w2, w3, 97);
139 
140 		if (key_len > 24) {
141 			rkidx++;
142 			aria_gsrk(ctx->enc_key[rkidx], w3, w0, 97);
143 
144 			rkidx++;
145 			aria_gsrk(ctx->enc_key[rkidx], w0, w1, 109);
146 		}
147 	}
148 }
149 
150 static void aria_set_decrypt_key(struct aria_ctx *ctx)
151 {
152 	int i;
153 
154 	for (i = 0; i < 4; i++) {
155 		ctx->dec_key[0][i] = ctx->enc_key[ctx->rounds][i];
156 		ctx->dec_key[ctx->rounds][i] = ctx->enc_key[0][i];
157 	}
158 
159 	for (i = 1; i < ctx->rounds; i++) {
160 		ctx->dec_key[i][0] = aria_m(ctx->enc_key[ctx->rounds - i][0]);
161 		ctx->dec_key[i][1] = aria_m(ctx->enc_key[ctx->rounds - i][1]);
162 		ctx->dec_key[i][2] = aria_m(ctx->enc_key[ctx->rounds - i][2]);
163 		ctx->dec_key[i][3] = aria_m(ctx->enc_key[ctx->rounds - i][3]);
164 
165 		aria_diff_word(&ctx->dec_key[i][0], &ctx->dec_key[i][1],
166 			       &ctx->dec_key[i][2], &ctx->dec_key[i][3]);
167 		aria_diff_byte(&ctx->dec_key[i][1],
168 			       &ctx->dec_key[i][2], &ctx->dec_key[i][3]);
169 		aria_diff_word(&ctx->dec_key[i][0], &ctx->dec_key[i][1],
170 			       &ctx->dec_key[i][2], &ctx->dec_key[i][3]);
171 	}
172 }
173 
174 int aria_set_key(struct crypto_tfm *tfm, const u8 *in_key, unsigned int key_len)
175 {
176 	struct aria_ctx *ctx = crypto_tfm_ctx(tfm);
177 
178 	if (key_len != 16 && key_len != 24 && key_len != 32)
179 		return -EINVAL;
180 
181 	ctx->key_length = key_len;
182 	ctx->rounds = (key_len + 32) / 4;
183 
184 	aria_set_encrypt_key(ctx, in_key, key_len);
185 	aria_set_decrypt_key(ctx);
186 
187 	return 0;
188 }
189 EXPORT_SYMBOL_GPL(aria_set_key);
190 
191 static void __aria_crypt(struct aria_ctx *ctx, u8 *out, const u8 *in,
192 			 u32 key[][ARIA_RD_KEY_WORDS])
193 {
194 	const __be32 *src = (const __be32 *)in;
195 	__be32 *dst = (__be32 *)out;
196 	u32 reg0, reg1, reg2, reg3;
197 	int rounds, rkidx = 0;
198 
199 	rounds = ctx->rounds;
200 
201 	reg0 = be32_to_cpu(src[0]);
202 	reg1 = be32_to_cpu(src[1]);
203 	reg2 = be32_to_cpu(src[2]);
204 	reg3 = be32_to_cpu(src[3]);
205 
206 	aria_add_round_key(key[rkidx], &reg0, &reg1, &reg2, &reg3);
207 	rkidx++;
208 
209 	aria_subst_diff_odd(&reg0, &reg1, &reg2, &reg3);
210 	aria_add_round_key(key[rkidx], &reg0, &reg1, &reg2, &reg3);
211 	rkidx++;
212 
213 	while ((rounds -= 2) > 0) {
214 		aria_subst_diff_even(&reg0, &reg1, &reg2, &reg3);
215 		aria_add_round_key(key[rkidx], &reg0, &reg1, &reg2, &reg3);
216 		rkidx++;
217 
218 		aria_subst_diff_odd(&reg0, &reg1, &reg2, &reg3);
219 		aria_add_round_key(key[rkidx], &reg0, &reg1, &reg2, &reg3);
220 		rkidx++;
221 	}
222 
223 	reg0 = key[rkidx][0] ^ make_u32((u8)(x1[get_u8(reg0, 0)]),
224 					(u8)(x2[get_u8(reg0, 1)] >> 8),
