Made Arcfour work
[libgcrypt.git] / cipher / twofish.c
1 /* Twofish for GPG
2  * By Matthew Skala <mskala@ansuz.sooke.bc.ca>, July 26, 1998
3  * 256-bit key length added March 20, 1999
4  * Some modifications to reduce the text size by Werner Koch, April, 1998
5  *
6  * The original author has disclaimed all copyright interest in this
7  * code and thus putting it in the public domain.
8  *
9  * This code is a "clean room" implementation, written from the paper
10  * _Twofish: A 128-Bit Block Cipher_ by Bruce Schneier, John Kelsey,
11  * Doug Whiting, David Wagner, Chris Hall, and Niels Ferguson, available
12  * through http://www.counterpane.com/twofish.html
13  *
14  * For background information on multiplication in finite fields, used for
15  * the matrix operations in the key schedule, see the book _Contemporary
16  * Abstract Algebra_ by Joseph A. Gallian, especially chapter 22 in the
17  * Third Edition.
18  *
19  * Only the 128- and 256-bit key sizes are supported.  This code is intended
20  * for GNU C on a 32-bit system, but it should work almost anywhere.  Loops
21  * are unrolled, precomputation tables are used, etc., for maximum speed at
22  * some cost in memory consumption. */
23 \f
24 #include <config.h>
25 #include <stdio.h>
26 #include <stdlib.h>
27 #include <string.h> /* for memcmp() */
28
29 #include "types.h"  /* for byte and u32 typedefs */
30 #include "g10lib.h"
31 #include "dynload.h"
32
33
34 /* Prototype for the self-test function. */
35 static const char *selftest(void);
36
37 /* Structure for an expanded Twofish key.  s contains the key-dependent
38  * S-boxes composed with the MDS matrix; w contains the eight "whitening"
39  * subkeys, K[0] through K[7].  k holds the remaining, "round" subkeys.  Note
40  * that k[i] corresponds to what the Twofish paper calls K[i+8]. */
41 typedef struct {
42    u32 s[4][256], w[8], k[32];
43 } TWOFISH_context;
44 \f
45 /* These two tables are the q0 and q1 permutations, exactly as described in
46  * the Twofish paper. */
47
48 static const byte q0[256] = {
49    0xA9, 0x67, 0xB3, 0xE8, 0x04, 0xFD, 0xA3, 0x76, 0x9A, 0x92, 0x80, 0x78,
50    0xE4, 0xDD, 0xD1, 0x38, 0x0D, 0xC6, 0x35, 0x98, 0x18, 0xF7, 0xEC, 0x6C,
51    0x43, 0x75, 0x37, 0x26, 0xFA, 0x13, 0x94, 0x48, 0xF2, 0xD0, 0x8B, 0x30,
52    0x84, 0x54, 0xDF, 0x23, 0x19, 0x5B, 0x3D, 0x59, 0xF3, 0xAE, 0xA2, 0x82,
53    0x63, 0x01, 0x83, 0x2E, 0xD9, 0x51, 0x9B, 0x7C, 0xA6, 0xEB, 0xA5, 0xBE,
54    0x16, 0x0C, 0xE3, 0x61, 0xC0, 0x8C, 0x3A, 0xF5, 0x73, 0x2C, 0x25, 0x0B,
55    0xBB, 0x4E, 0x89, 0x6B, 0x53, 0x6A, 0xB4, 0xF1, 0xE1, 0xE6, 0xBD, 0x45,
56    0xE2, 0xF4, 0xB6, 0x66, 0xCC, 0x95, 0x03, 0x56, 0xD4, 0x1C, 0x1E, 0xD7,
57    0xFB, 0xC3, 0x8E, 0xB5, 0xE9, 0xCF, 0xBF, 0xBA, 0xEA, 0x77, 0x39, 0xAF,
58    0x33, 0xC9, 0x62, 0x71, 0x81, 0x79, 0x09, 0xAD, 0x24, 0xCD, 0xF9, 0xD8,
59    0xE5, 0xC5, 0xB9, 0x4D, 0x44, 0x08, 0x86, 0xE7, 0xA1, 0x1D, 0xAA, 0xED,
60    0x06, 0x70, 0xB2, 0xD2, 0x41, 0x7B, 0xA0, 0x11, 0x31, 0xC2, 0x27, 0x90,
61    0x20, 0xF6, 0x60, 0xFF, 0x96, 0x5C, 0xB1, 0xAB, 0x9E, 0x9C, 0x52, 0x1B,
62    0x5F, 0x93, 0x0A, 0xEF, 0x91, 0x85, 0x49, 0xEE, 0x2D, 0x4F, 0x8F, 0x3B,
63    0x47, 0x87, 0x6D, 0x46, 0xD6, 0x3E, 0x69, 0x64, 0x2A, 0xCE, 0xCB, 0x2F,
64    0xFC, 0x97, 0x05, 0x7A, 0xAC, 0x7F, 0xD5, 0x1A, 0x4B, 0x0E, 0xA7, 0x5A,
65    0x28, 0x14, 0x3F, 0x29, 0x88, 0x3C, 0x4C, 0x02, 0xB8, 0xDA, 0xB0, 0x17,
66    0x55, 0x1F, 0x8A, 0x7D, 0x57, 0xC7, 0x8D, 0x74, 0xB7, 0xC4, 0x9F, 0x72,
67    0x7E, 0x15, 0x22, 0x12, 0x58, 0x07, 0x99, 0x34, 0x6E, 0x50, 0xDE, 0x68,
68    0x65, 0xBC, 0xDB, 0xF8, 0xC8, 0xA8, 0x2B, 0x40, 0xDC, 0xFE, 0x32, 0xA4,
69    0xCA, 0x10, 0x21, 0xF0, 0xD3, 0x5D, 0x0F, 0x00, 0x6F, 0x9D, 0x36, 0x42,
70    0x4A, 0x5E, 0xC1, 0xE0
71 };
72
73 static const byte q1[256] = {
74    0x75, 0xF3, 0xC6, 0xF4, 0xDB, 0x7B, 0xFB, 0xC8, 0x4A, 0xD3, 0xE6, 0x6B,
75    0x45, 0x7D, 0xE8, 0x4B, 0xD6, 0x32, 0xD8, 0xFD, 0x37, 0x71, 0xF1, 0xE1,
76    0x30, 0x0F, 0xF8, 0x1B, 0x87, 0xFA, 0x06, 0x3F, 0x5E, 0xBA, 0xAE, 0x5B,
77    0x8A, 0x00, 0xBC, 0x9D, 0x6D, 0xC1, 0xB1, 0x0E, 0x80, 0x5D, 0xD2, 0xD5,
78    0xA0, 0x84, 0x07, 0x14, 0xB5, 0x90, 0x2C, 0xA3, 0xB2, 0x73, 0x4C, 0x54,
79    0x92, 0x74, 0x36, 0x51, 0x38, 0xB0, 0xBD, 0x5A, 0xFC, 0x60, 0x62, 0x96,
80    0x6C, 0x42, 0xF7, 0x10, 0x7C, 0x28, 0x27, 0x8C, 0x13, 0x95, 0x9C, 0xC7,
81    0x24, 0x46, 0x3B, 0x70, 0xCA, 0xE3, 0x85, 0xCB, 0x11, 0xD0, 0x93, 0xB8,
