arch/x86/crypto/aes_64.c

   1 /*
   2  * Cryptographic API.
   3  *
   4  * AES Cipher Algorithm.
   5  *
   6  * Based on Brian Gladman's code.
   7  *
   8  * Linux developers:
   9  *  Alexander Kjeldaas <astor@fast.no>
  10  *  Herbert Valerio Riedel <hvr@hvrlab.org>
  11  *  Kyle McMartin <kyle@debian.org>
  12  *  Adam J. Richter <adam@yggdrasil.com> (conversion to 2.5 API).
  13  *  Andreas Steinmetz <ast@domdv.de> (adapted to x86_64 assembler)
  14  *
  15  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  16  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
  17  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
  18  * (at your option) any later version.
  19  *
  20  * ---------------------------------------------------------------------------
  21  * Copyright (c) 2002, Dr Brian Gladman <brg@gladman.me.uk>, Worcester, UK.
  22  * All rights reserved.
  23  *
  24  * LICENSE TERMS
  25  *
  26  * The free distribution and use of this software in both source and binary
  27  * form is allowed (with or without changes) provided that:
  28  *
  29  *   1. distributions of this source code include the above copyright
  30  *      notice, this list of conditions and the following disclaimer;
  31  *
  32  *   2. distributions in binary form include the above copyright
  33  *      notice, this list of conditions and the following disclaimer
  34  *      in the documentation and/or other associated materials;
  35  *
  36  *   3. the copyright holder's name is not used to endorse products
  37  *      built using this software without specific written permission.
  38  *
  39  * ALTERNATIVELY, provided that this notice is retained in full, this product
  40  * may be distributed under the terms of the GNU General Public License (GPL),
  41  * in which case the provisions of the GPL apply INSTEAD OF those given above.
  42  *
  43  * DISCLAIMER
  44  *
  45  * This software is provided 'as is' with no explicit or implied warranties
  46  * in respect of its properties, including, but not limited to, correctness
  47  * and/or fitness for purpose.
  48  * ---------------------------------------------------------------------------
  49  */
  50
  51 /* Some changes from the Gladman version:
  52     s/RIJNDAEL(e_key)/E_KEY/g
  53     s/RIJNDAEL(d_key)/D_KEY/g
  54 */
  55
  56 #include <asm/byteorder.h>
  57 #include <crypto/aes.h>
  58 #include <linux/bitops.h>
  59 #include <linux/crypto.h>
  60 #include <linux/errno.h>
  61 #include <linux/init.h>
  62 #include <linux/module.h>
  63 #include <linux/types.h>
  64
  65 /*
  66  * #define byte(x, nr) ((unsigned char)((x) >> (nr*8)))
  67  */
  68 static inline u8 byte(const u32 x, const unsigned n)
  69 {
  70         return x >> (n << 3);
  71 }
  72
  73 struct aes_ctx
  74 {
  75         u32 key_length;
  76         u32 buf[120];
  77 };
  78
  79 #define E_KEY (&ctx->buf[0])
  80 #define D_KEY (&ctx->buf[60])
  81
  82 static u8 pow_tab[256] __initdata;
  83 static u8 log_tab[256] __initdata;
  84 static u8 sbx_tab[256] __initdata;
  85 static u8 isb_tab[256] __initdata;
  86 static u32 rco_tab[10];
  87 u32 aes_ft_tab[4][256];
  88 u32 aes_it_tab[4][256];
  89
  90 u32 aes_fl_tab[4][256];
  91 u32 aes_il_tab[4][256];
  92
  93 static inline u8 f_mult(u8 a, u8 b)
  94 {
  95         u8 aa = log_tab[a], cc = aa + log_tab[b];
  96
  97         return pow_tab[cc + (cc < aa ? 1 : 0)];
  98 }
  99
 100 #define ff_mult(a, b) (a && b ? f_mult(a, b) : 0)
 101
 102 #define ls_box(x)                               \
 103         (aes_fl_tab[0][byte(x, 0)] ^            \
 104          aes_fl_tab[1][byte(x, 1)] ^            \
 105          aes_fl_tab[2][byte(x, 2)] ^            \
 106          aes_fl_tab[3][byte(x, 3)])
 107
 108 static void __init gen_tabs(void)
 109 {
 110         u32 i, t;
 111         u8 p, q;
 112
 113         /* log and power tables for GF(2**8) finite field with
 114            0x011b as modular polynomial - the simplest primitive
 115            root is 0x03, used here to generate the tables */
 116
 117         for (i = 0, p = 1; i < 256; ++i) {
 118                 pow_tab[i] = (u8)p;
 119                 log_tab[p] = (u8)i;
