pd.if.org Git - zpackage/blob - libtomcrypt/src/mac/poly1305/poly1305.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 /* The implementation is based on:
  11  * Public Domain poly1305 from Andrew Moon
  12  * https://github.com/floodyberry/poly1305-donna
  13  */
  14
  15 #include "tomcrypt.h"
  16
  17 #ifdef LTC_POLY1305
  18
  19 /* internal only */
  20 static void _poly1305_block(poly1305_state *st, const unsigned char *in, unsigned long inlen)
  21 {
  22    const unsigned long hibit = (st->final) ? 0 : (1UL << 24); /* 1 << 128 */
  23    ulong32 r0,r1,r2,r3,r4;
  24    ulong32 s1,s2,s3,s4;
  25    ulong32 h0,h1,h2,h3,h4;
  26    ulong32 tmp;
  27    ulong64 d0,d1,d2,d3,d4;
  28    ulong32 c;
  29
  30    r0 = st->r[0];
  31    r1 = st->r[1];
  32    r2 = st->r[2];
  33    r3 = st->r[3];
  34    r4 = st->r[4];
  35
  36    s1 = r1 * 5;
  37    s2 = r2 * 5;
  38    s3 = r3 * 5;
  39    s4 = r4 * 5;
  40
  41    h0 = st->h[0];
  42    h1 = st->h[1];
  43    h2 = st->h[2];
  44    h3 = st->h[3];
  45    h4 = st->h[4];
  46
  47    while (inlen >= 16) {
  48       /* h += in[i] */
  49       LOAD32L(tmp, in+ 0); h0 += (tmp     ) & 0x3ffffff;
  50       LOAD32L(tmp, in+ 3); h1 += (tmp >> 2) & 0x3ffffff;
  51       LOAD32L(tmp, in+ 6); h2 += (tmp >> 4) & 0x3ffffff;
  52       LOAD32L(tmp, in+ 9); h3 += (tmp >> 6) & 0x3ffffff;
  53       LOAD32L(tmp, in+12); h4 += (tmp >> 8) | hibit;
  54
  55       /* h *= r */
  56       d0 = ((ulong64)h0 * r0) + ((ulong64)h1 * s4) + ((ulong64)h2 * s3) + ((ulong64)h3 * s2) + ((ulong64)h4 * s1);
  57       d1 = ((ulong64)h0 * r1) + ((ulong64)h1 * r0) + ((ulong64)h2 * s4) + ((ulong64)h3 * s3) + ((ulong64)h4 * s2);
  58       d2 = ((ulong64)h0 * r2) + ((ulong64)h1 * r1) + ((ulong64)h2 * r0) + ((ulong64)h3 * s4) + ((ulong64)h4 * s3);
  59       d3 = ((ulong64)h0 * r3) + ((ulong64)h1 * r2) + ((ulong64)h2 * r1) + ((ulong64)h3 * r0) + ((ulong64)h4 * s4);
  60       d4 = ((ulong64)h0 * r4) + ((ulong64)h1 * r3) + ((ulong64)h2 * r2) + ((ulong64)h3 * r1) + ((ulong64)h4 * r0);
  61
  62       /* (partial) h %= p */
  63                     c = (ulong32)(d0 >> 26); h0 = (ulong32)d0 & 0x3ffffff;
  64       d1 += c;      c = (ulong32)(d1 >> 26); h1 = (ulong32)d1 & 0x3ffffff;
  65       d2 += c;      c = (ulong32)(d2 >> 26); h2 = (ulong32)d2 & 0x3ffffff;
  66       d3 += c;      c = (ulong32)(d3 >> 26); h3 = (ulong32)d3 & 0x3ffffff;
  67       d4 += c;      c = (ulong32)(d4 >> 26); h4 = (ulong32)d4 & 0x3ffffff;
  68       h0 += c * 5;  c =          (h0 >> 26); h0 =          h0 & 0x3ffffff;
  69       h1 += c;
  70
  71       in += 16;
  72       inlen -= 16;
  73    }
  74
  75    st->h[0] = h0;
  76    st->h[1] = h1;
  77    st->h[2] = h2;
  78    st->h[3] = h3;
  79    st->h[4] = h4;
