Collected changes. See ChnageLogs.
[libgcrypt.git] / cipher / sha1.c
1 /* sha1.c - SHA1 hash function
2  * Copyright (C) 1998, 2001, 2002, 2003, 2008 Free Software Foundation, Inc.
3  *
4  * This file is part of Libgcrypt.
5  *
6  * Libgcrypt is free software; you can redistribute it and/or modify
7  * it under the terms of the GNU Lesser General Public License as
8  * published by the Free Software Foundation; either version 2.1 of
9  * the License, or (at your option) any later version.
10  *
11  * Libgcrypt is distributed in the hope that it will be useful,
12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14  * GNU Lesser General Public License for more details.
15  *
16  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
17  * License along with this program; if not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18  */
19
20
21 /*  Test vectors:
22  *
23  *  "abc"
24  *  A999 3E36 4706 816A BA3E  2571 7850 C26C 9CD0 D89D
25  *
26  *  "abcdbcdecdefdefgefghfghighijhijkijkljklmklmnlmnomnopnopq"
27  *  8498 3E44 1C3B D26E BAAE  4AA1 F951 29E5 E546 70F1
28  */
29
30
31 #include <config.h>
32 #include <stdio.h>
33 #include <stdlib.h>
34 #include <string.h>
35 #ifdef HAVE_STDINT_H 
36 # include <stdint.h>
37 #endif
38
39 #include "g10lib.h"
40 #include "memory.h"
41 #include "bithelp.h"
42 #include "cipher.h"
43
44
45 /* A macro to test whether P is properly aligned for an u32 type.
46    Note that config.h provides a suitable replacement for uintptr_t if
47    it does not exist in stdint.h.  */
48 #if __GNUC__ >= 2
49 # define U32_ALIGNED_P(p) (!(((uintptr_t)p) % __alignof__ (u32)))
50 #else
51 # define U32_ALIGNED_P(p) (!(((uintptr_t)p) % sizeof (u32)))
52 #endif
53
54 #if WORDS_BIGENDIAN
55 #define TRANSFORM(x,d,n) do { if (U32_ALIGNED_P ((x)))             \
56                                 transform_aligned ((x), (d), (n)); \
57                               else                                 \
58                                 transform ((x), (d), (n));         \
59                             } while (0)
60 #else
61 #define TRANSFORM(x,d,n) transform ((x), (d), (n))
62 #endif
63
64
65
66 typedef struct 
67 {
68   u32           h0,h1,h2,h3,h4;
69   u32           nblocks;
70   unsigned char buf[64];
71   int           count;
72 } SHA1_CONTEXT;
73
74
75
76 static void
77 sha1_init (void *context)
78 {
79   SHA1_CONTEXT *hd = context;
80
81   hd->h0 = 0x67452301;
82   hd->h1 = 0xefcdab89;
83   hd->h2 = 0x98badcfe;
84   hd->h3 = 0x10325476;
85   hd->h4 = 0xc3d2e1f0;
86   hd->nblocks = 0;
87   hd->count = 0;
88 }
89
90
91 /* Round function macros. */
92 #define K1  0x5A827999L
93 #define K2  0x6ED9EBA1L
94 #define K3  0x8F1BBCDCL
95 #define K4  0xCA62C1D6L
96 #define F1(x,y,z)   ( z ^ ( x & ( y ^ z ) ) )
97 #define F2(x,y,z)   ( x ^ y ^ z )
98 #define F3(x,y,z)   ( ( x & y ) | ( z & ( x | y ) ) )
99 #define F4(x,y,z)   ( x ^ y ^ z )
100 #define M(i) ( tm =    x[ i    &0x0f]  \
101                      ^ x[(i-14)&0x0f]  \
102                      ^ x[(i-8) &0x0f]  \
103                      ^ x[(i-3) &0x0f], \
104                      (x[i&0x0f] = rol(tm, 1)))
105 #define R(a,b,c,d,e,f,k,m)  do { e += rol( a, 5 )     \
106                                       + f( b, c, d )  \
107                                       + k             \
108                                       + m;            \
109                                  b = rol( b, 30 );    \
110                                } while(0)
111
112
113 /*
114  * Transform NBLOCKS of each 64 bytes (16 32-bit words) at DATA.
