pd.if.org Git - zpackage/blob - lib/blake2b.c

   1 /*
   2  * public domain blake2 implementation adapted from the reference
   3  * implementation by Samuel Neves
   4  * More information about the BLAKE2 hash function can be found at
   5  * https://blake2.net.
   6  */
   7
   8 #include <stdint.h>
   9 #include <string.h>
  10 #include <stdio.h>
  11
  12 #include "blake2.h"
  13
  14 static uint64_t load64( const void *src )
  15 {
  16 #if defined(NATIVE_LITTLE_ENDIAN)
  17   uint64_t w;
  18   memcpy(&w, src, sizeof w);
  19   return w;
  20 #else
  21   const uint8_t *p = ( const uint8_t * )src;
  22   return (( uint64_t )( p[0] ) <<  0) |
  23          (( uint64_t )( p[1] ) <<  8) |
  24          (( uint64_t )( p[2] ) << 16) |
  25          (( uint64_t )( p[3] ) << 24) |
  26          (( uint64_t )( p[4] ) << 32) |
  27          (( uint64_t )( p[5] ) << 40) |
  28          (( uint64_t )( p[6] ) << 48) |
  29          (( uint64_t )( p[7] ) << 56) ;
  30 #endif
  31 }
  32
  33 static void store32( void *dst, uint32_t w )
  34 {
  35 #if defined(NATIVE_LITTLE_ENDIAN)
  36   memcpy(dst, &w, sizeof w);
  37 #else
  38   uint8_t *p = ( uint8_t * )dst;
  39   p[0] = (uint8_t)(w >>  0);
  40   p[1] = (uint8_t)(w >>  8);
  41   p[2] = (uint8_t)(w >> 16);
  42   p[3] = (uint8_t)(w >> 24);
  43 #endif
  44 }
  45
  46 static void store64( void *dst, uint64_t w )
  47 {
  48 #if defined(NATIVE_LITTLE_ENDIAN)
  49   memcpy(dst, &w, sizeof w);
  50 #else
  51   uint8_t *p = ( uint8_t * )dst;
  52   p[0] = (uint8_t)(w >>  0);
  53   p[1] = (uint8_t)(w >>  8);
  54   p[2] = (uint8_t)(w >> 16);
  55   p[3] = (uint8_t)(w >> 24);
  56   p[4] = (uint8_t)(w >> 32);
  57   p[5] = (uint8_t)(w >> 40);
  58   p[6] = (uint8_t)(w >> 48);
  59   p[7] = (uint8_t)(w >> 56);
  60 #endif
  61 }
  62
  63 static uint64_t rotr64( const uint64_t w, const unsigned c )
  64 {
  65   return ( w >> c ) | ( w << ( 64 - c ) );
  66 }
  67
  68 /* prevents compiler optimizing out memset() */
  69 static void secure_zero_memory(void *v, size_t n)
  70 {
  71   static void *(*const volatile memset_v)(void *, int, size_t) = &memset;
  72   memset_v(v, 0, n);
  73 }
  74
  75 static const uint64_t blake2b_IV[8] =
  76 {
  77   0x6a09e667f3bcc908ULL, 0xbb67ae8584caa73bULL,
  78   0x3c6ef372fe94f82bULL, 0xa54ff53a5f1d36f1ULL,
  79   0x510e527fade682d1ULL, 0x9b05688c2b3e6c1fULL,
  80   0x1f83d9abfb41bd6bULL, 0x5be0cd19137e2179ULL
  81 };
  82
  83 static const uint8_t blake2b_sigma[12][16] =
  84 {
  85   {  0,  1,  2,  3,  4,  5,  6,  7,  8,  9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 } ,
  86   { 14, 10,  4,  8,  9, 15, 13,  6,  1, 12,  0,  2, 11,  7,  5,  3 } ,
  87   { 11,  8, 12,  0,  5,  2, 15, 13, 10, 14,  3,  6,  7,  1,  9,  4 } ,
  88   {  7,  9,  3,  1, 13, 12, 11, 14,  2,  6,  5, 10,  4,  0, 15,  8 } ,
