xref: /linux/crypto/aria_generic.c (revision c546656f31c5138afcaddfcd8f8b93fbf73e4d3a)
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 	BUILD_BUG_ON(sizeof(ctx->enc_key) != 272);
182 	BUILD_BUG_ON(sizeof(ctx->dec_key) != 272);
183 	BUILD_BUG_ON(sizeof(int) != sizeof(ctx->rounds));
184 
185 	ctx->key_length = key_len;
186 	ctx->rounds = (key_len + 32) / 4;
187 
188 	aria_set_encrypt_key(ctx, in_key, key_len);
189 	aria_set_decrypt_key(ctx);
190 
191 	return 0;
192 }
193 EXPORT_SYMBOL_GPL(aria_set_key);
194 
195 static void __aria_crypt(struct aria_ctx *ctx, u8 *out, const u8 *in,
196 			 u32 key[][ARIA_RD_KEY_WORDS])
197 {
198 	const __be32 *src = (const __be32 *)in;
199 	__be32 *dst = (__be32 *)out;
200 	u32 reg0, reg1, reg2, reg3;
201 	int rounds, rkidx = 0;
202 
203 	rounds = ctx->rounds;
204 
205 	reg0 = be32_to_cpu(src[0]);
206 	reg1 = be32_to_cpu(src[1]);
207 	reg2 = be32_to_cpu(src[2]);
208 	reg3 = be32_to_cpu(src[3]);
209 
210 	aria_add_round_key(key[rkidx], &reg0, &reg1, &reg2, &reg3);
211 	rkidx++;
212 
213 	aria_subst_diff_odd(&reg0, &reg1, &reg2, &reg3);
214 	aria_add_round_key(key[rkidx], &reg0, &reg1, &reg2, &reg3);
215 	rkidx++;
216 
217 	while ((rounds -= 2) > 0) {
218 		aria_subst_diff_even(&reg0, &reg1, &reg2, &reg3);
219 		aria_add_round_key(key[rkidx], &reg0, &reg1, &reg2, &reg3);
220 		rkidx++;
221 
222 		aria_subst_diff_odd(&reg0, &reg1, &reg2, &reg3);
223 		aria_add_round_key(key[rkidx], &reg0, &reg1, &reg2, &reg3);
224 		rkidx++;
225 	}
226 
227 	reg0 = key[rkidx][0] ^ make_u32((u8)(x1[get_u8(reg0, 0)]),
228 					(u8)(x2[get_u8(reg0, 1)] >> 8),
229 					(u8)(s1[get_u8(reg0, 2)]),
230 					(u8)(s2[get_u8(reg0, 3)]));
231 	reg1 = key[rkidx][1] ^ make_u32((u8)(x1[get_u8(reg1, 0)]),
232 					(u8)(x2[get_u8(reg1, 1)] >> 8),
233 					(u8)(s1[get_u8(reg1, 2)]),
234 					(u8)(s2[get_u8(reg1, 3)]));
235 	reg2 = key[rkidx][2] ^ make_u32((u8)(x1[get_u8(reg2, 0)]),
236 					(u8)(x2[get_u8(reg2, 1)] >> 8),
237 					(u8)(s1[get_u8(reg2, 2)]),
238 					(u8)(s2[get_u8(reg2, 3)]));
239 	reg3 = key[rkidx][3] ^ make_u32((u8)(x1[get_u8(reg3, 0)]),
240 					(u8)(x2[get_u8(reg3, 1)] >> 8),
241 					(u8)(s1[get_u8(reg3, 2)]),
242 					(u8)(s2[get_u8(reg3, 3)]));
243 
244 	dst[0] = cpu_to_be32(reg0);
245 	dst[1] = cpu_to_be32(reg1);
246 	dst[2] = cpu_to_be32(reg2);
247 	dst[3] = cpu_to_be32(reg3);
248 }
249 
250 void aria_encrypt(void *_ctx, u8 *out, const u8 *in)
251 {
252 	struct aria_ctx *ctx = (struct aria_ctx *)_ctx;
253 
254 	__aria_crypt(ctx, out, in, ctx->enc_key);
255 }
256 EXPORT_SYMBOL_GPL(aria_encrypt);
257 
258 void aria_decrypt(void *_ctx, u8 *out, const u8 *in)
259 {
260 	struct aria_ctx *ctx = (struct aria_ctx *)_ctx;
261 
262 	__aria_crypt(ctx, out, in, ctx->dec_key);
263 }
264 EXPORT_SYMBOL_GPL(aria_decrypt);
265 
266 static void __aria_encrypt(struct crypto_tfm *tfm, u8 *out, const u8 *in)
267 {
268 	struct aria_ctx *ctx = crypto_tfm_ctx(tfm);
269 
270 	__aria_crypt(ctx, out, in, ctx->enc_key);
271 }
272 
273 static void __aria_decrypt(struct crypto_tfm *tfm, u8 *out, const u8 *in)
274 {
275 	struct aria_ctx *ctx = crypto_tfm_ctx(tfm);
276 
277 	__aria_crypt(ctx, out, in, ctx->dec_key);
278 }
279 
280 static struct crypto_alg aria_alg = {
281 	.cra_name		=	"aria",
282 	.cra_driver_name	=	"aria-generic",
283 	.cra_priority		=	100,
284 	.cra_flags		=	CRYPTO_ALG_TYPE_CIPHER,
285 	.cra_blocksize		=	ARIA_BLOCK_SIZE,
286 	.cra_ctxsize		=	sizeof(struct aria_ctx),
287 	.cra_alignmask		=	3,
288 	.cra_module		=	THIS_MODULE,
289 	.cra_u			=	{
290 		.cipher = {
291 			.cia_min_keysize	=	ARIA_MIN_KEY_SIZE,
292 			.cia_max_keysize	=	ARIA_MAX_KEY_SIZE,
293 			.cia_setkey		=	aria_set_key,
294 			.cia_encrypt		=	__aria_encrypt,
295 			.cia_decrypt		=	__aria_decrypt
296 		}
297 	}
298 };
299 
300 static int __init aria_init(void)
301 {
302 	return crypto_register_alg(&aria_alg);
303 }
304 
305 static void __exit aria_fini(void)
306 {
307 	crypto_unregister_alg(&aria_alg);
308 }
309 
310 subsys_initcall(aria_init);
311 module_exit(aria_fini);
312 
313 MODULE_DESCRIPTION("ARIA Cipher Algorithm");
314 MODULE_LICENSE("GPL");
315 MODULE_AUTHOR("Taehee Yoo <ap420073@gmail.com>");
316 MODULE_ALIAS_CRYPTO("aria");
317 MODULE_ALIAS_CRYPTO("aria-generic");
318