  80 }
  81
  82 /**
  83    Initialize an POLY1305 context.
  84    @param st       The POLY1305 state
  85    @param key      The secret key
  86    @param keylen   The length of the secret key (octets)
  87    @return CRYPT_OK if successful
  88 */
  89 int poly1305_init(poly1305_state *st, const unsigned char *key, unsigned long keylen)
  90 {
  91    LTC_ARGCHK(st  != NULL);
  92    LTC_ARGCHK(key != NULL);
  93    LTC_ARGCHK(keylen == 32);
  94
  95    /* r &= 0xffffffc0ffffffc0ffffffc0fffffff */
  96    LOAD32L(st->r[0], key +  0); st->r[0] = (st->r[0]     ) & 0x3ffffff;
  97    LOAD32L(st->r[1], key +  3); st->r[1] = (st->r[1] >> 2) & 0x3ffff03;
  98    LOAD32L(st->r[2], key +  6); st->r[2] = (st->r[2] >> 4) & 0x3ffc0ff;
  99    LOAD32L(st->r[3], key +  9); st->r[3] = (st->r[3] >> 6) & 0x3f03fff;
 100    LOAD32L(st->r[4], key + 12); st->r[4] = (st->r[4] >> 8) & 0x00fffff;
 101
 102    /* h = 0 */
 103    st->h[0] = 0;
 104    st->h[1] = 0;
 105    st->h[2] = 0;
 106    st->h[3] = 0;
 107    st->h[4] = 0;
 108
 109    /* save pad for later */
 110    LOAD32L(st->pad[0], key + 16);
 111    LOAD32L(st->pad[1], key + 20);
 112    LOAD32L(st->pad[2], key + 24);
 113    LOAD32L(st->pad[3], key + 28);
 114
 115    st->leftover = 0;
 116    st->final = 0;
 117    return CRYPT_OK;
 118 }
 119
 120 /**
 121   Process data through POLY1305
 122   @param st      The POLY1305 state
 123   @param in      The data to send through HMAC
 124   @param inlen   The length of the data to HMAC (octets)
 125   @return CRYPT_OK if successful
 126 */
 127 int poly1305_process(poly1305_state *st, const unsigned char *in, unsigned long inlen)
 128 {
 129    unsigned long i;
 130
 131    if (inlen == 0) return CRYPT_OK; /* nothing to do */
 132    LTC_ARGCHK(st != NULL);
 133    LTC_ARGCHK(in != NULL);
 134
 135    /* handle leftover */
 136    if (st->leftover) {
 137       unsigned long want = (16 - st->leftover);
 138       if (want > inlen) want = inlen;
 139       for (i = 0; i < want; i++) st->buffer[st->leftover + i] = in[i];
 140       inlen -= want;
 141       in += want;
 142       st->leftover += want;
 143       if (st->leftover < 16) return CRYPT_OK;
 144       _poly1305_block(st, st->buffer, 16);
 145       st->leftover = 0;
 146    }
 147
 148    /* process full blocks */
 149    if (inlen >= 16) {
 150       unsigned long want = (inlen & ~(16 - 1));
 151       _poly1305_block(st, in, want);
 152       in += want;
 153       inlen -= want;
 154    }
 155
 156    /* store leftover */
 157    if (inlen) {
 158       for (i = 0; i < inlen; i++) st->buffer[st->leftover + i] = in[i];
 159       st->leftover += inlen;
 160    }
 161    return CRYPT_OK;
 162 }
 163
 164 /**
 165    Terminate a POLY1305 session
 166    @param st      The POLY1305 state
 167    @param mac     [out] The destination of the POLY1305 authentication tag
 168    @param maclen  [in/out]  The max size and resulting size of the POLY1305 authentication tag
 169    @return CRYPT_OK if successful
