pd.if.org Git - zpackage/blob - libtomcrypt/src/ciphers/kasumi.c

   1 /* LibTomCrypt, modular cryptographic library -- Tom St Denis
   2  *
   3  * LibTomCrypt is a library that provides various cryptographic
   4  * algorithms in a highly modular and flexible manner.
   5  *
   6  * The library is free for all purposes without any express
   7  * guarantee it works.
   8  */
   9
  10 /**
  11   @file kasumi.c
  12   Implementation of the 3GPP Kasumi block cipher
  13   Derived from the 3GPP standard source code
  14 */
  15
  16 #include "tomcrypt.h"
  17
  18 #ifdef LTC_KASUMI
  19
  20 typedef unsigned u16;
  21
  22 #define ROL16(x, y) ((((x)<<(y)) | ((x)>>(16-(y)))) & 0xFFFF)
  23
  24 const struct ltc_cipher_descriptor kasumi_desc = {
  25    "kasumi",
  26    21,
  27    16, 16, 8, 8,
  28    &kasumi_setup,
  29    &kasumi_ecb_encrypt,
  30    &kasumi_ecb_decrypt,
  31    &kasumi_test,
  32    &kasumi_done,
  33    &kasumi_keysize,
  34    NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL
  35 };
  36
  37 static u16 FI( u16 in, u16 subkey )
  38 {
  39    u16 nine, seven;
  40    static const u16 S7[128] = {
  41       54, 50, 62, 56, 22, 34, 94, 96, 38, 6, 63, 93, 2, 18,123, 33,
  42       55,113, 39,114, 21, 67, 65, 12, 47, 73, 46, 27, 25,111,124, 81,
  43       53, 9,121, 79, 52, 60, 58, 48,101,127, 40,120,104, 70, 71, 43,
  44       20,122, 72, 61, 23,109, 13,100, 77, 1, 16, 7, 82, 10,105, 98,
  45       117,116, 76, 11, 89,106, 0,125,118, 99, 86, 69, 30, 57,126, 87,
  46       112, 51, 17, 5, 95, 14, 90, 84, 91, 8, 35,103, 32, 97, 28, 66,
  47       102, 31, 26, 45, 75, 4, 85, 92, 37, 74, 80, 49, 68, 29,115, 44,
  48       64,107,108, 24,110, 83, 36, 78, 42, 19, 15, 41, 88,119, 59, 3 };
  49   static const u16 S9[512] = {
  50       167,239,161,379,391,334, 9,338, 38,226, 48,358,452,385, 90,397,
  51       183,253,147,331,415,340, 51,362,306,500,262, 82,216,159,356,177,
  52       175,241,489, 37,206, 17, 0,333, 44,254,378, 58,143,220, 81,400,
  53        95, 3,315,245, 54,235,218,405,472,264,172,494,371,290,399, 76,
  54       165,197,395,121,257,480,423,212,240, 28,462,176,406,507,288,223,
  55       501,407,249,265, 89,186,221,428,164, 74,440,196,458,421,350,163,
  56       232,158,134,354, 13,250,491,142,191, 69,193,425,152,227,366,135,
  57       344,300,276,242,437,320,113,278, 11,243, 87,317, 36, 93,496, 27,
  58       487,446,482, 41, 68,156,457,131,326,403,339, 20, 39,115,442,124,
  59       475,384,508, 53,112,170,479,151,126,169, 73,268,279,321,168,364,
  60       363,292, 46,499,393,327,324, 24,456,267,157,460,488,426,309,229,
  61       439,506,208,271,349,401,434,236, 16,209,359, 52, 56,120,199,277,
  62       465,416,252,287,246, 6, 83,305,420,345,153,502, 65, 61,244,282,
  63       173,222,418, 67,386,368,261,101,476,291,195,430, 49, 79,166,330,
  64       280,383,373,128,382,408,155,495,367,388,274,107,459,417, 62,454,
  65       132,225,203,316,234, 14,301, 91,503,286,424,211,347,307,140,374,
  66        35,103,125,427, 19,214,453,146,498,314,444,230,256,329,198,285,
  67        50,116, 78,410, 10,205,510,171,231, 45,139,467, 29, 86,505, 32,
  68        72, 26,342,150,313,490,431,238,411,325,149,473, 40,119,174,355,
  69       185,233,389, 71,448,273,372, 55,110,178,322, 12,469,392,369,190,
  70         1,109,375,137,181, 88, 75,308,260,484, 98,272,370,275,412,111,
  71       336,318, 4,504,492,259,304, 77,337,435, 21,357,303,332,483, 18,
  72        47, 85, 25,497,474,289,100,269,296,478,270,106, 31,104,433, 84,
  73       414,486,394, 96, 99,154,511,148,413,361,409,255,162,215,302,201,
  74       266,351,343,144,441,365,108,298,251, 34,182,509,138,210,335,133,
  75       311,352,328,141,396,346,123,319,450,281,429,228,443,481, 92,404,
  76       485,422,248,297, 23,213,130,466, 22,217,283, 70,294,360,419,127,