82    0xA6, 0x83, 0x20, 0xFF, 0x9F, 0x77, 0xC3, 0xCC, 0x03, 0x6F, 0x08, 0xBF,
83    0x40, 0xE7, 0x2B, 0xE2, 0x79, 0x0C, 0xAA, 0x82, 0x41, 0x3A, 0xEA, 0xB9,
84    0xE4, 0x9A, 0xA4, 0x97, 0x7E, 0xDA, 0x7A, 0x17, 0x66, 0x94, 0xA1, 0x1D,
85    0x3D, 0xF0, 0xDE, 0xB3, 0x0B, 0x72, 0xA7, 0x1C, 0xEF, 0xD1, 0x53, 0x3E,
86    0x8F, 0x33, 0x26, 0x5F, 0xEC, 0x76, 0x2A, 0x49, 0x81, 0x88, 0xEE, 0x21,
87    0xC4, 0x1A, 0xEB, 0xD9, 0xC5, 0x39, 0x99, 0xCD, 0xAD, 0x31, 0x8B, 0x01,
88    0x18, 0x23, 0xDD, 0x1F, 0x4E, 0x2D, 0xF9, 0x48, 0x4F, 0xF2, 0x65, 0x8E,
89    0x78, 0x5C, 0x58, 0x19, 0x8D, 0xE5, 0x98, 0x57, 0x67, 0x7F, 0x05, 0x64,
90    0xAF, 0x63, 0xB6, 0xFE, 0xF5, 0xB7, 0x3C, 0xA5, 0xCE, 0xE9, 0x68, 0x44,
91    0xE0, 0x4D, 0x43, 0x69, 0x29, 0x2E, 0xAC, 0x15, 0x59, 0xA8, 0x0A, 0x9E,
92    0x6E, 0x47, 0xDF, 0x34, 0x35, 0x6A, 0xCF, 0xDC, 0x22, 0xC9, 0xC0, 0x9B,
93    0x89, 0xD4, 0xED, 0xAB, 0x12, 0xA2, 0x0D, 0x52, 0xBB, 0x02, 0x2F, 0xA9,
94    0xD7, 0x61, 0x1E, 0xB4, 0x50, 0x04, 0xF6, 0xC2, 0x16, 0x25, 0x86, 0x56,
95    0x55, 0x09, 0xBE, 0x91
96 };
97 \f
98 /* These MDS tables are actually tables of MDS composed with q0 and q1,
99  * because it is only ever used that way and we can save some time by
100  * precomputing.  Of course the main saving comes from precomputing the
101  * GF(2^8) multiplication involved in the MDS matrix multiply; by looking
102  * things up in these tables we reduce the matrix multiply to four lookups
103  * and three XORs.  Semi-formally, the definition of these tables is:
104  * mds[0][i] = MDS (q1[i] 0 0 0)^T  mds[1][i] = MDS (0 q0[i] 0 0)^T
105  * mds[2][i] = MDS (0 0 q1[i] 0)^T  mds[3][i] = MDS (0 0 0 q0[i])^T
106  * where ^T means "transpose", the matrix multiply is performed in GF(2^8)
107  * represented as GF(2)[x]/v(x) where v(x)=x^8+x^6+x^5+x^3+1 as described
108  * by Schneier et al, and I'm casually glossing over the byte/word
109  * conversion issues. */
110
111 static const u32 mds[4][256] = {
112    {0xBCBC3275, 0xECEC21F3, 0x202043C6, 0xB3B3C9F4, 0xDADA03DB, 0x02028B7B,
113     0xE2E22BFB, 0x9E9EFAC8, 0xC9C9EC4A, 0xD4D409D3, 0x18186BE6, 0x1E1E9F6B,
114     0x98980E45, 0xB2B2387D, 0xA6A6D2E8, 0x2626B74B, 0x3C3C57D6, 0x93938A32,
115     0x8282EED8, 0x525298FD, 0x7B7BD437, 0xBBBB3771, 0x5B5B97F1, 0x474783E1,
116     0x24243C30, 0x5151E20F, 0xBABAC6F8, 0x4A4AF31B, 0xBFBF4887, 0x0D0D70FA,
117     0xB0B0B306, 0x7575DE3F, 0xD2D2FD5E, 0x7D7D20BA, 0x666631AE, 0x3A3AA35B,
118     0x59591C8A, 0x00000000, 0xCDCD93BC, 0x1A1AE09D, 0xAEAE2C6D, 0x7F7FABC1,
119     0x2B2BC7B1, 0xBEBEB90E, 0xE0E0A080, 0x8A8A105D, 0x3B3B52D2, 0x6464BAD5,
120     0xD8D888A0, 0xE7E7A584, 0x5F5FE807, 0x1B1B1114, 0x2C2CC2B5, 0xFCFCB490,
121     0x3131272C, 0x808065A3, 0x73732AB2, 0x0C0C8173, 0x79795F4C, 0x6B6B4154,
122     0x4B4B0292, 0x53536974, 0x94948F36, 0x83831F51, 0x2A2A3638, 0xC4C49CB0,
123     0x2222C8BD, 0xD5D5F85A, 0xBDBDC3FC, 0x48487860, 0xFFFFCE62, 0x4C4C0796,
124     0x4141776C, 0xC7C7E642, 0xEBEB24F7, 0x1C1C1410, 0x5D5D637C, 0x36362228,
125     0x6767C027, 0xE9E9AF8C, 0x4444F913, 0x1414EA95, 0xF5F5BB9C, 0xCFCF18C7,
126     0x3F3F2D24, 0xC0C0E346, 0x7272DB3B, 0x54546C70, 0x29294CCA, 0xF0F035E3,
127     0x0808FE85, 0xC6C617CB, 0xF3F34F11, 0x8C8CE4D0, 0xA4A45993, 0xCACA96B8,
128     0x68683BA6, 0xB8B84D83, 0x38382820, 0xE5E52EFF, 0xADAD569F, 0x0B0B8477,
129     0xC8C81DC3, 0x9999FFCC, 0x5858ED03, 0x19199A6F, 0x0E0E0A08, 0x95957EBF,
130     0x70705040, 0xF7F730E7, 0x6E6ECF2B, 0x1F1F6EE2, 0xB5B53D79, 0x09090F0C,
131     0x616134AA, 0x57571682, 0x9F9F0B41, 0x9D9D803A, 0x111164EA, 0x2525CDB9,
132     0xAFAFDDE4, 0x4545089A, 0xDFDF8DA4, 0xA3A35C97, 0xEAEAD57E, 0x353558DA,
133     0xEDEDD07A, 0x4343FC17, 0xF8F8CB66, 0xFBFBB194, 0x3737D3A1, 0xFAFA401D,
134     0xC2C2683D, 0xB4B4CCF0, 0x32325DDE, 0x9C9C71B3, 0x5656E70B, 0xE3E3DA72,
135     0x878760A7, 0x15151B1C, 0xF9F93AEF, 0x6363BFD1, 0x3434A953, 0x9A9A853E,
136     0xB1B1428F, 0x7C7CD133, 0x88889B26, 0x3D3DA65F, 0xA1A1D7EC, 0xE4E4DF76,
137     0x8181942A, 0x91910149, 0x0F0FFB81, 0xEEEEAA88, 0x161661EE, 0xD7D77321,
138     0x9797F5C4, 0xA5A5A81A, 0xFEFE3FEB, 0x6D6DB5D9, 0x7878AEC5, 0xC5C56D39,
139     0x1D1DE599, 0x7676A4CD, 0x3E3EDCAD, 0xCBCB6731, 0xB6B6478B, 0xEFEF5B01,
140     0x12121E18, 0x6060C523, 0x6A6AB0DD, 0x4D4DF61F, 0xCECEE94E, 0xDEDE7C2D,
141     0x55559DF9, 0x7E7E5A48, 0x2121B24F, 0x03037AF2, 0xA0A02665, 0x5E5E198E,
142     0x5A5A6678, 0x65654B5C, 0x62624E58, 0xFDFD4519, 0x0606F48D, 0x404086E5,