 170 */
 171 int poly1305_done(poly1305_state *st, unsigned char *mac, unsigned long *maclen)
 172 {
 173    ulong32 h0,h1,h2,h3,h4,c;
 174    ulong32 g0,g1,g2,g3,g4;
 175    ulong64 f;
 176    ulong32 mask;
 177
 178    LTC_ARGCHK(st     != NULL);
 179    LTC_ARGCHK(mac    != NULL);
 180    LTC_ARGCHK(maclen != NULL);
 181    LTC_ARGCHK(*maclen >= 16);
 182
 183    /* process the remaining block */
 184    if (st->leftover) {
 185       unsigned long i = st->leftover;
 186       st->buffer[i++] = 1;
 187       for (; i < 16; i++) st->buffer[i] = 0;
 188       st->final = 1;
 189       _poly1305_block(st, st->buffer, 16);
 190    }
 191
 192    /* fully carry h */
 193    h0 = st->h[0];
 194    h1 = st->h[1];
 195    h2 = st->h[2];
 196    h3 = st->h[3];
 197    h4 = st->h[4];
 198
 199                 c = h1 >> 26; h1 = h1 & 0x3ffffff;
 200    h2 +=     c; c = h2 >> 26; h2 = h2 & 0x3ffffff;
 201    h3 +=     c; c = h3 >> 26; h3 = h3 & 0x3ffffff;
 202    h4 +=     c; c = h4 >> 26; h4 = h4 & 0x3ffffff;
 203    h0 += c * 5; c = h0 >> 26; h0 = h0 & 0x3ffffff;
 204    h1 +=     c;
 205
 206    /* compute h + -p */
 207    g0 = h0 + 5; c = g0 >> 26; g0 &= 0x3ffffff;
 208    g1 = h1 + c; c = g1 >> 26; g1 &= 0x3ffffff;
 209    g2 = h2 + c; c = g2 >> 26; g2 &= 0x3ffffff;
 210    g3 = h3 + c; c = g3 >> 26; g3 &= 0x3ffffff;
 211    g4 = h4 + c - (1UL << 26);
 212
 213    /* select h if h < p, or h + -p if h >= p */
 214    mask = (g4 >> 31) - 1;
 215    g0 &= mask;
 216    g1 &= mask;
 217    g2 &= mask;
 218    g3 &= mask;
 219    g4 &= mask;
 220    mask = ~mask;
 221    h0 = (h0 & mask) | g0;
 222    h1 = (h1 & mask) | g1;
 223    h2 = (h2 & mask) | g2;
 224    h3 = (h3 & mask) | g3;
 225    h4 = (h4 & mask) | g4;
 226
 227    /* h = h % (2^128) */
 228    h0 = ((h0      ) | (h1 << 26)) & 0xffffffff;
 229    h1 = ((h1 >>  6) | (h2 << 20)) & 0xffffffff;
 230    h2 = ((h2 >> 12) | (h3 << 14)) & 0xffffffff;
 231    h3 = ((h3 >> 18) | (h4 <<  8)) & 0xffffffff;
 232
 233    /* mac = (h + pad) % (2^128) */
 234    f = (ulong64)h0 + st->pad[0]            ; h0 = (ulong32)f;
 235    f = (ulong64)h1 + st->pad[1] + (f >> 32); h1 = (ulong32)f;
 236    f = (ulong64)h2 + st->pad[2] + (f >> 32); h2 = (ulong32)f;
 237    f = (ulong64)h3 + st->pad[3] + (f >> 32); h3 = (ulong32)f;
 238
 239    STORE32L(h0, mac +  0);
 240    STORE32L(h1, mac +  4);
 241    STORE32L(h2, mac +  8);
 242    STORE32L(h3, mac + 12);
 243
 244    /* zero out the state */
 245    st->h[0] = 0;
 246    st->h[1] = 0;
 247    st->h[2] = 0;
 248    st->h[3] = 0;
 249    st->h[4] = 0;
 250    st->r[0] = 0;
 251    st->r[1] = 0;
 252    st->r[2] = 0;
 253    st->r[3] = 0;
 254    st->r[4] = 0;
 255    st->pad[0] = 0;
 256    st->pad[1] = 0;
 257    st->pad[2] = 0;
 258    st->pad[3] = 0;
 259
 260    *maclen = 16;
 261    return CRYPT_OK;
 262 }
 263
 264 #endif
 265
 266 /* ref:         $Format:%D$ */
 267 /* git commit:  $Format:%H$ */
 268 /* commit time: $Format:%ai$ */