115  * Unaligned version.
116  */
117 static void
118 transform (SHA1_CONTEXT *hd, const unsigned char *data, size_t nblocks)
119 {
120   register u32 a, b, c, d, e; /* Local copies of the chaining variables.  */
121   register u32 tm;            /* Helper.  */
122   u32 x[16];                  /* The array we work on. */
123   
124   /* Loop over all blocks.  */
125   for ( ;nblocks; nblocks--)
126     {
127 #ifdef WORDS_BIGENDIAN
128       memcpy (x, data, 64);
129       data += 64;
130 #else
131       {
132         int i;
133         unsigned char *p;
134
135         for(i=0, p=(unsigned char*)x; i < 16; i++, p += 4 )
136           {
137             p[3] = *data++;
138             p[2] = *data++;
139             p[1] = *data++;
140             p[0] = *data++;
141           }
142       }
143 #endif
144       /* Get the values of the chaining variables. */
145       a = hd->h0;
146       b = hd->h1;
147       c = hd->h2;
148       d = hd->h3;
149       e = hd->h4;
150
151       /* Transform. */
152       R( a, b, c, d, e, F1, K1, x[ 0] );
153       R( e, a, b, c, d, F1, K1, x[ 1] );
154       R( d, e, a, b, c, F1, K1, x[ 2] );
155       R( c, d, e, a, b, F1, K1, x[ 3] );
156       R( b, c, d, e, a, F1, K1, x[ 4] );
157       R( a, b, c, d, e, F1, K1, x[ 5] );
158       R( e, a, b, c, d, F1, K1, x[ 6] );
159       R( d, e, a, b, c, F1, K1, x[ 7] );
160       R( c, d, e, a, b, F1, K1, x[ 8] );
161       R( b, c, d, e, a, F1, K1, x[ 9] );
162       R( a, b, c, d, e, F1, K1, x[10] );
163       R( e, a, b, c, d, F1, K1, x[11] );
164       R( d, e, a, b, c, F1, K1, x[12] );
165       R( c, d, e, a, b, F1, K1, x[13] );
166       R( b, c, d, e, a, F1, K1, x[14] );
167       R( a, b, c, d, e, F1, K1, x[15] );
168       R( e, a, b, c, d, F1, K1, M(16) );
169       R( d, e, a, b, c, F1, K1, M(17) );
170       R( c, d, e, a, b, F1, K1, M(18) );
171       R( b, c, d, e, a, F1, K1, M(19) );
172       R( a, b, c, d, e, F2, K2, M(20) );
173       R( e, a, b, c, d, F2, K2, M(21) );
174       R( d, e, a, b, c, F2, K2, M(22) );
175       R( c, d, e, a, b, F2, K2, M(23) );
176       R( b, c, d, e, a, F2, K2, M(24) );
177       R( a, b, c, d, e, F2, K2, M(25) );
178       R( e, a, b, c, d, F2, K2, M(26) );
179       R( d, e, a, b, c, F2, K2, M(27) );
180       R( c, d, e, a, b, F2, K2, M(28) );
181       R( b, c, d, e, a, F2, K2, M(29) );
182       R( a, b, c, d, e, F2, K2, M(30) );
183       R( e, a, b, c, d, F2, K2, M(31) );
184       R( d, e, a, b, c, F2, K2, M(32) );
185       R( c, d, e, a, b, F2, K2, M(33) );