143     0xF2F2BE98, 0x3333AC57, 0x17179067, 0x05058E7F, 0xE8E85E05, 0x4F4F7D64,
144     0x89896AAF, 0x10109563, 0x74742FB6, 0x0A0A75FE, 0x5C5C92F5, 0x9B9B74B7,
145     0x2D2D333C, 0x3030D6A5, 0x2E2E49CE, 0x494989E9, 0x46467268, 0x77775544,
146     0xA8A8D8E0, 0x9696044D, 0x2828BD43, 0xA9A92969, 0xD9D97929, 0x8686912E,
147     0xD1D187AC, 0xF4F44A15, 0x8D8D1559, 0xD6D682A8, 0xB9B9BC0A, 0x42420D9E,
148     0xF6F6C16E, 0x2F2FB847, 0xDDDD06DF, 0x23233934, 0xCCCC6235, 0xF1F1C46A,
149     0xC1C112CF, 0x8585EBDC, 0x8F8F9E22, 0x7171A1C9, 0x9090F0C0, 0xAAAA539B,
150     0x0101F189, 0x8B8BE1D4, 0x4E4E8CED, 0x8E8E6FAB, 0xABABA212, 0x6F6F3EA2,
151     0xE6E6540D, 0xDBDBF252, 0x92927BBB, 0xB7B7B602, 0x6969CA2F, 0x3939D9A9,
152     0xD3D30CD7, 0xA7A72361, 0xA2A2AD1E, 0xC3C399B4, 0x6C6C4450, 0x07070504,
153     0x04047FF6, 0x272746C2, 0xACACA716, 0xD0D07625, 0x50501386, 0xDCDCF756,
154     0x84841A55, 0xE1E15109, 0x7A7A25BE, 0x1313EF91},
155
156    {0xA9D93939, 0x67901717, 0xB3719C9C, 0xE8D2A6A6, 0x04050707, 0xFD985252,
157     0xA3658080, 0x76DFE4E4, 0x9A084545, 0x92024B4B, 0x80A0E0E0, 0x78665A5A,
158     0xE4DDAFAF, 0xDDB06A6A, 0xD1BF6363, 0x38362A2A, 0x0D54E6E6, 0xC6432020,
159     0x3562CCCC, 0x98BEF2F2, 0x181E1212, 0xF724EBEB, 0xECD7A1A1, 0x6C774141,
160     0x43BD2828, 0x7532BCBC, 0x37D47B7B, 0x269B8888, 0xFA700D0D, 0x13F94444,
161     0x94B1FBFB, 0x485A7E7E, 0xF27A0303, 0xD0E48C8C, 0x8B47B6B6, 0x303C2424,
162     0x84A5E7E7, 0x54416B6B, 0xDF06DDDD, 0x23C56060, 0x1945FDFD, 0x5BA33A3A,
163     0x3D68C2C2, 0x59158D8D, 0xF321ECEC, 0xAE316666, 0xA23E6F6F, 0x82165757,
164     0x63951010, 0x015BEFEF, 0x834DB8B8, 0x2E918686, 0xD9B56D6D, 0x511F8383,
165     0x9B53AAAA, 0x7C635D5D, 0xA63B6868, 0xEB3FFEFE, 0xA5D63030, 0xBE257A7A,
166     0x16A7ACAC, 0x0C0F0909, 0xE335F0F0, 0x6123A7A7, 0xC0F09090, 0x8CAFE9E9,
167     0x3A809D9D, 0xF5925C5C, 0x73810C0C, 0x2C273131, 0x2576D0D0, 0x0BE75656,
168     0xBB7B9292, 0x4EE9CECE, 0x89F10101, 0x6B9F1E1E, 0x53A93434, 0x6AC4F1F1,
169     0xB499C3C3, 0xF1975B5B, 0xE1834747, 0xE66B1818, 0xBDC82222, 0x450E9898,
170     0xE26E1F1F, 0xF4C9B3B3, 0xB62F7474, 0x66CBF8F8, 0xCCFF9999, 0x95EA1414,
171     0x03ED5858, 0x56F7DCDC, 0xD4E18B8B, 0x1C1B1515, 0x1EADA2A2, 0xD70CD3D3,
172     0xFB2BE2E2, 0xC31DC8C8, 0x8E195E5E, 0xB5C22C2C, 0xE9894949, 0xCF12C1C1,
173     0xBF7E9595, 0xBA207D7D, 0xEA641111, 0x77840B0B, 0x396DC5C5, 0xAF6A8989,
174     0x33D17C7C, 0xC9A17171, 0x62CEFFFF, 0x7137BBBB, 0x81FB0F0F, 0x793DB5B5,
175     0x0951E1E1, 0xADDC3E3E, 0x242D3F3F, 0xCDA47676, 0xF99D5555, 0xD8EE8282,
176     0xE5864040, 0xC5AE7878, 0xB9CD2525, 0x4D049696, 0x44557777, 0x080A0E0E,
177     0x86135050, 0xE730F7F7, 0xA1D33737, 0x1D40FAFA, 0xAA346161, 0xED8C4E4E,
178     0x06B3B0B0, 0x706C5454, 0xB22A7373, 0xD2523B3B, 0x410B9F9F, 0x7B8B0202,
179     0xA088D8D8, 0x114FF3F3, 0x3167CBCB, 0xC2462727, 0x27C06767, 0x90B4FCFC,
180     0x20283838, 0xF67F0404, 0x60784848, 0xFF2EE5E5, 0x96074C4C, 0x5C4B6565,
181     0xB1C72B2B, 0xAB6F8E8E, 0x9E0D4242, 0x9CBBF5F5, 0x52F2DBDB, 0x1BF34A4A,
182     0x5FA63D3D, 0x9359A4A4, 0x0ABCB9B9, 0xEF3AF9F9, 0x91EF1313, 0x85FE0808,
183     0x49019191, 0xEE611616, 0x2D7CDEDE, 0x4FB22121, 0x8F42B1B1, 0x3BDB7272,
184     0x47B82F2F, 0x8748BFBF, 0x6D2CAEAE, 0x46E3C0C0, 0xD6573C3C, 0x3E859A9A,
185     0x6929A9A9, 0x647D4F4F, 0x2A948181, 0xCE492E2E, 0xCB17C6C6, 0x2FCA6969,
186     0xFCC3BDBD, 0x975CA3A3, 0x055EE8E8, 0x7AD0EDED, 0xAC87D1D1, 0x7F8E0505,
187     0xD5BA6464, 0x1AA8A5A5, 0x4BB72626, 0x0EB9BEBE, 0xA7608787, 0x5AF8D5D5,
188     0x28223636, 0x14111B1B, 0x3FDE7575, 0x2979D9D9, 0x88AAEEEE, 0x3C332D2D,
189     0x4C5F7979, 0x02B6B7B7, 0xB896CACA, 0xDA583535, 0xB09CC4C4, 0x17FC4343,
190     0x551A8484, 0x1FF64D4D, 0x8A1C5959, 0x7D38B2B2, 0x57AC3333, 0xC718CFCF,
191     0x8DF40606, 0x74695353, 0xB7749B9B, 0xC4F59797, 0x9F56ADAD, 0x72DAE3E3,
192     0x7ED5EAEA, 0x154AF4F4, 0x229E8F8F, 0x12A2ABAB, 0x584E6262, 0x07E85F5F,
193     0x99E51D1D, 0x34392323, 0x6EC1F6F6, 0x50446C6C, 0xDE5D3232, 0x68724646,
194     0x6526A0A0, 0xBC93CDCD, 0xDB03DADA, 0xF8C6BABA, 0xC8FA9E9E, 0xA882D6D6,
195     0x2BCF6E6E, 0x40507070, 0xDCEB8585, 0xFE750A0A, 0x328A9393, 0xA48DDFDF,
196     0xCA4C2929, 0x10141C1C, 0x2173D7D7, 0xF0CCB4B4, 0xD309D4D4, 0x5D108A8A,
197     0x0FE25151, 0x00000000, 0x6F9A1919, 0x9DE01A1A, 0x368F9494, 0x42E6C7C7,
198     0x4AECC9C9, 0x5EFDD2D2, 0xC1AB7F7F, 0xE0D8A8A8},
199
