Botan  1.11.15
src/lib/block/serpent/serpent.cpp
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00001 /*
00002 * Serpent
00003 * (C) 1999-2007 Jack Lloyd
00004 *
00005 * Botan is released under the Simplified BSD License (see license.txt)
00006 */
00007 
00008 #include <botan/internal/block_utils.h>
00009 #include <botan/serpent.h>
00010 #include <botan/internal/serpent_sbox.h>
00011 
00012 namespace Botan {
00013 
00014 BOTAN_REGISTER_BLOCK_CIPHER_NOARGS(Serpent);
00015 
00016 namespace {
00017 
00018 /*
00019 * Serpent's Linear Transform
00020 */
00021 inline void transform(u32bit& B0, u32bit& B1, u32bit& B2, u32bit& B3)
00022    {
00023    B0  = rotate_left(B0, 13);   B2  = rotate_left(B2, 3);
00024    B1 ^= B0 ^ B2;               B3 ^= B2 ^ (B0 << 3);
00025    B1  = rotate_left(B1, 1);    B3  = rotate_left(B3, 7);
00026    B0 ^= B1 ^ B3;               B2 ^= B3 ^ (B1 << 7);
00027    B0  = rotate_left(B0, 5);    B2  = rotate_left(B2, 22);
00028    }
00029 
00030 /*
00031 * Serpent's Inverse Linear Transform
00032 */
00033 inline void i_transform(u32bit& B0, u32bit& B1, u32bit& B2, u32bit& B3)
00034    {
00035    B2  = rotate_right(B2, 22);  B0  = rotate_right(B0, 5);
00036    B2 ^= B3 ^ (B1 << 7);        B0 ^= B1 ^ B3;
00037    B3  = rotate_right(B3, 7);   B1  = rotate_right(B1, 1);
00038    B3 ^= B2 ^ (B0 << 3);        B1 ^= B0 ^ B2;
00039    B2  = rotate_right(B2, 3);   B0  = rotate_right(B0, 13);
00040    }
00041 
00042 }
00043 
00044 /*
00045 * XOR a key block with a data block
00046 */
00047 #define key_xor(round, B0, B1, B2, B3) \
00048    B0 ^= round_key[4*round  ]; \
00049    B1 ^= round_key[4*round+1]; \
00050    B2 ^= round_key[4*round+2]; \
00051    B3 ^= round_key[4*round+3];
00052 
00053 /*
00054 * Serpent Encryption
00055 */
00056 void Serpent::encrypt_n(const byte in[], byte out[], size_t blocks) const
00057    {
00058    for(size_t i = 0; i != blocks; ++i)
00059       {
00060       u32bit B0 = load_le<u32bit>(in, 0);
00061       u32bit B1 = load_le<u32bit>(in, 1);
00062       u32bit B2 = load_le<u32bit>(in, 2);
00063       u32bit B3 = load_le<u32bit>(in, 3);
00064 
00065       key_xor( 0,B0,B1,B2,B3); SBoxE1(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
00066       key_xor( 1,B0,B1,B2,B3); SBoxE2(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
00067       key_xor( 2,B0,B1,B2,B3); SBoxE3(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
00068       key_xor( 3,B0,B1,B2,B3); SBoxE4(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
00069       key_xor( 4,B0,B1,B2,B3); SBoxE5(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
00070       key_xor( 5,B0,B1,B2,B3); SBoxE6(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
00071       key_xor( 6,B0,B1,B2,B3); SBoxE7(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
00072       key_xor( 7,B0,B1,B2,B3); SBoxE8(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
00073       key_xor( 8,B0,B1,B2,B3); SBoxE1(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
00074       key_xor( 9,B0,B1,B2,B3); SBoxE2(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
00075       key_xor(10,B0,B1,B2,B3); SBoxE3(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
00076       key_xor(11,B0,B1,B2,B3); SBoxE4(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
00077       key_xor(12,B0,B1,B2,B3); SBoxE5(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
00078       key_xor(13,B0,B1,B2,B3); SBoxE6(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
00079       key_xor(14,B0,B1,B2,B3); SBoxE7(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
00080       key_xor(15,B0,B1,B2,B3); SBoxE8(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
00081       key_xor(16,B0,B1,B2,B3); SBoxE1(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
00082       key_xor(17,B0,B1,B2,B3); SBoxE2(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