  89   {  9,  0,  5,  7,  2,  4, 10, 15, 14,  1, 11, 12,  6,  8,  3, 13 } ,
  90   {  2, 12,  6, 10,  0, 11,  8,  3,  4, 13,  7,  5, 15, 14,  1,  9 } ,
  91   { 12,  5,  1, 15, 14, 13,  4, 10,  0,  7,  6,  3,  9,  2,  8, 11 } ,
  92   { 13, 11,  7, 14, 12,  1,  3,  9,  5,  0, 15,  4,  8,  6,  2, 10 } ,
  93   {  6, 15, 14,  9, 11,  3,  0,  8, 12,  2, 13,  7,  1,  4, 10,  5 } ,
  94   { 10,  2,  8,  4,  7,  6,  1,  5, 15, 11,  9, 14,  3, 12, 13 , 0 } ,
  95   {  0,  1,  2,  3,  4,  5,  6,  7,  8,  9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 } ,
  96   { 14, 10,  4,  8,  9, 15, 13,  6,  1, 12,  0,  2, 11,  7,  5,  3 }
  97 };
  98
  99
 100 static void blake2b_set_lastnode( blake2b_state *S )
 101 {
 102   S->f[1] = (uint64_t)-1;
 103 }
 104
 105 /* Some helper functions, not necessarily useful */
 106 static int blake2b_is_lastblock( const blake2b_state *S ) {
 107         return S->f[0] != 0;
 108 }
 109
 110 static void blake2b_set_lastblock( blake2b_state *S )
 111 {
 112   if( S->last_node ) blake2b_set_lastnode( S );
 113
 114   S->f[0] = (uint64_t)-1;
 115 }
 116
 117 static void blake2b_increment_counter( blake2b_state *S, const uint64_t inc )
 118 {
 119   S->t[0] += inc;
 120   S->t[1] += ( S->t[0] < inc );
 121 }
 122
 123 static void blake2b_init0( blake2b_state *S )
 124 {
 125   size_t i;
 126   memset( S, 0, sizeof( blake2b_state ) );
 127
 128   for( i = 0; i < 8; ++i ) S->h[i] = blake2b_IV[i];
 129 }
 130
 131 /* init xors IV with input parameter block */
 132 int blake2b_init_param( blake2b_state *S, const blake2b_param *P )
 133 {
 134   const uint8_t *p = ( const uint8_t * )( P );
 135   size_t i;
 136
 137   blake2b_init0( S );
 138
 139   /* IV XOR ParamBlock */
 140   for( i = 0; i < 8; ++i )
 141     S->h[i] ^= load64( p + sizeof( S->h[i] ) * i );
 142
 143   S->outlen = P->digest_length;
 144   return 0;
 145 }
 146
 147
 148
 149 int blake2b_init( blake2b_state *S, size_t outlen )
 150 {
 151   blake2b_param P[1];
 152
 153   if ( ( !outlen ) || ( outlen > BLAKE2B_OUTBYTES ) ) return -1;
 154
 155   P->digest_length = (uint8_t)outlen;
 156   P->key_length    = 0;
 157   P->fanout        = 1;
 158   P->depth         = 1;
 159   store32( &P->leaf_length, 0 );
 160   store32( &P->node_offset, 0 );
 161   store32( &P->xof_length, 0 );
 162   P->node_depth    = 0;
 163   P->inner_length  = 0;
 164   memset( P->reserved, 0, sizeof( P->reserved ) );
 165   memset( P->salt,     0, sizeof( P->salt ) );
 166   memset( P->personal, 0, sizeof( P->personal ) );
 167   return blake2b_init_param( S, P );
 168 }
 169
 170
 171 int blake2b_init_key( blake2b_state *S, size_t outlen, const void *key, size_t keylen )
 172 {
 173   blake2b_param P[1];
 174
 175   if ( ( !outlen ) || ( outlen > BLAKE2B_OUTBYTES ) ) return -1;
 176