200    {0xBC75BC32, 0xECF3EC21, 0x20C62043, 0xB3F4B3C9, 0xDADBDA03, 0x027B028B,
201     0xE2FBE22B, 0x9EC89EFA, 0xC94AC9EC, 0xD4D3D409, 0x18E6186B, 0x1E6B1E9F,
202     0x9845980E, 0xB27DB238, 0xA6E8A6D2, 0x264B26B7, 0x3CD63C57, 0x9332938A,
203     0x82D882EE, 0x52FD5298, 0x7B377BD4, 0xBB71BB37, 0x5BF15B97, 0x47E14783,
204     0x2430243C, 0x510F51E2, 0xBAF8BAC6, 0x4A1B4AF3, 0xBF87BF48, 0x0DFA0D70,
205     0xB006B0B3, 0x753F75DE, 0xD25ED2FD, 0x7DBA7D20, 0x66AE6631, 0x3A5B3AA3,
206     0x598A591C, 0x00000000, 0xCDBCCD93, 0x1A9D1AE0, 0xAE6DAE2C, 0x7FC17FAB,
207     0x2BB12BC7, 0xBE0EBEB9, 0xE080E0A0, 0x8A5D8A10, 0x3BD23B52, 0x64D564BA,
208     0xD8A0D888, 0xE784E7A5, 0x5F075FE8, 0x1B141B11, 0x2CB52CC2, 0xFC90FCB4,
209     0x312C3127, 0x80A38065, 0x73B2732A, 0x0C730C81, 0x794C795F, 0x6B546B41,
210     0x4B924B02, 0x53745369, 0x9436948F, 0x8351831F, 0x2A382A36, 0xC4B0C49C,
211     0x22BD22C8, 0xD55AD5F8, 0xBDFCBDC3, 0x48604878, 0xFF62FFCE, 0x4C964C07,
212     0x416C4177, 0xC742C7E6, 0xEBF7EB24, 0x1C101C14, 0x5D7C5D63, 0x36283622,
213     0x672767C0, 0xE98CE9AF, 0x441344F9, 0x149514EA, 0xF59CF5BB, 0xCFC7CF18,
214     0x3F243F2D, 0xC046C0E3, 0x723B72DB, 0x5470546C, 0x29CA294C, 0xF0E3F035,
215     0x088508FE, 0xC6CBC617, 0xF311F34F, 0x8CD08CE4, 0xA493A459, 0xCAB8CA96,
216     0x68A6683B, 0xB883B84D, 0x38203828, 0xE5FFE52E, 0xAD9FAD56, 0x0B770B84,
217     0xC8C3C81D, 0x99CC99FF, 0x580358ED, 0x196F199A, 0x0E080E0A, 0x95BF957E,
218     0x70407050, 0xF7E7F730, 0x6E2B6ECF, 0x1FE21F6E, 0xB579B53D, 0x090C090F,
219     0x61AA6134, 0x57825716, 0x9F419F0B, 0x9D3A9D80, 0x11EA1164, 0x25B925CD,
220     0xAFE4AFDD, 0x459A4508, 0xDFA4DF8D, 0xA397A35C, 0xEA7EEAD5, 0x35DA3558,
221     0xED7AEDD0, 0x431743FC, 0xF866F8CB, 0xFB94FBB1, 0x37A137D3, 0xFA1DFA40,
222     0xC23DC268, 0xB4F0B4CC, 0x32DE325D, 0x9CB39C71, 0x560B56E7, 0xE372E3DA,
223     0x87A78760, 0x151C151B, 0xF9EFF93A, 0x63D163BF, 0x345334A9, 0x9A3E9A85,
224     0xB18FB142, 0x7C337CD1, 0x8826889B, 0x3D5F3DA6, 0xA1ECA1D7, 0xE476E4DF,
225     0x812A8194, 0x91499101, 0x0F810FFB, 0xEE88EEAA, 0x16EE1661, 0xD721D773,
226     0x97C497F5, 0xA51AA5A8, 0xFEEBFE3F, 0x6DD96DB5, 0x78C578AE, 0xC539C56D,
227     0x1D991DE5, 0x76CD76A4, 0x3EAD3EDC, 0xCB31CB67, 0xB68BB647, 0xEF01EF5B,
228     0x1218121E, 0x602360C5, 0x6ADD6AB0, 0x4D1F4DF6, 0xCE4ECEE9, 0xDE2DDE7C,
229     0x55F9559D, 0x7E487E5A, 0x214F21B2, 0x03F2037A, 0xA065A026, 0x5E8E5E19,
230     0x5A785A66, 0x655C654B, 0x6258624E, 0xFD19FD45, 0x068D06F4, 0x40E54086,
231     0xF298F2BE, 0x335733AC, 0x17671790, 0x057F058E, 0xE805E85E, 0x4F644F7D,
232     0x89AF896A, 0x10631095, 0x74B6742F, 0x0AFE0A75, 0x5CF55C92, 0x9BB79B74,
233     0x2D3C2D33, 0x30A530D6, 0x2ECE2E49, 0x49E94989, 0x46684672, 0x77447755,
234     0xA8E0A8D8, 0x964D9604, 0x284328BD, 0xA969A929, 0xD929D979, 0x862E8691,
235     0xD1ACD187, 0xF415F44A, 0x8D598D15, 0xD6A8D682, 0xB90AB9BC, 0x429E420D,
236     0xF66EF6C1, 0x2F472FB8, 0xDDDFDD06, 0x23342339, 0xCC35CC62, 0xF16AF1C4,
237     0xC1CFC112, 0x85DC85EB, 0x8F228F9E, 0x71C971A1, 0x90C090F0, 0xAA9BAA53,
238     0x018901F1, 0x8BD48BE1, 0x4EED4E8C, 0x8EAB8E6F, 0xAB12ABA2, 0x6FA26F3E,
239     0xE60DE654, 0xDB52DBF2, 0x92BB927B, 0xB702B7B6, 0x692F69CA, 0x39A939D9,
240     0xD3D7D30C, 0xA761A723, 0xA21EA2AD, 0xC3B4C399, 0x6C506C44, 0x07040705,
241     0x04F6047F, 0x27C22746, 0xAC16ACA7, 0xD025D076, 0x50865013, 0xDC56DCF7,
242     0x8455841A, 0xE109E151, 0x7ABE7A25, 0x139113EF},
243
244    {0xD939A9D9, 0x90176790, 0x719CB371, 0xD2A6E8D2, 0x05070405, 0x9852FD98,
245     0x6580A365, 0xDFE476DF, 0x08459A08, 0x024B9202, 0xA0E080A0, 0x665A7866,
246     0xDDAFE4DD, 0xB06ADDB0, 0xBF63D1BF, 0x362A3836, 0x54E60D54, 0x4320C643,
247     0x62CC3562, 0xBEF298BE, 0x1E12181E, 0x24EBF724, 0xD7A1ECD7, 0x77416C77,
248     0xBD2843BD, 0x32BC7532, 0xD47B37D4, 0x9B88269B, 0x700DFA70, 0xF94413F9,
249     0xB1FB94B1, 0x5A7E485A, 0x7A03F27A, 0xE48CD0E4, 0x47B68B47, 0x3C24303C,
250     0xA5E784A5, 0x416B5441, 0x06DDDF06, 0xC56023C5, 0x45FD1945, 0xA33A5BA3,
251     0x68C23D68, 0x158D5915, 0x21ECF321, 0x3166AE31, 0x3E6FA23E, 0x16578216,
252     0x95106395, 0x5BEF015B, 0x4DB8834D, 0x91862E91, 0xB56DD9B5, 0x1F83511F,
253     0x53AA9B53, 0x635D7C63, 0x3B68A63B, 0x3FFEEB3F, 0xD630A5D6, 0x257ABE25,
254     0xA7AC16A7, 0x0F090C0F, 0x35F0E335, 0x23A76123, 0xF090C0F0, 0xAFE98CAF,
255     0x809D3A80, 0x925CF592, 0x810C7381, 0x27312C27, 0x76D02576, 0xE7560BE7,
256     0x7B92BB7B, 0xE9CE4EE9, 0xF10189F1, 0x9F1E6B9F, 0xA93453A9, 0xC4F16AC4,
