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Created: 2021-02-21 07:20

/src/botan/src/lib/block/serpent/serpent.cpp
Line
Count
Source (jump to first uncovered line)
1
/*
2
* Serpent
3
* (C) 1999-2007 Jack Lloyd
4
*
5
* Botan is released under the Simplified BSD License (see license.txt)
6
*/
7
8
#include <botan/internal/serpent.h>
9
#include <botan/internal/loadstor.h>
10
#include <botan/internal/rotate.h>
11
#include <botan/internal/serpent_sbox.h>
12
13
#if defined(BOTAN_HAS_SERPENT_SIMD) || defined(BOTAN_HAS_SERPENT_AVX2)
14
  #include <botan/internal/cpuid.h>
15
#endif
16
17
namespace Botan {
18
19
namespace {
20
21
/*
22
* Serpent's Linear Transform
23
*/
24
inline void transform(uint32_t& B0, uint32_t& B1, uint32_t& B2, uint32_t& B3)
25
0
   {
26
0
   B0  = rotl<13>(B0);   B2  = rotl<3>(B2);
27
0
   B1 ^= B0 ^ B2;        B3 ^= B2 ^ (B0 << 3);
28
0
   B1  = rotl<1>(B1);    B3  = rotl<7>(B3);
29
0
   B0 ^= B1 ^ B3;        B2 ^= B3 ^ (B1 << 7);
30
0
   B0  = rotl<5>(B0);    B2  = rotl<22>(B2);
31
0
   }
32
33
/*
34
* Serpent's Inverse Linear Transform
35
*/
36
inline void i_transform(uint32_t& B0, uint32_t& B1, uint32_t& B2, uint32_t& B3)
37
0
   {
38
0
   B2  = rotr<22>(B2);   B0  = rotr<5>(B0);
39
0
   B2 ^= B3 ^ (B1 << 7); B0 ^= B1 ^ B3;
40
0
   B3  = rotr<7>(B3);    B1  = rotr<1>(B1);
41
0
   B3 ^= B2 ^ (B0 << 3); B1 ^= B0 ^ B2;
42
0
   B2  = rotr<3>(B2);    B0  = rotr<13>(B0);
43
0
   }
44
45
}
46
47
/*
48
* XOR a key block with a data block
49
*/
50
#define key_xor(round, B0, B1, B2, B3) \
51
0
   B0 ^= m_round_key[4*round  ]; \
52
0
   B1 ^= m_round_key[4*round+1]; \
53
0
   B2 ^= m_round_key[4*round+2]; \
54
0
   B3 ^= m_round_key[4*round+3];
55
56
/*
57
* Serpent Encryption
58
*/
59
void Serpent::encrypt_n(const uint8_t in[], uint8_t out[], size_t blocks) const
60
0
   {
61
0
   verify_key_set(m_round_key.empty() == false);
62
63
0
#if defined(BOTAN_HAS_SERPENT_AVX2)
64
0
   if(CPUID::has_avx2())
65
0
      {
66
0
      while(blocks >= 8)
67
0
         {
68
0
         avx2_encrypt_8(in, out);
69
0
         in += 8 * BLOCK_SIZE;
70
0
         out += 8 * BLOCK_SIZE;
71
0
         blocks -= 8;
72
0
         }
73
0
      }
74
0
#endif
75
76
0
#if defined(BOTAN_HAS_SERPENT_SIMD)
77
0
   if(CPUID::has_simd_32())
78
0
      {
79
0
      while(blocks >= 4)
80
0
         {
81
0
         simd_encrypt_4(in, out);
82
0
         in += 4 * BLOCK_SIZE;
83
0
         out += 4 * BLOCK_SIZE;
84
0
         blocks -= 4;
85
0
         }
86
0
      }
87
0
#endif
88
89
0
   BOTAN_PARALLEL_SIMD_FOR(size_t i = 0; i < blocks; ++i)
90
0
      {
91
0
      uint32_t B0, B1, B2, B3;
92
0
      load_le(in + 16*i, B0, B1, B2, B3);
93
94
0
      key_xor( 0,B0,B1,B2,B3); SBoxE0(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
95
0
      key_xor( 1,B0,B1,B2,B3); SBoxE1(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
96
0
      key_xor( 2,B0,B1,B2,B3); SBoxE2(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
97
0
      key_xor( 3,B0,B1,B2,B3); SBoxE3(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
98
0
      key_xor( 4,B0,B1,B2,B3); SBoxE4(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
99
0
      key_xor( 5,B0,B1,B2,B3); SBoxE5(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
100
0