186       R( b, c, d, e, a, F2, K2, M(34) );
187       R( a, b, c, d, e, F2, K2, M(35) );
188       R( e, a, b, c, d, F2, K2, M(36) );
189       R( d, e, a, b, c, F2, K2, M(37) );
190       R( c, d, e, a, b, F2, K2, M(38) );
191       R( b, c, d, e, a, F2, K2, M(39) );
192       R( a, b, c, d, e, F3, K3, M(40) );
193       R( e, a, b, c, d, F3, K3, M(41) );
194       R( d, e, a, b, c, F3, K3, M(42) );
195       R( c, d, e, a, b, F3, K3, M(43) );
196       R( b, c, d, e, a, F3, K3, M(44) );
197       R( a, b, c, d, e, F3, K3, M(45) );
198       R( e, a, b, c, d, F3, K3, M(46) );
199       R( d, e, a, b, c, F3, K3, M(47) );
200       R( c, d, e, a, b, F3, K3, M(48) );
201       R( b, c, d, e, a, F3, K3, M(49) );
202       R( a, b, c, d, e, F3, K3, M(50) );
203       R( e, a, b, c, d, F3, K3, M(51) );
204       R( d, e, a, b, c, F3, K3, M(52) );
205       R( c, d, e, a, b, F3, K3, M(53) );
206       R( b, c, d, e, a, F3, K3, M(54) );
207       R( a, b, c, d, e, F3, K3, M(55) );
208       R( e, a, b, c, d, F3, K3, M(56) );
209       R( d, e, a, b, c, F3, K3, M(57) );
210       R( c, d, e, a, b, F3, K3, M(58) );
211       R( b, c, d, e, a, F3, K3, M(59) );
212       R( a, b, c, d, e, F4, K4, M(60) );
213       R( e, a, b, c, d, F4, K4, M(61) );
214       R( d, e, a, b, c, F4, K4, M(62) );
215       R( c, d, e, a, b, F4, K4, M(63) );
216       R( b, c, d, e, a, F4, K4, M(64) );
217       R( a, b, c, d, e, F4, K4, M(65) );
218       R( e, a, b, c, d, F4, K4, M(66) );
219       R( d, e, a, b, c, F4, K4, M(67) );
220       R( c, d, e, a, b, F4, K4, M(68) );
221       R( b, c, d, e, a, F4, K4, M(69) );
222       R( a, b, c, d, e, F4, K4, M(70) );
223       R( e, a, b, c, d, F4, K4, M(71) );
224       R( d, e, a, b, c, F4, K4, M(72) );
225       R( c, d, e, a, b, F4, K4, M(73) );
226       R( b, c, d, e, a, F4, K4, M(74) );
227       R( a, b, c, d, e, F4, K4, M(75) );
228       R( e, a, b, c, d, F4, K4, M(76) );
229       R( d, e, a, b, c, F4, K4, M(77) );
230       R( c, d, e, a, b, F4, K4, M(78) );
231       R( b, c, d, e, a, F4, K4, M(79) );
232
233       /* Update the chaining variables. */
234       hd->h0 += a;
235       hd->h1 += b;
236       hd->h2 += c;
237       hd->h3 += d;
238       hd->h4 += e;
239     }
240 }
241
242
243 #ifdef WORDS_BIGENDIAN
244 /*
245  * Transform NBLOCKS of each 64 bytes (16 32-bit words) at DATA.  This
246  * version requires that DATA is aligned on a u32 boundary.  Note that
247  * we can do this only on big endian machines because we need to sawp
248  * bytes on little endian anyway.