257     0x99C3B499, 0x975BF197, 0x8347E183, 0x6B18E66B, 0xC822BDC8, 0x0E98450E,
258     0x6E1FE26E, 0xC9B3F4C9, 0x2F74B62F, 0xCBF866CB, 0xFF99CCFF, 0xEA1495EA,
259     0xED5803ED, 0xF7DC56F7, 0xE18BD4E1, 0x1B151C1B, 0xADA21EAD, 0x0CD3D70C,
260     0x2BE2FB2B, 0x1DC8C31D, 0x195E8E19, 0xC22CB5C2, 0x8949E989, 0x12C1CF12,
261     0x7E95BF7E, 0x207DBA20, 0x6411EA64, 0x840B7784, 0x6DC5396D, 0x6A89AF6A,
262     0xD17C33D1, 0xA171C9A1, 0xCEFF62CE, 0x37BB7137, 0xFB0F81FB, 0x3DB5793D,
263     0x51E10951, 0xDC3EADDC, 0x2D3F242D, 0xA476CDA4, 0x9D55F99D, 0xEE82D8EE,
264     0x8640E586, 0xAE78C5AE, 0xCD25B9CD, 0x04964D04, 0x55774455, 0x0A0E080A,
265     0x13508613, 0x30F7E730, 0xD337A1D3, 0x40FA1D40, 0x3461AA34, 0x8C4EED8C,
266     0xB3B006B3, 0x6C54706C, 0x2A73B22A, 0x523BD252, 0x0B9F410B, 0x8B027B8B,
267     0x88D8A088, 0x4FF3114F, 0x67CB3167, 0x4627C246, 0xC06727C0, 0xB4FC90B4,
268     0x28382028, 0x7F04F67F, 0x78486078, 0x2EE5FF2E, 0x074C9607, 0x4B655C4B,
269     0xC72BB1C7, 0x6F8EAB6F, 0x0D429E0D, 0xBBF59CBB, 0xF2DB52F2, 0xF34A1BF3,
270     0xA63D5FA6, 0x59A49359, 0xBCB90ABC, 0x3AF9EF3A, 0xEF1391EF, 0xFE0885FE,
271     0x01914901, 0x6116EE61, 0x7CDE2D7C, 0xB2214FB2, 0x42B18F42, 0xDB723BDB,
272     0xB82F47B8, 0x48BF8748, 0x2CAE6D2C, 0xE3C046E3, 0x573CD657, 0x859A3E85,
273     0x29A96929, 0x7D4F647D, 0x94812A94, 0x492ECE49, 0x17C6CB17, 0xCA692FCA,
274     0xC3BDFCC3, 0x5CA3975C, 0x5EE8055E, 0xD0ED7AD0, 0x87D1AC87, 0x8E057F8E,
275     0xBA64D5BA, 0xA8A51AA8, 0xB7264BB7, 0xB9BE0EB9, 0x6087A760, 0xF8D55AF8,
276     0x22362822, 0x111B1411, 0xDE753FDE, 0x79D92979, 0xAAEE88AA, 0x332D3C33,
277     0x5F794C5F, 0xB6B702B6, 0x96CAB896, 0x5835DA58, 0x9CC4B09C, 0xFC4317FC,
278     0x1A84551A, 0xF64D1FF6, 0x1C598A1C, 0x38B27D38, 0xAC3357AC, 0x18CFC718,
279     0xF4068DF4, 0x69537469, 0x749BB774, 0xF597C4F5, 0x56AD9F56, 0xDAE372DA,
280     0xD5EA7ED5, 0x4AF4154A, 0x9E8F229E, 0xA2AB12A2, 0x4E62584E, 0xE85F07E8,
281     0xE51D99E5, 0x39233439, 0xC1F66EC1, 0x446C5044, 0x5D32DE5D, 0x72466872,
282     0x26A06526, 0x93CDBC93, 0x03DADB03, 0xC6BAF8C6, 0xFA9EC8FA, 0x82D6A882,
283     0xCF6E2BCF, 0x50704050, 0xEB85DCEB, 0x750AFE75, 0x8A93328A, 0x8DDFA48D,
284     0x4C29CA4C, 0x141C1014, 0x73D72173, 0xCCB4F0CC, 0x09D4D309, 0x108A5D10,
285     0xE2510FE2, 0x00000000, 0x9A196F9A, 0xE01A9DE0, 0x8F94368F, 0xE6C742E6,
286     0xECC94AEC, 0xFDD25EFD, 0xAB7FC1AB, 0xD8A8E0D8}
287 };
288 \f
289 /* The exp_to_poly and poly_to_exp tables are used to perform efficient
290  * operations in GF(2^8) represented as GF(2)[x]/w(x) where
291  * w(x)=x^8+x^6+x^3+x^2+1.  We care about doing that because it's part of the
292  * definition of the RS matrix in the key schedule.  Elements of that field
293  * are polynomials of degree not greater than 7 and all coefficients 0 or 1,
294  * which can be represented naturally by bytes (just substitute x=2).  In that
295  * form, GF(2^8) addition is the same as bitwise XOR, but GF(2^8)
296  * multiplication is inefficient without hardware support.  To multiply
297  * faster, I make use of the fact x is a generator for the nonzero elements,
298  * so that every element p of GF(2)[x]/w(x) is either 0 or equal to (x)^n for
299  * some n in 0..254.  Note that that caret is exponentiation in GF(2^8),
300  * *not* polynomial notation.  So if I want to compute pq where p and q are
301  * in GF(2^8), I can just say:
302  *    1. if p=0 or q=0 then pq=0
303  *    2. otherwise, find m and n such that p=x^m and q=x^n
304  *    3. pq=(x^m)(x^n)=x^(m+n), so add m and n and find pq
305  * The translations in steps 2 and 3 are looked up in the tables
306  * poly_to_exp (for step 2) and exp_to_poly (for step 3).  To see this
307  * in action, look at the CALC_S macro.  As additional wrinkles, note that
308  * one of my operands is always a constant, so the poly_to_exp lookup on it
309  * is done in advance; I included the original values in the comments so
310  * readers can have some chance of recognizing that this *is* the RS matrix
311  * from the Twofish paper.  I've only included the table entries I actually
312  * need; I never do a lookup on a variable input of zero and the biggest
313  * exponents I'll ever see are 254 (variable) and 237 (constant), so they'll
314  * never sum to more than 491.  I'm repeating part of the exp_to_poly table
315  * so that I don't have to do mod-255 reduction in the exponent arithmetic.