 120
 121                 p ^= (p << 1) ^ (p & 0x80 ? 0x01b : 0);
 122         }
 123
 124         log_tab[1] = 0;
 125
 126         for (i = 0, p = 1; i < 10; ++i) {
 127                 rco_tab[i] = p;
 128
 129                 p = (p << 1) ^ (p & 0x80 ? 0x01b : 0);
 130         }
 131
 132         for (i = 0; i < 256; ++i) {
 133                 p = (i ? pow_tab[255 - log_tab[i]] : 0);
 134                 q = ((p >> 7) | (p << 1)) ^ ((p >> 6) | (p << 2));
 135                 p ^= 0x63 ^ q ^ ((q >> 6) | (q << 2));
 136                 sbx_tab[i] = p;
 137                 isb_tab[p] = (u8)i;
 138         }
 139
 140         for (i = 0; i < 256; ++i) {
 141                 p = sbx_tab[i];
 142
 143                 t = p;
 144                 aes_fl_tab[0][i] = t;
 145                 aes_fl_tab[1][i] = rol32(t, 8);
 146                 aes_fl_tab[2][i] = rol32(t, 16);
 147                 aes_fl_tab[3][i] = rol32(t, 24);
 148
 149                 t = ((u32)ff_mult(2, p)) |
 150                     ((u32)p << 8) |
 151                     ((u32)p << 16) | ((u32)ff_mult(3, p) << 24);
 152
 153                 aes_ft_tab[0][i] = t;
 154                 aes_ft_tab[1][i] = rol32(t, 8);
 155                 aes_ft_tab[2][i] = rol32(t, 16);
 156                 aes_ft_tab[3][i] = rol32(t, 24);
 157
 158                 p = isb_tab[i];
 159
 160                 t = p;
 161                 aes_il_tab[0][i] = t;
 162                 aes_il_tab[1][i] = rol32(t, 8);
 163                 aes_il_tab[2][i] = rol32(t, 16);
 164                 aes_il_tab[3][i] = rol32(t, 24);
 165
 166                 t = ((u32)ff_mult(14, p)) |
 167                     ((u32)ff_mult(9, p) << 8) |
 168                     ((u32)ff_mult(13, p) << 16) |
 169                     ((u32)ff_mult(11, p) << 24);
 170
 171                 aes_it_tab[0][i] = t;
 172                 aes_it_tab[1][i] = rol32(t, 8);
 173                 aes_it_tab[2][i] = rol32(t, 16);
 174                 aes_it_tab[3][i] = rol32(t, 24);
 175         }
 176 }
 177
 178 #define star_x(x) (((x) & 0x7f7f7f7f) << 1) ^ ((((x) & 0x80808080) >> 7) * 0x1b)
 179
 180 #define imix_col(y, x)                  \
 181         u    = star_x(x);               \
 182         v    = star_x(u);               \
 183         w    = star_x(v);               \
 184         t    = w ^ (x);                 \
 185         (y)  = u ^ v ^ w;               \
 186         (y) ^= ror32(u ^ t,  8) ^       \
 187                ror32(v ^ t, 16) ^       \
 188                ror32(t, 24)
 189
 190 /* initialise the key schedule from the user supplied key */
 191
 192 #define loop4(i)                                        \
 193 {                                                       \
 194         t = ror32(t,  8); t = ls_box(t) ^ rco_tab[i];   \
 195         t ^= E_KEY[4 * i];     E_KEY[4 * i + 4] = t;    \
 196         t ^= E_KEY[4 * i + 1]; E_KEY[4 * i + 5] = t;    \
 197         t ^= E_KEY[4 * i + 2]; E_KEY[4 * i + 6] = t;    \
 198         t ^= E_KEY[4 * i + 3]; E_KEY[4 * i + 7] = t;    \
 199 }
 200
 201 #define loop6(i)                                        \
 202 {                                                       \
 203         t = ror32(t,  8); t = ls_box(t) ^ rco_tab[i];   \
 204         t ^= E_KEY[6 * i];     E_KEY[6 * i + 6] = t;    \
 205         t ^= E_KEY[6 * i + 1]; E_KEY[6 * i + 7] = t;    \
 206         t ^= E_KEY[6 * i + 2]; E_KEY[6 * i + 8] = t;    \
 207         t ^= E_KEY[6 * i + 3]; E_KEY[6 * i + 9] = t;    \
 208         t ^= E_KEY[6 * i + 4]; E_KEY[6 * i + 10] = t;   \
 209         t ^= E_KEY[6 * i + 5]; E_KEY[6 * i + 11] = t;   \
 210 }
 211
 212 #define loop8(i)                                        \
 213 {                                                       \
 214         t = ror32(t,  8); ; t = ls_box(t) ^ rco_tab[i]; \
 215         t ^= E_KEY[8 * i];     E_KEY[8 * i + 8] = t;    \
 216         t ^= E_KEY[8 * i + 1]; E_KEY[8 * i + 9] = t;    \
 217         t ^= E_KEY[8 * i + 2]; E_KEY[8 * i + 10] = t;   \
 218         t ^= E_KEY[8 * i + 3]; E_KEY[8 * i + 11] = t;   \
 219         t  = E_KEY[8 * i + 4] ^ ls_box(t);              \