  77       312,377, 7,468,194, 2,117,295,463,258,224,447,247,187, 80,398,
  78       284,353,105,390,299,471,470,184, 57,200,348, 63,204,188, 33,451,
  79        97, 30,310,219, 94,160,129,493, 64,179,263,102,189,207,114,402,
  80       438,477,387,122,192, 42,381, 5,145,118,180,449,293,323,136,380,
  81        43, 66, 60,455,341,445,202,432, 8,237, 15,376,436,464, 59,461};
  82
  83   /* The sixteen bit input is split into two unequal halves, *
  84    * nine bits and seven bits - as is the subkey            */
  85
  86   nine  = (u16)(in>>7)&0x1FF;
  87   seven = (u16)(in&0x7F);
  88
  89   /* Now run the various operations */
  90   nine   = (u16)(S9[nine] ^ seven);
  91   seven  = (u16)(S7[seven] ^ (nine & 0x7F));
  92   seven ^= (subkey>>9);
  93   nine  ^= (subkey&0x1FF);
  94   nine   = (u16)(S9[nine] ^ seven);
  95   seven  = (u16)(S7[seven] ^ (nine & 0x7F));
  96   return (u16)(seven<<9) + nine;
  97 }
  98
  99 static ulong32 FO( ulong32 in, int round_no, symmetric_key *key)
 100 {
 101    u16 left, right;
 102
 103   /* Split the input into two 16-bit words */
 104   left = (u16)(in>>16);
 105   right = (u16) in&0xFFFF;
 106
 107   /* Now apply the same basic transformation three times */
 108   left ^= key->kasumi.KOi1[round_no];
 109   left = FI( left, key->kasumi.KIi1[round_no] );
 110   left ^= right;
 111
 112   right ^= key->kasumi.KOi2[round_no];
 113   right = FI( right, key->kasumi.KIi2[round_no] );
 114   right ^= left;
 115
 116   left ^= key->kasumi.KOi3[round_no];
 117   left = FI( left, key->kasumi.KIi3[round_no] );
 118   left ^= right;
 119
 120   return (((ulong32)right)<<16)+left;
 121 }
 122
 123 static ulong32 FL( ulong32 in, int round_no, symmetric_key *key )
 124 {
 125     u16 l, r, a, b;
 126     /* split out the left and right halves */
 127     l = (u16)(in>>16);
 128     r = (u16)(in)&0xFFFF;
 129     /* do the FL() operations           */
 130     a = (u16) (l & key->kasumi.KLi1[round_no]);
 131     r ^= ROL16(a,1);
 132     b = (u16)(r | key->kasumi.KLi2[round_no]);
 133     l ^= ROL16(b,1);
 134     /* put the two halves back together */
 135
 136     return (((ulong32)l)<<16) + r;
 137 }
 138
 139 int kasumi_ecb_encrypt(const unsigned char *pt, unsigned char *ct, symmetric_key *skey)
 140 {
 141     ulong32 left, right, temp;
 142     int n;
 143
 144     LTC_ARGCHK(pt   != NULL);
 145     LTC_ARGCHK(ct   != NULL);
 146     LTC_ARGCHK(skey != NULL);
 147
 148     LOAD32H(left, pt);
 149     LOAD32H(right, pt+4);
 150
 151     for (n = 0; n <= 7; ) {
 152         temp = FL(left,  n,   skey);
 153         temp = FO(temp,  n++, skey);
 154         right ^= temp;
 155         temp = FO(right, n,   skey);
 156         temp = FL(temp,  n++, skey);
 157         left ^= temp;
 158     }
 159
 160     STORE32H(left, ct);
 161     STORE32H(right, ct+4);
 162
 163     return CRYPT_OK;
 164 }
 165
 166 int kasumi_ecb_decrypt(const unsigned char *ct, unsigned char *pt, symmetric_key *skey)
 167 {
 168     ulong32 left, right, temp;
 169     int n;
 170
 171     LTC_ARGCHK(pt   != NULL);
 172     LTC_ARGCHK(ct   != NULL);
 173     LTC_ARGCHK(skey != NULL);
 174
 175     LOAD32H(left, ct);
 176     LOAD32H(right, ct+4);
 177
 178     for (n = 7; n >= 0; ) {
 179         temp = FO(right, n,   skey);
 180         temp = FL(temp,  n--, skey);
 181         left ^= temp;
 182         temp = FL(left,  n,   skey);
 183         temp = FO(temp,  n--, skey);
 184         right ^= temp;
 185     }
 186
 187     STORE32H(left, pt);
 188     STORE32H(right, pt+4);
 189
 190     return CRYPT_OK;
 191 }
 192
 193 int kasumi_setup(const unsigned char *key, int keylen, int num_rounds, symmetric_key *skey)
 194 {
 195     static const u16 C[8] = { 0x0123,0x4567,0x89AB,0xCDEF, 0xFEDC,0xBA98,0x7654,0x3210 };
 196     u16 ukey[8], Kprime[8];
 197     int n;