225 					(u8)(s1[get_u8(reg0, 2)]),
226 					(u8)(s2[get_u8(reg0, 3)]));
227 	reg1 = key[rkidx][1] ^ make_u32((u8)(x1[get_u8(reg1, 0)]),
228 					(u8)(x2[get_u8(reg1, 1)] >> 8),
229 					(u8)(s1[get_u8(reg1, 2)]),
230 					(u8)(s2[get_u8(reg1, 3)]));
231 	reg2 = key[rkidx][2] ^ make_u32((u8)(x1[get_u8(reg2, 0)]),
232 					(u8)(x2[get_u8(reg2, 1)] >> 8),
233 					(u8)(s1[get_u8(reg2, 2)]),
234 					(u8)(s2[get_u8(reg2, 3)]));
235 	reg3 = key[rkidx][3] ^ make_u32((u8)(x1[get_u8(reg3, 0)]),
236 					(u8)(x2[get_u8(reg3, 1)] >> 8),
237 					(u8)(s1[get_u8(reg3, 2)]),
238 					(u8)(s2[get_u8(reg3, 3)]));
239 
240 	dst[0] = cpu_to_be32(reg0);
241 	dst[1] = cpu_to_be32(reg1);
242 	dst[2] = cpu_to_be32(reg2);
243 	dst[3] = cpu_to_be32(reg3);
244 }
245 
246 void aria_encrypt(void *_ctx, u8 *out, const u8 *in)
247 {
248 	struct aria_ctx *ctx = (struct aria_ctx *)_ctx;
249 
250 	__aria_crypt(ctx, out, in, ctx->enc_key);
251 }
252 EXPORT_SYMBOL_GPL(aria_encrypt);
253 
254 void aria_decrypt(void *_ctx, u8 *out, const u8 *in)
255 {
256 	struct aria_ctx *ctx = (struct aria_ctx *)_ctx;
257 
258 	__aria_crypt(ctx, out, in, ctx->dec_key);
259 }
260 EXPORT_SYMBOL_GPL(aria_decrypt);
261 
262 static void __aria_encrypt(struct crypto_tfm *tfm, u8 *out, const u8 *in)
263 {
264 	struct aria_ctx *ctx = crypto_tfm_ctx(tfm);
265 
266 	__aria_crypt(ctx, out, in, ctx->enc_key);
267 }
268 
269 static void __aria_decrypt(struct crypto_tfm *tfm, u8 *out, const u8 *in)
270 {
271 	struct aria_ctx *ctx = crypto_tfm_ctx(tfm);
272 
273 	__aria_crypt(ctx, out, in, ctx->dec_key);
274 }
275 
276 static struct crypto_alg aria_alg = {
277 	.cra_name		=	"aria",
278 	.cra_driver_name	=	"aria-generic",
279 	.cra_priority		=	100,
280 	.cra_flags		=	CRYPTO_ALG_TYPE_CIPHER,
281 	.cra_blocksize		=	ARIA_BLOCK_SIZE,
282 	.cra_ctxsize		=	sizeof(struct aria_ctx),
283 	.cra_alignmask		=	3,
284 	.cra_module		=	THIS_MODULE,
285 	.cra_u			=	{
286 		.cipher = {
287 			.cia_min_keysize	=	ARIA_MIN_KEY_SIZE,
288 			.cia_max_keysize	=	ARIA_MAX_KEY_SIZE,
289 			.cia_setkey		=	aria_set_key,
290 			.cia_encrypt		=	__aria_encrypt,
291 			.cia_decrypt		=	__aria_decrypt
292 		}
293 	}
294 };
295 
296 static int __init aria_init(void)
297 {
298 	return crypto_register_alg(&aria_alg);
299 }
300 
301 static void __exit aria_fini(void)
302 {
303 	crypto_unregister_alg(&aria_alg);
304 }
305 
306 subsys_initcall(aria_init);
307 module_exit(aria_fini);
308 
309 MODULE_DESCRIPTION("ARIA Cipher Algorithm");
310 MODULE_LICENSE("GPL");
311 MODULE_AUTHOR("Taehee Yoo <ap420073@gmail.com>");
312 MODULE_ALIAS_CRYPTO("aria");
313 MODULE_ALIAS_CRYPTO("aria-generic");
314