249  */
250 static void
251 transform_aligned (SHA1_CONTEXT *hd, const unsigned char *data, size_t nblocks)
252 {
253   register u32 a, b, c, d, e; /* Local copies of the chaining variables.  */
254   register u32 tm;            /* Helper.  */
255   const u32 *x;               /* 32 bit pointer we use for processing.  */
256   
257   x = (const u32*)data;
258
259   /* Loop over all blocks.  */
260   for ( ;nblocks; nblocks--, x += 16)
261     {
262       /* Get the values of the chaining variables. */
263       a = hd->h0;
264       b = hd->h1;
265       c = hd->h2;
266       d = hd->h3;
267       e = hd->h4;
268       
269       /* Transform.  */
270       R( a, b, c, d, e, F1, K1, x[ 0] );
271       R( e, a, b, c, d, F1, K1, x[ 1] );
272       R( d, e, a, b, c, F1, K1, x[ 2] );
273       R( c, d, e, a, b, F1, K1, x[ 3] );
274       R( b, c, d, e, a, F1, K1, x[ 4] );
275       R( a, b, c, d, e, F1, K1, x[ 5] );
276       R( e, a, b, c, d, F1, K1, x[ 6] );
277       R( d, e, a, b, c, F1, K1, x[ 7] );
278       R( c, d, e, a, b, F1, K1, x[ 8] );
279       R( b, c, d, e, a, F1, K1, x[ 9] );
280       R( a, b, c, d, e, F1, K1, x[10] );
281       R( e, a, b, c, d, F1, K1, x[11] );
282       R( d, e, a, b, c, F1, K1, x[12] );
283       R( c, d, e, a, b, F1, K1, x[13] );
284       R( b, c, d, e, a, F1, K1, x[14] );
285       R( a, b, c, d, e, F1, K1, x[15] );
286       R( e, a, b, c, d, F1, K1, M(16) );
287       R( d, e, a, b, c, F1, K1, M(17) );
288       R( c, d, e, a, b, F1, K1, M(18) );
289       R( b, c, d, e, a, F1, K1, M(19) );
290       R( a, b, c, d, e, F2, K2, M(20) );
291       R( e, a, b, c, d, F2, K2, M(21) );
292       R( d, e, a, b, c, F2, K2, M(22) );
293       R( c, d, e, a, b, F2, K2, M(23) );
294       R( b, c, d, e, a, F2, K2, M(24) );
295       R( a, b, c, d, e, F2, K2, M(25) );
296       R( e, a, b, c, d, F2, K2, M(26) );
297       R( d, e, a, b, c, F2, K2, M(27) );
298       R( c, d, e, a, b, F2, K2, M(28) );
299       R( b, c, d, e, a, F2, K2, M(29) );
300       R( a, b, c, d, e, F2, K2, M(30) );
301       R( e, a, b, c, d, F2, K2, M(31) );
302       R( d, e, a, b, c, F2, K2, M(32) );
303       R( c, d, e, a, b, F2, K2, M(33) );
304       R( b, c, d, e, a, F2, K2, M(34) );
305       R( a, b, c, d, e, F2, K2, M(35) );
306       R( e, a, b, c, d, F2, K2, M(36) );
307       R( d, e, a, b, c, F2, K2, M(37) );
308       R( c, d, e, a, b, F2, K2, M(38) );
309       R( b, c, d, e, a, F2, K2, M(39) );
310       R( a, b, c, d, e, F3, K3, M(40) );
311       R( e, a, b, c, d, F3, K3, M(41) );
312       R( d, e, a, b, c, F3, K3, M(42) );
313       R( c, d, e, a, b, F3, K3, M(43) );
314       R( b, c, d, e, a, F3, K3, M(44) );
315       R( a, b, c, d, e, F3, K3, M(45) );
316       R( e, a, b, c, d, F3, K3, M(46) );
317       R( d, e, a, b, c, F3, K3, M(47) );
318       R( c, d, e, a, b, F3, K3, M(48) );
319       R( b, c, d, e, a, F3, K3, M(49) );
320       R( a, b, c, d, e, F3, K3, M(50) );