      key_xor( 6,B0,B1,B2,B3); SBoxE6(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
101
0
      key_xor( 7,B0,B1,B2,B3); SBoxE7(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
102
0
      key_xor( 8,B0,B1,B2,B3); SBoxE0(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
103
0
      key_xor( 9,B0,B1,B2,B3); SBoxE1(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
104
0
      key_xor(10,B0,B1,B2,B3); SBoxE2(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
105
0
      key_xor(11,B0,B1,B2,B3); SBoxE3(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
106
0
      key_xor(12,B0,B1,B2,B3); SBoxE4(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
107
0
      key_xor(13,B0,B1,B2,B3); SBoxE5(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
108
0
      key_xor(14,B0,B1,B2,B3); SBoxE6(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
109
0
      key_xor(15,B0,B1,B2,B3); SBoxE7(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
110
0
      key_xor(16,B0,B1,B2,B3); SBoxE0(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
111
0
      key_xor(17,B0,B1,B2,B3); SBoxE1(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
112
0
      key_xor(18,B0,B1,B2,B3); SBoxE2(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
113
0
      key_xor(19,B0,B1,B2,B3); SBoxE3(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
114
0
      key_xor(20,B0,B1,B2,B3); SBoxE4(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
115
0
      key_xor(21,B0,B1,B2,B3); SBoxE5(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
116
0
      key_xor(22,B0,B1,B2,B3); SBoxE6(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
117
0
      key_xor(23,B0,B1,B2,B3); SBoxE7(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
118
0
      key_xor(24,B0,B1,B2,B3); SBoxE0(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
119
0
      key_xor(25,B0,B1,B2,B3); SBoxE1(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
120
0
      key_xor(26,B0,B1,B2,B3); SBoxE2(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
121
0
      key_xor(27,B0,B1,B2,B3); SBoxE3(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
122
0
      key_xor(28,B0,B1,B2,B3); SBoxE4(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
123
0
      key_xor(29,B0,B1,B2,B3); SBoxE5(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
124
0
      key_xor(30,B0,B1,B2,B3); SBoxE6(B0,B1,B2,B3); transform(B0,B1,B2,B3);
125
0
      key_xor(31,B0,B1,B2,B3); SBoxE7(B0,B1,B2,B3); key_xor(32,B0,B1,B2,B3);
126
127
0
      store_le(out + 16*i, B0, B1, B2, B3);
128
0
      }
129
0
   }
130
131
/*
132
* Serpent Decryption
133
*/
134
void Serpent::decrypt_n(const uint8_t in[], uint8_t out[], size_t blocks) const
135
0
   {
136
0
   verify_key_set(m_round_key.empty() == false);
137
138
0
#if defined(BOTAN_HAS_SERPENT_AVX2)
139
0
   if(CPUID::has_avx2())
140
0
      {
141
0
      while(blocks >= 8)
142
0
         {
143
0
         avx2_decrypt_8(in, out);
144
0
         in += 8 * BLOCK_SIZE;
145
0
         out += 8 * BLOCK_SIZE;
146
0
         blocks -= 8;
147
0
         }
148
0
      }
149
0
#endif
150
151
0
#if defined(BOTAN_HAS_SERPENT_SIMD)
152
0
   if(CPUID::has_simd_32())
153
0
      {
154
0
      while(blocks >= 4)
155
0
         {
156
0
         simd_decrypt_4(in, out);