00083       key_xor(18,B0,B1,B2,B3); SBoxE3(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
00084       key_xor(19,B0,B1,B2,B3); SBoxE4(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
00085       key_xor(20,B0,B1,B2,B3); SBoxE5(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
00086       key_xor(21,B0,B1,B2,B3); SBoxE6(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
00087       key_xor(22,B0,B1,B2,B3); SBoxE7(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
00088       key_xor(23,B0,B1,B2,B3); SBoxE8(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
00089       key_xor(24,B0,B1,B2,B3); SBoxE1(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
00090       key_xor(25,B0,B1,B2,B3); SBoxE2(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
00091       key_xor(26,B0,B1,B2,B3); SBoxE3(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
00092       key_xor(27,B0,B1,B2,B3); SBoxE4(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
00093       key_xor(28,B0,B1,B2,B3); SBoxE5(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
00094       key_xor(29,B0,B1,B2,B3); SBoxE6(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
00095       key_xor(30,B0,B1,B2,B3); SBoxE7(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
00096       key_xor(31,B0,B1,B2,B3); SBoxE8(B0,B1,B2,B3); key_xor(32,B0,B1,B2,B3);
00097 
00098       store_le(out, B0, B1, B2, B3);
00099 
00100       in += BLOCK_SIZE;
00101       out += BLOCK_SIZE;
00102       }
00103    }
00104 
00105 /*
00106 * Serpent Decryption
00107 */
00108 void Serpent::decrypt_n(const byte in[], byte out[], size_t blocks) const
00109    {
00110    for(size_t i = 0; i != blocks; ++i)
00111       {
00112       u32bit B0 = load_le<u32bit>(in, 0);
00113       u32bit B1 = load_le<u32bit>(in, 1);
00114       u32bit B2 = load_le<u32bit>(in, 2);
00115       u32bit B3 = load_le<u32bit>(in, 3);
00116 
00117       key_xor(32,B0,B1,B2,B3);  SBoxD8(B0,B1,B2,B3); key_xor(31,B0,B1,B2,B3);
00118       i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD7(B0,B1,B2,B3); key_xor(30,B0,B1,B2,B3);
00119       i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD6(B0,B1,B2,B3); key_xor(29,B0,B1,B2,B3);
00120       i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD5(B0,B1,B2,B3); key_xor(28,B0,B1,B2,B3);
00121       i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD4(B0,B1,B2,B3); key_xor(27,B0,B1,B2,B3);
00122       i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD3(B0,B1,B2,B3); key_xor(26,B0,B1,B2,B3);
00123       i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD2(B0,B1,B2,B3); key_xor(25,B0,B1,B2,B3);
00124       i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD1(B0,B1,B2,B3); key_xor(24,B0,B1,B2,B3);
00125       i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD8(B0,B1,B2,B3); key_xor(23,B0,B1,B2,B3);
00126       i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD7(B0,B1,B2,B3); key_xor(22,B0,B1,B2,B3);
00127       i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD6(B0,B1,B2,B3); key_xor(21,B0,B1,B2,B3);
00128       i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD5(B0,B1,B2,B3); key_xor(20,B0,B1,B2,B3);
00129       i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD4(B0,B1,B2,B3); key_xor(19,B0,B1,B2,B3);
00130       i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD3(B0,B1,B2,B3); key_xor(18,B0,B1,B2,B3);
00131       i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD2(B0,B1,B2,B3); key_xor(17,B0,B1,B2,B3);
00132       i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD1(B0,B1,B2,B3); key_xor(16,B0,B1,B2,B3);
00133       i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD8(B0,B1,B2,B3); key_xor(15,B0,B1,B2,B3);
00134       i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD7(B0,B1,B2,B3); key_xor(14,B0,B1,B2,B3);