321       R( e, a, b, c, d, F3, K3, M(51) );
322       R( d, e, a, b, c, F3, K3, M(52) );
323       R( c, d, e, a, b, F3, K3, M(53) );
324       R( b, c, d, e, a, F3, K3, M(54) );
325       R( a, b, c, d, e, F3, K3, M(55) );
326       R( e, a, b, c, d, F3, K3, M(56) );
327       R( d, e, a, b, c, F3, K3, M(57) );
328       R( c, d, e, a, b, F3, K3, M(58) );
329       R( b, c, d, e, a, F3, K3, M(59) );
330       R( a, b, c, d, e, F4, K4, M(60) );
331       R( e, a, b, c, d, F4, K4, M(61) );
332       R( d, e, a, b, c, F4, K4, M(62) );
333       R( c, d, e, a, b, F4, K4, M(63) );
334       R( b, c, d, e, a, F4, K4, M(64) );
335       R( a, b, c, d, e, F4, K4, M(65) );
336       R( e, a, b, c, d, F4, K4, M(66) );
337       R( d, e, a, b, c, F4, K4, M(67) );
338       R( c, d, e, a, b, F4, K4, M(68) );
339       R( b, c, d, e, a, F4, K4, M(69) );
340       R( a, b, c, d, e, F4, K4, M(70) );
341       R( e, a, b, c, d, F4, K4, M(71) );
342       R( d, e, a, b, c, F4, K4, M(72) );
343       R( c, d, e, a, b, F4, K4, M(73) );
344       R( b, c, d, e, a, F4, K4, M(74) );
345       R( a, b, c, d, e, F4, K4, M(75) );
346       R( e, a, b, c, d, F4, K4, M(76) );
347       R( d, e, a, b, c, F4, K4, M(77) );
348       R( c, d, e, a, b, F4, K4, M(78) );
349       R( b, c, d, e, a, F4, K4, M(79) );
350
351       /* Update the chaining variables. */
352       hd->h0 += a;
353       hd->h1 += b;
354       hd->h2 += c;
355       hd->h3 += d;
356       hd->h4 += e;
357     }
358 }
359 #endif /* WORDS_BIGENDIAN */
360
361
362 /* Update the message digest with the contents
363  * of INBUF with length INLEN.
364  */
365 static void
366 sha1_write( void *context, const void *inbuf_arg, size_t inlen)
367 {
368   const unsigned char *inbuf = inbuf_arg;
369   SHA1_CONTEXT *hd = context;
370   size_t nblocks;
371
372   if (hd->count == 64)  /* Flush the buffer. */
373     {
374       TRANSFORM( hd, hd->buf, 1 );
375       _gcry_burn_stack (88+4*sizeof(void*));
376       hd->count = 0;
377       hd->nblocks++;
378     }
379   if (!inbuf)
380     return;
381
382   if (hd->count)
383     {
384       for (; inlen && hd->count < 64; inlen--)
385         hd->buf[hd->count++] = *inbuf++;
386       sha1_write (hd, NULL, 0);
387       if (!inlen)
388         return;
389     }
390
391   nblocks = inlen / 64;
392   if (nblocks)
393     {
394       TRANSFORM (hd, inbuf, nblocks);
395       hd->count = 0;
396       hd->nblocks += nblocks;
397       inlen -= nblocks * 64;
398       inbuf += nblocks * 64;
399     }
400   _gcry_burn_stack (88+4*sizeof(void*));
401
402   /* Save remaining bytes.  */
403   for (; inlen && hd->count < 64; inlen--)
404     hd->buf[hd->count++] = *inbuf++;
405 }
406
407
408 /* The routine final terminates the computation and
409  * returns the digest.
410  * The handle is prepared for a new cycle, but adding bytes to the
411  * handle will the destroy the returned buffer.
412  * Returns: 20 bytes representing the digest.