 220         E_KEY[8 * i + 12] = t;                          \
 221         t ^= E_KEY[8 * i + 5]; E_KEY[8 * i + 13] = t;   \
 222         t ^= E_KEY[8 * i + 6]; E_KEY[8 * i + 14] = t;   \
 223         t ^= E_KEY[8 * i + 7]; E_KEY[8 * i + 15] = t;   \
 224 }
 225
 226 static int aes_set_key(struct crypto_tfm *tfm, const u8 *in_key,
 227                        unsigned int key_len)
 228 {
 229         struct aes_ctx *ctx = crypto_tfm_ctx(tfm);
 230         const __le32 *key = (const __le32 *)in_key;
 231         u32 *flags = &tfm->crt_flags;
 232         u32 i, j, t, u, v, w;
 233
 234         if (key_len % 8) {
 235                 *flags |= CRYPTO_TFM_RES_BAD_KEY_LEN;
 236                 return -EINVAL;
 237         }
 238
 239         ctx->key_length = key_len;
 240
 241         D_KEY[key_len + 24] = E_KEY[0] = le32_to_cpu(key[0]);
 242         D_KEY[key_len + 25] = E_KEY[1] = le32_to_cpu(key[1]);
 243         D_KEY[key_len + 26] = E_KEY[2] = le32_to_cpu(key[2]);
 244         D_KEY[key_len + 27] = E_KEY[3] = le32_to_cpu(key[3]);
 245
 246         switch (key_len) {
 247         case 16:
 248                 t = E_KEY[3];
 249                 for (i = 0; i < 10; ++i)
 250                         loop4(i);
 251                 break;
 252
 253         case 24:
 254                 E_KEY[4] = le32_to_cpu(key[4]);
 255                 t = E_KEY[5] = le32_to_cpu(key[5]);
 256                 for (i = 0; i < 8; ++i)
 257                         loop6 (i);
 258                 break;
 259
 260         case 32:
 261                 E_KEY[4] = le32_to_cpu(key[4]);
 262                 E_KEY[5] = le32_to_cpu(key[5]);
 263                 E_KEY[6] = le32_to_cpu(key[6]);
 264                 t = E_KEY[7] = le32_to_cpu(key[7]);
 265                 for (i = 0; i < 7; ++i)
 266                         loop8(i);
 267                 break;
 268         }
 269
 270         D_KEY[0] = E_KEY[key_len + 24];
 271         D_KEY[1] = E_KEY[key_len + 25];
 272         D_KEY[2] = E_KEY[key_len + 26];
 273         D_KEY[3] = E_KEY[key_len + 27];
 274
 275         for (i = 4; i < key_len + 24; ++i) {
 276                 j = key_len + 24 - (i & ~3) + (i & 3);
 277                 imix_col(D_KEY[j], E_KEY[i]);
 278         }
 279
 280         return 0;
 281 }
 282
 283 asmlinkage void aes_enc_blk(struct crypto_tfm *tfm, u8 *out, const u8 *in);
 284 asmlinkage void aes_dec_blk(struct crypto_tfm *tfm, u8 *out, const u8 *in);
 285
 286 static void aes_encrypt(struct crypto_tfm *tfm, u8 *dst, const u8 *src)
 287 {
 288         aes_enc_blk(tfm, dst, src);
 289 }
 290
 291 static void aes_decrypt(struct crypto_tfm *tfm, u8 *dst, const u8 *src)
 292 {
 293         aes_dec_blk(tfm, dst, src);
 294 }
 295
 296 static struct crypto_alg aes_alg = {
 297         .cra_name               =       "aes",
 298         .cra_driver_name        =       "aes-x86_64",
 299         .cra_priority           =       200,
 300         .cra_flags              =       CRYPTO_ALG_TYPE_CIPHER,
 301         .cra_blocksize          =       AES_BLOCK_SIZE,
 302         .cra_ctxsize            =       sizeof(struct aes_ctx),
 303         .cra_module             =       THIS_MODULE,
 304         .cra_list               =       LIST_HEAD_INIT(aes_alg.cra_list),
 305         .cra_u                  =       {
 306                 .cipher = {
 307                         .cia_min_keysize        =       AES_MIN_KEY_SIZE,
 308                         .cia_max_keysize        =       AES_MAX_KEY_SIZE,
 309                         .cia_setkey             =       aes_set_key,
 310                         .cia_encrypt            =       aes_encrypt,
 311                         .cia_decrypt            =       aes_decrypt
 312                 }
 313         }
 314 };
 315
 316 static int __init aes_init(void)
 317 {
 318         gen_tabs();
 319         return crypto_register_alg(&aes_alg);
 320 }
 321
 322 static void __exit aes_fini(void)
 323 {
 324         crypto_unregister_alg(&aes_alg);
 325 }
 326
 327 module_init(aes_init);
 328 module_exit(aes_fini);
 329
 330 MODULE_DESCRIPTION("Rijndael (AES) Cipher Algorithm");
 331 MODULE_LICENSE("GPL");
 332 MODULE_ALIAS("aes");