 177   if ( !key || !keylen || keylen > BLAKE2B_KEYBYTES ) return -1;
 178
 179   P->digest_length = (uint8_t)outlen;
 180   P->key_length    = (uint8_t)keylen;
 181   P->fanout        = 1;
 182   P->depth         = 1;
 183   store32( &P->leaf_length, 0 );
 184   store32( &P->node_offset, 0 );
 185   store32( &P->xof_length, 0 );
 186   P->node_depth    = 0;
 187   P->inner_length  = 0;
 188   memset( P->reserved, 0, sizeof( P->reserved ) );
 189   memset( P->salt,     0, sizeof( P->salt ) );
 190   memset( P->personal, 0, sizeof( P->personal ) );
 191
 192   if( blake2b_init_param( S, P ) < 0 ) return -1;
 193
 194   {
 195     uint8_t block[BLAKE2B_BLOCKBYTES];
 196     memset( block, 0, BLAKE2B_BLOCKBYTES );
 197     memcpy( block, key, keylen );
 198     blake2b_update( S, block, BLAKE2B_BLOCKBYTES );
 199     secure_zero_memory( block, BLAKE2B_BLOCKBYTES ); /* Burn the key from stack */
 200   }
 201   return 0;
 202 }
 203
 204 #define G(r,i,a,b,c,d)                      \
 205   do {                                      \
 206     a = a + b + m[blake2b_sigma[r][2*i+0]]; \
 207     d = rotr64(d ^ a, 32);                  \
 208     c = c + d;                              \
 209     b = rotr64(b ^ c, 24);                  \
 210     a = a + b + m[blake2b_sigma[r][2*i+1]]; \
 211     d = rotr64(d ^ a, 16);                  \
 212     c = c + d;                              \
 213     b = rotr64(b ^ c, 63);                  \
 214   } while(0)
 215
 216 #define ROUND(r)                    \
 217   do {                              \
 218     G(r,0,v[ 0],v[ 4],v[ 8],v[12]); \
 219     G(r,1,v[ 1],v[ 5],v[ 9],v[13]); \
 220     G(r,2,v[ 2],v[ 6],v[10],v[14]); \
 221     G(r,3,v[ 3],v[ 7],v[11],v[15]); \
 222     G(r,4,v[ 0],v[ 5],v[10],v[15]); \
 223     G(r,5,v[ 1],v[ 6],v[11],v[12]); \
 224     G(r,6,v[ 2],v[ 7],v[ 8],v[13]); \
 225     G(r,7,v[ 3],v[ 4],v[ 9],v[14]); \
 226   } while(0)
 227
 228 static void blake2b_compress( blake2b_state *S, const uint8_t block[BLAKE2B_BLOCKBYTES] )
 229 {
 230   uint64_t m[16];
 231   uint64_t v[16];
 232   size_t i;
 233
 234   for( i = 0; i < 16; ++i ) {
 235     m[i] = load64( block + i * sizeof( m[i] ) );
 236   }
 237
 238   for( i = 0; i < 8; ++i ) {
 239     v[i] = S->h[i];
 240   }
 241
 242   v[ 8] = blake2b_IV[0];
 243   v[ 9] = blake2b_IV[1];
 244   v[10] = blake2b_IV[2];
 245   v[11] = blake2b_IV[3];
 246   v[12] = blake2b_IV[4] ^ S->t[0];
 247   v[13] = blake2b_IV[5] ^ S->t[1];
 248   v[14] = blake2b_IV[6] ^ S->f[0];
 249   v[15] = blake2b_IV[7] ^ S->f[1];
 250
 251   ROUND( 0 );
 252   ROUND( 1 );
 253   ROUND( 2 );
 254   ROUND( 3 );
 255   ROUND( 4 );
 256   ROUND( 5 );
 257   ROUND( 6 );
 258   ROUND( 7 );
 259   ROUND( 8 );
 260   ROUND( 9 );
 261   ROUND( 10 );
 262   ROUND( 11 );
 263
 264   for( i = 0; i < 8; ++i ) {