413  */
414
415 static void
416 sha1_final(void *context)
417 {
418   SHA1_CONTEXT *hd = context;
419   
420   u32 t, msb, lsb;
421   unsigned char *p;
422
423   sha1_write(hd, NULL, 0); /* flush */;
424
425   t = hd->nblocks;
426   /* multiply by 64 to make a byte count */
427   lsb = t << 6;
428   msb = t >> 26;
429   /* add the count */
430   t = lsb;
431   if( (lsb += hd->count) < t )
432     msb++;
433   /* multiply by 8 to make a bit count */
434   t = lsb;
435   lsb <<= 3;
436   msb <<= 3;
437   msb |= t >> 29;
438
439   if( hd->count < 56 )  /* enough room */
440     {
441       hd->buf[hd->count++] = 0x80; /* pad */
442       while( hd->count < 56 )
443         hd->buf[hd->count++] = 0;  /* pad */
444     }
445   else  /* need one extra block */
446     {
447       hd->buf[hd->count++] = 0x80; /* pad character */
448       while( hd->count < 64 )
449         hd->buf[hd->count++] = 0;
450       sha1_write(hd, NULL, 0);  /* flush */;
451       memset(hd->buf, 0, 56 ); /* fill next block with zeroes */
452     }
453   /* append the 64 bit count */
454   hd->buf[56] = msb >> 24;
455   hd->buf[57] = msb >> 16;
456   hd->buf[58] = msb >>  8;
457   hd->buf[59] = msb        ;
458   hd->buf[60] = lsb >> 24;
459   hd->buf[61] = lsb >> 16;
460   hd->buf[62] = lsb >>  8;
461   hd->buf[63] = lsb        ;
462   TRANSFORM( hd, hd->buf, 1 );
463   _gcry_burn_stack (88+4*sizeof(void*));
464
465   p = hd->buf;
466 #ifdef WORDS_BIGENDIAN
467 #define X(a) do { *(u32*)p = hd->h##a ; p += 4; } while(0)
468 #else /* little endian */
469 #define X(a) do { *p++ = hd->h##a >> 24; *p++ = hd->h##a >> 16;  \
470                   *p++ = hd->h##a >> 8; *p++ = hd->h##a; } while(0)
471 #endif
472   X(0);
473   X(1);
474   X(2);
475   X(3);
476   X(4);
477 #undef X
478
479 }
480
481 static unsigned char *
482 sha1_read( void *context )
483 {
484   SHA1_CONTEXT *hd = context;
485
486   return hd->buf;
487 }
488
489 /****************
490  * Shortcut functions which puts the hash value of the supplied buffer
491  * into outbuf which must have a size of 20 bytes.
492  */
493 void
494 _gcry_sha1_hash_buffer (void *outbuf, const void *buffer, size_t length)
495 {
496   SHA1_CONTEXT hd;
497
498   sha1_init (&hd);
499   sha1_write (&hd, buffer, length);
500   sha1_final (&hd);
501   memcpy (outbuf, hd.buf, 20);
502 }
503
504
505 static unsigned char asn[15] = /* Object ID is 1.3.14.3.2.26 */
506   { 0x30, 0x21, 0x30, 0x09, 0x06, 0x05, 0x2b, 0x0e, 0x03,
507     0x02, 0x1a, 0x05, 0x00, 0x04, 0x14 };
508
509 static gcry_md_oid_spec_t oid_spec_sha1[] =
510   {
511     /* iso.member-body.us.rsadsi.pkcs.pkcs-1.5 (sha1WithRSAEncryption) */
512     { "1.2.840.113549.1.1.5" },
513     /* iso.member-body.us.x9-57.x9cm.3 (dsaWithSha1)*/
514     { "1.2.840.10040.4.3" },
515     /* from NIST's OIW  (sha1) */
516     { "1.3.14.3.2.26" },
517     /* from NIST OIW (sha-1WithRSAEncryption) */
518     { "1.3.14.3.2.29" },
519     /* iso.member-body.us.ansi-x9-62.signatures.ecdsa-with-sha1 */
520     { "1.2.840.10045.4.1" },
521     { NULL },
522   };
523
524 gcry_md_spec_t _gcry_digest_spec_sha1 =
525   {
526     "SHA1", asn, DIM (asn), oid_spec_sha1, 20,
527     sha1_init, sha1_write, sha1_final, sha1_read,
528     sizeof (SHA1_CONTEXT)
529   };