157
0
         in += 4 * BLOCK_SIZE;
158
0
         out += 4 * BLOCK_SIZE;
159
0
         blocks -= 4;
160
0
         }
161
0
      }
162
0
#endif
163
164
0
   BOTAN_PARALLEL_SIMD_FOR(size_t i = 0; i < blocks; ++i)
165
0
      {
166
0
      uint32_t B0, B1, B2, B3;
167
0
      load_le(in + 16*i, B0, B1, B2, B3);
168
169
0
      key_xor(32,B0,B1,B2,B3);  SBoxD7(B0,B1,B2,B3); key_xor(31,B0,B1,B2,B3);
170
0
      i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD6(B0,B1,B2,B3); key_xor(30,B0,B1,B2,B3);
171
0
      i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD5(B0,B1,B2,B3); key_xor(29,B0,B1,B2,B3);
172
0
      i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD4(B0,B1,B2,B3); key_xor(28,B0,B1,B2,B3);
173
0
      i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD3(B0,B1,B2,B3); key_xor(27,B0,B1,B2,B3);
174
0
      i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD2(B0,B1,B2,B3); key_xor(26,B0,B1,B2,B3);
175
0
      i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD1(B0,B1,B2,B3); key_xor(25,B0,B1,B2,B3);
176
0
      i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD0(B0,B1,B2,B3); key_xor(24,B0,B1,B2,B3);
177
0
      i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD7(B0,B1,B2,B3); key_xor(23,B0,B1,B2,B3);
178
0
      i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD6(B0,B1,B2,B3); key_xor(22,B0,B1,B2,B3);
179
0
      i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD5(B0,B1,B2,B3); key_xor(21,B0,B1,B2,B3);
180
0
      i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD4(B0,B1,B2,B3); key_xor(20,B0,B1,B2,B3);
181
0
      i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD3(B0,B1,B2,B3); key_xor(19,B0,B1,B2,B3);
182
0
      i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD2(B0,B1,B2,B3); key_xor(18,B0,B1,B2,B3);
183
0
      i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD1(B0,B1,B2,B3); key_xor(17,B0,B1,B2,B3);
184
0
      i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD0(B0,B1,B2,B3); key_xor(16,B0,B1,B2,B3);
185
0
      i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD7(B0,B1,B2,B3); key_xor(15,B0,B1,B2,B3);
186
0
      i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD6(B0,B1,B2,B3); key_xor(14,B0,B1,B2,B3);
187
0
      i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD5(B0,B1,B2,B3); key_xor(13,B0,B1,B2,B3);
188
0
      i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD4(B0,B1,B2,B3); key_xor(12,B0,B1,B2,B3);
189
0
      i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD3(B0,B1,B2,B3); key_xor(11,B0,B1,B2,B3);
190
0
      i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD2(B0,B1,B2,B3); key_xor(10,B0,B1,B2,B3);
191
0
      i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD1(B0,B1,B2,B3); key_xor( 9,B0,B1,B2,B3);
192
0
      i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD0(B0,B1,B2,B3); key_xor( 8,B0,B1,B2,B3);
193
0
      i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD7(B0,B1,B2,B3); key_xor( 7,B0,B1,B2,B3);
194
0
      i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD6(B0,B1,B2,B3); key_xor( 6,B0,B1,B2,B3);
195
0
      i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD5(B0,B1,B2,B3); key_xor( 5,B0,B1,B2,B3);
196
0
      i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD4(B0,B1,B2,B3); key_xor( 4,B0,B1,B2,B3);