316  * Since I know my constant operands are never zero, I only have to worry
317  * about zero values in the variable operand, and I do it with a simple
318  * conditional branch.  I know conditionals are expensive, but I couldn't
319  * see a non-horrible way of avoiding them, and I did manage to group the
320  * statements so that each if covers four group multiplications. */
321
322 static const byte poly_to_exp[255] = {
323    0x00, 0x01, 0x17, 0x02, 0x2E, 0x18, 0x53, 0x03, 0x6A, 0x2F, 0x93, 0x19,
324    0x34, 0x54, 0x45, 0x04, 0x5C, 0x6B, 0xB6, 0x30, 0xA6, 0x94, 0x4B, 0x1A,
325    0x8C, 0x35, 0x81, 0x55, 0xAA, 0x46, 0x0D, 0x05, 0x24, 0x5D, 0x87, 0x6C,
326    0x9B, 0xB7, 0xC1, 0x31, 0x2B, 0xA7, 0xA3, 0x95, 0x98, 0x4C, 0xCA, 0x1B,
327    0xE6, 0x8D, 0x73, 0x36, 0xCD, 0x82, 0x12, 0x56, 0x62, 0xAB, 0xF0, 0x47,
328    0x4F, 0x0E, 0xBD, 0x06, 0xD4, 0x25, 0xD2, 0x5E, 0x27, 0x88, 0x66, 0x6D,
329    0xD6, 0x9C, 0x79, 0xB8, 0x08, 0xC2, 0xDF, 0x32, 0x68, 0x2C, 0xFD, 0xA8,
330    0x8A, 0xA4, 0x5A, 0x96, 0x29, 0x99, 0x22, 0x4D, 0x60, 0xCB, 0xE4, 0x1C,
331    0x7B, 0xE7, 0x3B, 0x8E, 0x9E, 0x74, 0xF4, 0x37, 0xD8, 0xCE, 0xF9, 0x83,
332    0x6F, 0x13, 0xB2, 0x57, 0xE1, 0x63, 0xDC, 0xAC, 0xC4, 0xF1, 0xAF, 0x48,
333    0x0A, 0x50, 0x42, 0x0F, 0xBA, 0xBE, 0xC7, 0x07, 0xDE, 0xD5, 0x78, 0x26,
334    0x65, 0xD3, 0xD1, 0x5F, 0xE3, 0x28, 0x21, 0x89, 0x59, 0x67, 0xFC, 0x6E,
335    0xB1, 0xD7, 0xF8, 0x9D, 0xF3, 0x7A, 0x3A, 0xB9, 0xC6, 0x09, 0x41, 0xC3,
336    0xAE, 0xE0, 0xDB, 0x33, 0x44, 0x69, 0x92, 0x2D, 0x52, 0xFE, 0x16, 0xA9,
337    0x0C, 0x8B, 0x80, 0xA5, 0x4A, 0x5B, 0xB5, 0x97, 0xC9, 0x2A, 0xA2, 0x9A,
338    0xC0, 0x23, 0x86, 0x4E, 0xBC, 0x61, 0xEF, 0xCC, 0x11, 0xE5, 0x72, 0x1D,
339    0x3D, 0x7C, 0xEB, 0xE8, 0xE9, 0x3C, 0xEA, 0x8F, 0x7D, 0x9F, 0xEC, 0x75,
340    0x1E, 0xF5, 0x3E, 0x38, 0xF6, 0xD9, 0x3F, 0xCF, 0x76, 0xFA, 0x1F, 0x84,
341    0xA0, 0x70, 0xED, 0x14, 0x90, 0xB3, 0x7E, 0x58, 0xFB, 0xE2, 0x20, 0x64,
342    0xD0, 0xDD, 0x77, 0xAD, 0xDA, 0xC5, 0x40, 0xF2, 0x39, 0xB0, 0xF7, 0x49,
343    0xB4, 0x0B, 0x7F, 0x51, 0x15, 0x43, 0x91, 0x10, 0x71, 0xBB, 0xEE, 0xBF,
344    0x85, 0xC8, 0xA1
345 };
346
347 static const byte exp_to_poly[492] = {
348    0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80, 0x4D, 0x9A, 0x79, 0xF2,
349    0xA9, 0x1F, 0x3E, 0x7C, 0xF8, 0xBD, 0x37, 0x6E, 0xDC, 0xF5, 0xA7, 0x03,
350    0x06, 0x0C, 0x18, 0x30, 0x60, 0xC0, 0xCD, 0xD7, 0xE3, 0x8B, 0x5B, 0xB6,
351    0x21, 0x42, 0x84, 0x45, 0x8A, 0x59, 0xB2, 0x29, 0x52, 0xA4, 0x05, 0x0A,
352    0x14, 0x28, 0x50, 0xA0, 0x0D, 0x1A, 0x34, 0x68, 0xD0, 0xED, 0x97, 0x63,
353    0xC6, 0xC1, 0xCF, 0xD3, 0xEB, 0x9B, 0x7B, 0xF6, 0xA1, 0x0F, 0x1E, 0x3C,
354    0x78, 0xF0, 0xAD, 0x17, 0x2E, 0x5C, 0xB8, 0x3D, 0x7A, 0xF4, 0xA5, 0x07,
355    0x0E, 0x1C, 0x38, 0x70, 0xE0, 0x8D, 0x57, 0xAE, 0x11, 0x22, 0x44, 0x88,
356    0x5D, 0xBA, 0x39, 0x72, 0xE4, 0x85, 0x47, 0x8E, 0x51, 0xA2, 0x09, 0x12,
357    0x24, 0x48, 0x90, 0x6D, 0xDA, 0xF9, 0xBF, 0x33, 0x66, 0xCC, 0xD5, 0xE7,
358    0x83, 0x4B, 0x96, 0x61, 0xC2, 0xC9, 0xDF, 0xF3, 0xAB, 0x1B, 0x36, 0x6C,
359    0xD8, 0xFD, 0xB7, 0x23, 0x46, 0x8C, 0x55, 0xAA, 0x19, 0x32, 0x64, 0xC8,
360    0xDD, 0xF7, 0xA3, 0x0B, 0x16, 0x2C, 0x58, 0xB0, 0x2D, 0x5A, 0xB4, 0x25,
361    0x4A, 0x94, 0x65, 0xCA, 0xD9, 0xFF, 0xB3, 0x2B, 0x56, 0xAC, 0x15, 0x2A,
362    0x54, 0xA8, 0x1D, 0x3A, 0x74, 0xE8, 0x9D, 0x77, 0xEE, 0x91, 0x6F, 0xDE,
363    0xF1, 0xAF, 0x13, 0x26, 0x4C, 0x98, 0x7D, 0xFA, 0xB9, 0x3F, 0x7E, 0xFC,
364    0xB5, 0x27, 0x4E, 0x9C, 0x75, 0xEA, 0x99, 0x7F, 0xFE, 0xB1, 0x2F, 0x5E,
365    0xBC, 0x35, 0x6A, 0xD4, 0xE5, 0x87, 0x43, 0x86, 0x41, 0x82, 0x49, 0x92,
366    0x69, 0xD2, 0xE9, 0x9F, 0x73, 0xE6, 0x81, 0x4F, 0x9E, 0x71, 0xE2, 0x89,
367    0x5F, 0xBE, 0x31, 0x62, 0xC4, 0xC5, 0xC7, 0xC3, 0xCB, 0xDB, 0xFB, 0xBB,
368    0x3B, 0x76, 0xEC, 0x95, 0x67, 0xCE, 0xD1, 0xEF, 0x93, 0x6B, 0xD6, 0xE1,
369    0x8F, 0x53, 0xA6, 0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80, 0x4D,
370    0x9A, 0x79, 0xF2, 0xA9, 0x1F, 0x3E, 0x7C, 0xF8, 0xBD, 0x37, 0x6E, 0xDC,