 198
 199     LTC_ARGCHK(key  != NULL);
 200     LTC_ARGCHK(skey != NULL);
 201
 202     if (keylen != 16) {
 203        return CRYPT_INVALID_KEYSIZE;
 204     }
 205
 206     if (num_rounds != 0 && num_rounds != 8) {
 207        return CRYPT_INVALID_ROUNDS;
 208     }
 209
 210     /* Start by ensuring the subkeys are endian correct on a 16-bit basis */
 211     for (n = 0; n < 8; n++ ) {
 212         ukey[n] = (((u16)key[2*n]) << 8) | key[2*n+1];
 213     }
 214
 215     /* Now build the K'[] keys */
 216     for (n = 0; n < 8; n++) {
 217         Kprime[n] = ukey[n] ^ C[n];
 218     }
 219
 220     /* Finally construct the various sub keys */
 221     for(n = 0; n < 8; n++) {
 222         skey->kasumi.KLi1[n] = ROL16(ukey[n],1);
 223         skey->kasumi.KLi2[n] = Kprime[(n+2)&0x7];
 224         skey->kasumi.KOi1[n] = ROL16(ukey[(n+1)&0x7],5);
 225         skey->kasumi.KOi2[n] = ROL16(ukey[(n+5)&0x7],8);
 226         skey->kasumi.KOi3[n] = ROL16(ukey[(n+6)&0x7],13);
 227         skey->kasumi.KIi1[n] = Kprime[(n+4)&0x7];
 228         skey->kasumi.KIi2[n] = Kprime[(n+3)&0x7];
 229         skey->kasumi.KIi3[n] = Kprime[(n+7)&0x7];
 230     }
 231
 232     return CRYPT_OK;
 233 }
 234
 235 void kasumi_done(symmetric_key *skey)
 236 {
 237   LTC_UNUSED_PARAM(skey);
 238 }
 239
 240 int kasumi_keysize(int *keysize)
 241 {
 242    LTC_ARGCHK(keysize != NULL);
 243    if (*keysize >= 16) {
 244       *keysize = 16;
 245       return CRYPT_OK;
 246    } else {
 247       return CRYPT_INVALID_KEYSIZE;
 248    }
 249 }
 250
 251 int kasumi_test(void)
 252 {
 253 #ifndef LTC_TEST
 254    return CRYPT_NOP;
 255 #else
 256    static const struct {
 257       unsigned char key[16], pt[8], ct[8];
 258    } tests[] = {
 259
 260 {
 261    { 0x80, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00 },
 262    { 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00 },
 263    { 0x4B, 0x58, 0xA7, 0x71, 0xAF, 0xC7, 0xE5, 0xE8 }
 264 },
 265
 266 {
 267    { 0x00, 0x80, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00 },
 268    { 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00 },
 269    { 0x7E, 0xEF, 0x11, 0x3C, 0x95, 0xBB, 0x5A, 0x77 }
 270 },
 271
 272 {
 273    { 0x00, 0x00, 0x80, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00 },
 274    { 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00 },
 275    { 0x5F, 0x14, 0x06, 0x86, 0xD7, 0xAD, 0x5A, 0x39 },
 276 },
 277
 278 {
 279    { 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x01 },
 280    { 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00 },
 281    { 0x2E, 0x14, 0x91, 0xCF, 0x70, 0xAA, 0x46, 0x5D }
 282 },
 283
 284 {
 285    { 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x01, 0x00 },
 286    { 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00 },
 287    { 0xB5, 0x45, 0x86, 0xF4, 0xAB, 0x9A, 0xE5, 0x46 }
 288 },
 289
 290 };
 291    unsigned char buf[2][8];
 292    symmetric_key key;
 293    int err, x;
 294
 295    for (x = 0; x < (int)(sizeof(tests)/sizeof(tests[0])); x++) {
 296        if ((err = kasumi_setup(tests[x].key, 16, 0, &key)) != CRYPT_OK) {
 297           return err;
 298        }
 299        if ((err = kasumi_ecb_encrypt(tests[x].pt, buf[0], &key)) != CRYPT_OK) {
 300           return err;
 301        }
 302        if ((err = kasumi_ecb_decrypt(tests[x].ct, buf[1], &key)) != CRYPT_OK) {
 303           return err;
 304        }
 305        if (compare_testvector(buf[1], 8, tests[x].pt, 8, "Kasumi Decrypt", x) ||
 306              compare_testvector(buf[0], 8, tests[x].ct, 8, "Kasumi Encrypt", x)) {
 307           return CRYPT_FAIL_TESTVECTOR;
 308        }
 309    }
 310    return CRYPT_OK;
 311 #endif
 312 }
 313
 314 #endif
 315
 316 /* ref:         $Format:%D$ */
 317 /* git commit:  $Format:%H$ */
 318 /* commit time: $Format:%ai$ */