197
0
      i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD3(B0,B1,B2,B3); key_xor( 3,B0,B1,B2,B3);
198
0
      i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD2(B0,B1,B2,B3); key_xor( 2,B0,B1,B2,B3);
199
0
      i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD1(B0,B1,B2,B3); key_xor( 1,B0,B1,B2,B3);
200
0
      i_transform(B0,B1,B2,B3); SBoxD0(B0,B1,B2,B3); key_xor( 0,B0,B1,B2,B3);
201
202
0
      store_le(out + 16*i, B0, B1, B2, B3);
203
0
      }
204
0
   }
205
206
#undef key_xor
207
#undef transform
208
#undef i_transform
209
210
/*
211
* Serpent Key Schedule
212
*/
213
void Serpent::key_schedule(const uint8_t key[], size_t length)
214
0
   {
215
0
   const uint32_t PHI = 0x9E3779B9;
216
217
0
   secure_vector<uint32_t> W(140);
218
0
   for(size_t i = 0; i != length / 4; ++i)
219
0
      W[i] = load_le<uint32_t>(key, i);
220
221
0
   W[length / 4] |= uint32_t(1) << ((length%4)*8);
222
223
0
   for(size_t i = 8; i != 140; ++i)
224
0
      {
225
0
      uint32_t wi = W[i-8] ^ W[i-5] ^ W[i-3] ^ W[i-1] ^ PHI ^ uint32_t(i-8);
226
0
      W[i] = rotl<11>(wi);
227
0
      }
228
229
0
   SBoxE0(W[ 20],W[ 21],W[ 22],W[ 23]);
230
0
   SBoxE0(W[ 52],W[ 53],W[ 54],W[ 55]);
231
0
   SBoxE0(W[ 84],W[ 85],W[ 86],W[ 87]);
232
0
   SBoxE0(W[116],W[117],W[118],W[119]);
233
234
0
   SBoxE1(W[ 16],W[ 17],W[ 18],W[ 19]);
235
0
   SBoxE1(W[ 48],W[ 49],W[ 50],W[ 51]);
236
0
   SBoxE1(W[ 80],W[ 81],W[ 82],W[ 83]);
237
0
   SBoxE1(W[112],W[113],W[114],W[115]);
238
239
0
   SBoxE2(W[ 12],W[ 13],W[ 14],W[ 15]);
240
0
   SBoxE2(W[ 44],W[ 45],W[ 46],W[ 47]);
241
0
   SBoxE2(W[ 76],W[ 77],W[ 78],W[ 79]);
242
0
   SBoxE2(W[108],W[109],W[110],W[111]);
243
244
0
   SBoxE3(W[  8],W[  9],W[ 10],W[ 11]);
245
0
   SBoxE3(W[ 40],W[ 41],W[ 42],W[ 43]);
246
0
   SBoxE3(W[ 72],W[ 73],W[ 74],W[ 75]);
247
0
   SBoxE3(W[104],W[105],W[106],W[107]);
248
0
   SBoxE3(W[136],W[137],W[138],W[139]);
249
250
0
   SBoxE4(W[ 36],W[ 37],W[ 38],W[ 39]);
251
0
   SBoxE4(W[ 68],W[ 69],W[ 70],W[ 71]);
252
0
   SBoxE4(W[100],W[101],W[102],W[103]);
253
0
   SBoxE4(W[132],W[133],W[134],W[135]);
254
255
0
   SBoxE5(W[ 32],W[ 33],W[ 34],W[ 35]);
256
0
   SBoxE5(W[ 64],W[ 65],W[ 66],W[ 67]);
257
0
   SBoxE5(W[ 96],W[ 97],W[ 98],W[ 99]);
258
0
   SBoxE5(W[128],W[129],W[130],W[131]);
259
260
0
   SBoxE6(W[ 28],W[ 29],W[ 30],W[ 31]);
261
0
   SBoxE6(W[ 60],W[ 61],W[ 62],W[ 63]);
262
0
   SBoxE6(W[ 92],W[ 93],W[ 94],W[ 95]);
263
0
   SBoxE6(W[124],W[125],W[126],W[127]);
264
265
0
   SBoxE7(W[ 24],W[ 25],W[ 26],W[ 27]);
266
0
   SBoxE7(W[ 56],W[ 57],W[ 58],W[ 59]);
267
0
   SBoxE7(W[ 88],W[ 89],W[ 90],W[ 91]);
268
0
   SBoxE7(W[120],W[121],W[122],W[123]);
269
270
0
   m_round_key.assign(W.begin() + 8, W.end());
271
0
   }
272
273
void Serpent::clear()
274
0
   {
275
0
   zap(m_round_key);
276
0
   }
277
278
std::string Serpent::provider() const
279
0
   {
280
0
#if defined(BOTAN_HAS_SERPENT_AVX2)
281
0
   if(CPUID::has_avx2())
282
0
      {
283
0
      return "avx2";
284
0
      }
285
0
#endif
286
287
0
#if defined(BOTAN_HAS_SERPENT_SIMD)
288
0
   if(CPUID::has_simd_32())
289
0
      {
290
0
      return "simd";
291
0
      }
292
0
#endif
293
294
0
   return "base";
295
0
   }
296
297
#undef key_xor
298
299
}