 265     S->h[i] = S->h[i] ^ v[i] ^ v[i + 8];
 266   }
 267 }
 268
 269 #undef G
 270 #undef ROUND
 271
 272 int blake2b_update( blake2b_state *S, const void *pin, size_t inlen )
 273 {
 274   const unsigned char * in = (const unsigned char *)pin;
 275   if( inlen > 0 )
 276   {
 277     size_t left = S->buflen;
 278     size_t fill = BLAKE2B_BLOCKBYTES - left;
 279     if( inlen > fill )
 280     {
 281       S->buflen = 0;
 282       memcpy( S->buf + left, in, fill ); /* Fill buffer */
 283       blake2b_increment_counter( S, BLAKE2B_BLOCKBYTES );
 284       blake2b_compress( S, S->buf ); /* Compress */
 285       in += fill; inlen -= fill;
 286       while(inlen > BLAKE2B_BLOCKBYTES) {
 287         blake2b_increment_counter(S, BLAKE2B_BLOCKBYTES);
 288         blake2b_compress( S, in );
 289         in += BLAKE2B_BLOCKBYTES;
 290         inlen -= BLAKE2B_BLOCKBYTES;
 291       }
 292     }
 293     memcpy( S->buf + S->buflen, in, inlen );
 294     S->buflen += inlen;
 295   }
 296   return 0;
 297 }
 298
 299 int blake2b_final( blake2b_state *S, void *out, size_t outlen )
 300 {
 301   uint8_t buffer[BLAKE2B_OUTBYTES] = {0};
 302   size_t i;
 303
 304   if( out == NULL || outlen < S->outlen )
 305     return -1;
 306
 307   if( blake2b_is_lastblock( S ) )
 308     return -1;
 309
 310   blake2b_increment_counter( S, S->buflen );
 311   blake2b_set_lastblock( S );
 312   memset( S->buf + S->buflen, 0, BLAKE2B_BLOCKBYTES - S->buflen ); /* Padding */
 313   blake2b_compress( S, S->buf );
 314
 315   for( i = 0; i < 8; ++i ) /* Output full hash to temp buffer */
 316     store64( buffer + sizeof( S->h[i] ) * i, S->h[i] );
 317
 318   memcpy( out, buffer, S->outlen );
 319   secure_zero_memory(buffer, sizeof(buffer));
 320   return 0;
 321 }
 322
 323 /* inlen, at least, should be uint64_t. Others can be size_t. */
 324 int blake2b( void *out, size_t outlen, const void *in, size_t inlen, const void *key, size_t keylen )
 325 {
 326   blake2b_state S[1];
 327
 328   /* Verify parameters */
 329   if ( NULL == in && inlen > 0 ) return -1;
 330
 331   if ( NULL == out ) return -1;
 332
 333   if( NULL == key && keylen > 0 ) return -1;
 334
 335   if( !outlen || outlen > BLAKE2B_OUTBYTES ) return -1;
 336
 337   if( keylen > BLAKE2B_KEYBYTES ) return -1;
 338
 339   if( keylen > 0 )
 340   {
 341     if( blake2b_init_key( S, outlen, key, keylen ) < 0 ) return -1;
 342   }
 343   else
 344   {
 345     if( blake2b_init( S, outlen ) < 0 ) return -1;
 346   }
 347
 348   blake2b_update( S, ( const uint8_t * )in, inlen );
 349   blake2b_final( S, out, outlen );
 350   return 0;
 351 }
 352
 353 int blake2( void *out, size_t outlen, const void *in, size_t inlen, const void *key, size_t keylen ) {
 354   return blake2b(out, outlen, in, inlen, key, keylen);
 355 }