371    0xF5, 0xA7, 0x03, 0x06, 0x0C, 0x18, 0x30, 0x60, 0xC0, 0xCD, 0xD7, 0xE3,
372    0x8B, 0x5B, 0xB6, 0x21, 0x42, 0x84, 0x45, 0x8A, 0x59, 0xB2, 0x29, 0x52,
373    0xA4, 0x05, 0x0A, 0x14, 0x28, 0x50, 0xA0, 0x0D, 0x1A, 0x34, 0x68, 0xD0,
374    0xED, 0x97, 0x63, 0xC6, 0xC1, 0xCF, 0xD3, 0xEB, 0x9B, 0x7B, 0xF6, 0xA1,
375    0x0F, 0x1E, 0x3C, 0x78, 0xF0, 0xAD, 0x17, 0x2E, 0x5C, 0xB8, 0x3D, 0x7A,
376    0xF4, 0xA5, 0x07, 0x0E, 0x1C, 0x38, 0x70, 0xE0, 0x8D, 0x57, 0xAE, 0x11,
377    0x22, 0x44, 0x88, 0x5D, 0xBA, 0x39, 0x72, 0xE4, 0x85, 0x47, 0x8E, 0x51,
378    0xA2, 0x09, 0x12, 0x24, 0x48, 0x90, 0x6D, 0xDA, 0xF9, 0xBF, 0x33, 0x66,
379    0xCC, 0xD5, 0xE7, 0x83, 0x4B, 0x96, 0x61, 0xC2, 0xC9, 0xDF, 0xF3, 0xAB,
380    0x1B, 0x36, 0x6C, 0xD8, 0xFD, 0xB7, 0x23, 0x46, 0x8C, 0x55, 0xAA, 0x19,
381    0x32, 0x64, 0xC8, 0xDD, 0xF7, 0xA3, 0x0B, 0x16, 0x2C, 0x58, 0xB0, 0x2D,
382    0x5A, 0xB4, 0x25, 0x4A, 0x94, 0x65, 0xCA, 0xD9, 0xFF, 0xB3, 0x2B, 0x56,
383    0xAC, 0x15, 0x2A, 0x54, 0xA8, 0x1D, 0x3A, 0x74, 0xE8, 0x9D, 0x77, 0xEE,
384    0x91, 0x6F, 0xDE, 0xF1, 0xAF, 0x13, 0x26, 0x4C, 0x98, 0x7D, 0xFA, 0xB9,
385    0x3F, 0x7E, 0xFC, 0xB5, 0x27, 0x4E, 0x9C, 0x75, 0xEA, 0x99, 0x7F, 0xFE,
386    0xB1, 0x2F, 0x5E, 0xBC, 0x35, 0x6A, 0xD4, 0xE5, 0x87, 0x43, 0x86, 0x41,
387    0x82, 0x49, 0x92, 0x69, 0xD2, 0xE9, 0x9F, 0x73, 0xE6, 0x81, 0x4F, 0x9E,
388    0x71, 0xE2, 0x89, 0x5F, 0xBE, 0x31, 0x62, 0xC4, 0xC5, 0xC7, 0xC3, 0xCB
389 };
390 \f
391
392 /* The table constants are indices of
393  * S-box entries, preprocessed through q0 and q1. */
394 static byte calc_sb_tbl[512] = {
395     0xA9, 0x75, 0x67, 0xF3, 0xB3, 0xC6, 0xE8, 0xF4,
396     0x04, 0xDB, 0xFD, 0x7B, 0xA3, 0xFB, 0x76, 0xC8,
397     0x9A, 0x4A, 0x92, 0xD3, 0x80, 0xE6, 0x78, 0x6B,
398     0xE4, 0x45, 0xDD, 0x7D, 0xD1, 0xE8, 0x38, 0x4B,
399     0x0D, 0xD6, 0xC6, 0x32, 0x35, 0xD8, 0x98, 0xFD,
400     0x18, 0x37, 0xF7, 0x71, 0xEC, 0xF1, 0x6C, 0xE1,
401     0x43, 0x30, 0x75, 0x0F, 0x37, 0xF8, 0x26, 0x1B,
402     0xFA, 0x87, 0x13, 0xFA, 0x94, 0x06, 0x48, 0x3F,
403     0xF2, 0x5E, 0xD0, 0xBA, 0x8B, 0xAE, 0x30, 0x5B,
404     0x84, 0x8A, 0x54, 0x00, 0xDF, 0xBC, 0x23, 0x9D,
405     0x19, 0x6D, 0x5B, 0xC1, 0x3D, 0xB1, 0x59, 0x0E,
406     0xF3, 0x80, 0xAE, 0x5D, 0xA2, 0xD2, 0x82, 0xD5,
407     0x63, 0xA0, 0x01, 0x84, 0x83, 0x07, 0x2E, 0x14,
408     0xD9, 0xB5, 0x51, 0x90, 0x9B, 0x2C, 0x7C, 0xA3,
409     0xA6, 0xB2, 0xEB, 0x73, 0xA5, 0x4C, 0xBE, 0x54,
410     0x16, 0x92, 0x0C, 0x74, 0xE3, 0x36, 0x61, 0x51,
411     0xC0, 0x38, 0x8C, 0xB0, 0x3A, 0xBD, 0xF5, 0x5A,
412     0x73, 0xFC, 0x2C, 0x60, 0x25, 0x62, 0x0B, 0x96,
413     0xBB, 0x6C, 0x4E, 0x42, 0x89, 0xF7, 0x6B, 0x10,
414     0x53, 0x7C, 0x6A, 0x28, 0xB4, 0x27, 0xF1, 0x8C,
415     0xE1, 0x13, 0xE6, 0x95, 0xBD, 0x9C, 0x45, 0xC7,
416     0xE2, 0x24, 0xF4, 0x46, 0xB6, 0x3B, 0x66, 0x70,
417     0xCC, 0xCA, 0x95, 0xE3, 0x03, 0x85, 0x56, 0xCB,
418     0xD4, 0x11, 0x1C, 0xD0, 0x1E, 0x93, 0xD7, 0xB8,
419     0xFB, 0xA6, 0xC3, 0x83, 0x8E, 0x20, 0xB5, 0xFF,
420     0xE9, 0x9F, 0xCF, 0x77, 0xBF, 0xC3, 0xBA, 0xCC,
421     0xEA, 0x03, 0x77, 0x6F, 0x39, 0x08, 0xAF, 0xBF,
422     0x33, 0x40, 0xC9, 0xE7, 0x62, 0x2B, 0x71, 0xE2,
423     0x81, 0x79, 0x79, 0x0C, 0x09, 0xAA, 0xAD, 0x82,
424     0x24, 0x41, 0xCD, 0x3A, 0xF9, 0xEA, 0xD8, 0xB9,
425     0xE5, 0xE4, 0xC5, 0x9A, 0xB9, 0xA4, 0x4D, 0x97,
426     0x44, 0x7E, 0x08, 0xDA, 0x86, 0x7A, 0xE7, 0x17,
427     0xA1, 0x66, 0x1D, 0x94, 0xAA, 0xA1, 0xED, 0x1D,
428     0x06, 0x3D, 0x70, 0xF0, 0xB2, 0xDE, 0xD2, 0xB3,
429     0x41, 0x0B, 0x7B, 0x72, 0xA0, 0xA7, 0x11, 0x1C,
430     0x31, 0xEF, 0xC2, 0xD1, 0x27, 0x53, 0x90, 0x3E,
431     0x20, 0x8F, 0xF6, 0x33, 0x60, 0x26, 0xFF, 0x5F,
432     0x96, 0xEC, 0x5C, 0x76, 0xB1, 0x2A, 0xAB, 0x49,
433     0x9E, 0x81, 0x9C, 0x88, 0x52, 0xEE, 0x1B, 0x21,
434     0x5F, 0xC4, 0x93, 0x1A, 0x0A, 0xEB, 0xEF, 0xD9,
435     0x91, 0xC5, 0x85, 0x39, 0x49, 0x99, 0xEE, 0xCD,
436     0x2D, 0xAD, 0x4F, 0x31, 0x8F, 0x8B, 0x3B, 0x01,
437     0x47, 0x18, 0x87, 0x23, 0x6D, 0xDD, 0x46, 0x1F,