00135       i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD6(B0,B1,B2,B3); key_xor(13,B0,B1,B2,B3);
00136       i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD5(B0,B1,B2,B3); key_xor(12,B0,B1,B2,B3);
00137       i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD4(B0,B1,B2,B3); key_xor(11,B0,B1,B2,B3);
00138       i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD3(B0,B1,B2,B3); key_xor(10,B0,B1,B2,B3);
00139       i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD2(B0,B1,B2,B3); key_xor( 9,B0,B1,B2,B3);
00140       i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD1(B0,B1,B2,B3); key_xor( 8,B0,B1,B2,B3);
00141       i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD8(B0,B1,B2,B3); key_xor( 7,B0,B1,B2,B3);
00142       i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD7(B0,B1,B2,B3); key_xor( 6,B0,B1,B2,B3);
00143       i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD6(B0,B1,B2,B3); key_xor( 5,B0,B1,B2,B3);
00144       i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD5(B0,B1,B2,B3); key_xor( 4,B0,B1,B2,B3);
00145       i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD4(B0,B1,B2,B3); key_xor( 3,B0,B1,B2,B3);
00146       i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD3(B0,B1,B2,B3); key_xor( 2,B0,B1,B2,B3);
00147       i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD2(B0,B1,B2,B3); key_xor( 1,B0,B1,B2,B3);
00148       i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD1(B0,B1,B2,B3); key_xor( 0,B0,B1,B2,B3);
00149 
00150       store_le(out, B0, B1, B2, B3);
00151 
00152       in += BLOCK_SIZE;
00153       out += BLOCK_SIZE;
00154       }
00155    }
00156 
00157 #undef key_xor
00158 #undef transform
00159 #undef i_transform
00160 
00161 /*
00162 * Serpent Key Schedule
00163 */
00164 void Serpent::key_schedule(const byte key[], size_t length)
00165    {
00166    const u32bit PHI = 0x9E3779B9;
00167 
00168    secure_vector<u32bit> W(140);
00169    for(size_t i = 0; i != length / 4; ++i)
00170       W[i] = load_le<u32bit>(key, i);
00171 
00172    W[length / 4] |= u32bit(1) << ((length%4)*8);
00173 
00174    for(size_t i = 8; i != 140; ++i)
00175       {
00176       u32bit wi = W[i-8] ^ W[i-5] ^ W[i-3] ^ W[i-1] ^ PHI ^ u32bit(i-8);
00177       W[i] = rotate_left(wi, 11);
00178       }
00179 
00180    SBoxE4(W[  8],W[  9],W[ 10],W[ 11]); SBoxE3(W[ 12],W[ 13],W[ 14],W[ 15]);
00181    SBoxE2(W[ 16],W[ 17],W[ 18],W[ 19]); SBoxE1(W[ 20],W[ 21],W[ 22],W[ 23]);
00182    SBoxE8(W[ 24],W[ 25],W[ 26],W[ 27]); SBoxE7(W[ 28],W[ 29],W[ 30],W[ 31]);
00183    SBoxE6(W[ 32],W[ 33],W[ 34],W[ 35]); SBoxE5(W[ 36],W[ 37],W[ 38],W[ 39]);
00184    SBoxE4(W[ 40],W[ 41],W[ 42],W[ 43]); SBoxE3(W[ 44],W[ 45],W[ 46],W[ 47]);
00185    SBoxE2(W[ 48],W[ 49],W[ 50],W[ 51]); SBoxE1(W[ 52],W[ 53],W[ 54],W[ 55]);
00186    SBoxE8(W[ 56],W[ 57],W[ 58],W[ 59]); SBoxE7(W[ 60],W[ 61],W[ 62],W[ 63]);
00187    SBoxE6(W[ 64],W[ 65],W[ 66],W[ 67]); SBoxE5(W[ 68],W[ 69],W[ 70],W[ 71]);
00188    SBoxE4(W[ 72],W[ 73],W[ 74],W[ 75]); SBoxE3(W[ 76],W[ 77],W[ 78],W[ 79]);
00189    SBoxE2(W[ 80],W[ 81],W[ 82],W[ 83]); SBoxE1(W[ 84],W[ 85],W[ 86],W[ 87]);
00190    SBoxE8(W[ 88],W[ 89],W[ 90],W[ 91]); SBoxE7(W[ 92],W[ 93],W[ 94],W[ 95]);
00191    SBoxE6(W[ 96],W[ 97],W[ 98],W[ 99]); SBoxE5(W[100],W[101],W[102],W[103]);
00192    SBoxE4(W[104],W[105],W[106],W[107]); SBoxE3(W[108],W[109],W[110],W[111]);
00193    SBoxE2(W[112],W[113],W[114],W[115]); SBoxE1(W[116],W[117],W[118],W[119]);
00194    SBoxE8(W[120],W[121],W[122],W[123]); SBoxE7(W[124],W[125],W[126],W[127]);
00195    SBoxE6(W[128],W[129],W[130],W[131]); SBoxE5(W[132],W[133],W[134],W[135]);
00196    SBoxE4(W[136],W[137],W[138],W[139]);
00197 
00198    round_key.assign(&W[8], &W[140]);
00199    }
00200 
00201 void Serpent::clear()
00202    {
00203    zap(round_key);
00204    }
00205 
00206 }