438     0xD6, 0x4E, 0x3E, 0x2D, 0x69, 0xF9, 0x64, 0x48,
439     0x2A, 0x4F, 0xCE, 0xF2, 0xCB, 0x65, 0x2F, 0x8E,
440     0xFC, 0x78, 0x97, 0x5C, 0x05, 0x58, 0x7A, 0x19,
441     0xAC, 0x8D, 0x7F, 0xE5, 0xD5, 0x98, 0x1A, 0x57,
442     0x4B, 0x67, 0x0E, 0x7F, 0xA7, 0x05, 0x5A, 0x64,
443     0x28, 0xAF, 0x14, 0x63, 0x3F, 0xB6, 0x29, 0xFE,
444     0x88, 0xF5, 0x3C, 0xB7, 0x4C, 0x3C, 0x02, 0xA5,
445     0xB8, 0xCE, 0xDA, 0xE9, 0xB0, 0x68, 0x17, 0x44,
446     0x55, 0xE0, 0x1F, 0x4D, 0x8A, 0x43, 0x7D, 0x69,
447     0x57, 0x29, 0xC7, 0x2E, 0x8D, 0xAC, 0x74, 0x15,
448     0xB7, 0x59, 0xC4, 0xA8, 0x9F, 0x0A, 0x72, 0x9E,
449     0x7E, 0x6E, 0x15, 0x47, 0x22, 0xDF, 0x12, 0x34,
450     0x58, 0x35, 0x07, 0x6A, 0x99, 0xCF, 0x34, 0xDC,
451     0x6E, 0x22, 0x50, 0xC9, 0xDE, 0xC0, 0x68, 0x9B,
452     0x65, 0x89, 0xBC, 0xD4, 0xDB, 0xED, 0xF8, 0xAB,
453     0xC8, 0x12, 0xA8, 0xA2, 0x2B, 0x0D, 0x40, 0x52,
454     0xDC, 0xBB, 0xFE, 0x02, 0x32, 0x2F, 0xA4, 0xA9,
455     0xCA, 0xD7, 0x10, 0x61, 0x21, 0x1E, 0xF0, 0xB4,
456     0xD3, 0x50, 0x5D, 0x04, 0x0F, 0xF6, 0x00, 0xC2,
457     0x6F, 0x16, 0x9D, 0x25, 0x36, 0x86, 0x42, 0x56,
458     0x4A, 0x55, 0x5E, 0x09, 0xC1, 0xBE, 0xE0, 0x91
459 };
460 /* Macro to perform one column of the RS matrix multiplication.  The
461  * parameters a, b, c, and d are the four bytes of output; i is the index
462  * of the key bytes, and w, x, y, and z, are the column of constants from
463  * the RS matrix, preprocessed through the poly_to_exp table. */
464
465 #define CALC_S(a, b, c, d, i, w, x, y, z) \
466    if (key[i]) { \
467       tmp = poly_to_exp[key[i] - 1]; \
468       (a) ^= exp_to_poly[tmp + (w)]; \
469       (b) ^= exp_to_poly[tmp + (x)]; \
470       (c) ^= exp_to_poly[tmp + (y)]; \
471       (d) ^= exp_to_poly[tmp + (z)]; \
472    }
473
474 /* Macros to calculate the key-dependent S-boxes for a 128-bit key using
475  * the S vector from CALC_S.  CALC_SB_2 computes a single entry in all
476  * four S-boxes, where i is the index of the entry to compute, and a and b
477  * are the index numbers preprocessed through the q0 and q1 tables
478  * respectively.  CALC_SB is simply a convenience to make the code shorter;
479  * it calls CALC_SB_2 four times with consecutive indices from i to i+3,
480  * using the remaining parameters two by two. */
481
482 #define CALC_SB_2(i, a, b) \
483    ctx->s[0][i] = mds[0][q0[(a) ^ sa] ^ se]; \
484    ctx->s[1][i] = mds[1][q0[(b) ^ sb] ^ sf]; \
485    ctx->s[2][i] = mds[2][q1[(a) ^ sc] ^ sg]; \
486    ctx->s[3][i] = mds[3][q1[(b) ^ sd] ^ sh]
487
488 #define CALC_SB(i, a, b, c, d, e, f, g, h) \
489    CALC_SB_2 (i, a, b); CALC_SB_2 ((i)+1, c, d); \
490    CALC_SB_2 ((i)+2, e, f); CALC_SB_2 ((i)+3, g, h)
491
492 /* Macros exactly like CALC_SB and CALC_SB_2, but for 256-bit keys. */
493
494 #define CALC_SB256_2(i, a, b) \
495    ctx->s[0][i] = mds[0][q0[q0[q1[(b) ^ sa] ^ se] ^ si] ^ sm]; \
496    ctx->s[1][i] = mds[1][q0[q1[q1[(a) ^ sb] ^ sf] ^ sj] ^ sn]; \
497    ctx->s[2][i] = mds[2][q1[q0[q0[(a) ^ sc] ^ sg] ^ sk] ^ so]; \
498    ctx->s[3][i] = mds[3][q1[q1[q0[(b) ^ sd] ^ sh] ^ sl] ^ sp];
499
500 #define CALC_SB256(i, a, b, c, d, e, f, g, h) \
501    CALC_SB256_2 (i, a, b); CALC_SB256_2 ((i)+1, c, d); \
502    CALC_SB256_2 ((i)+2, e, f); CALC_SB256_2 ((i)+3, g, h)
503
504 /* Macros to calculate the whitening and round subkeys.  CALC_K_2 computes the
505  * last two stages of the h() function for a given index (either 2i or 2i+1).
506  * a, b, c, and d are the four bytes going into the last two stages.  For
507  * 128-bit keys, this is the entire h() function and a and c are the index
508  * preprocessed through q0 and q1 respectively; for longer keys they are the
509  * output of previous stages.  j is the index of the first key byte to use.
510  * CALC_K computes a pair of subkeys for 128-bit Twofish, by calling CALC_K_2
511  * twice, doing the Psuedo-Hadamard Transform, and doing the necessary
512  * rotations.  Its parameters are: a, the array to write the results into,
513  * j, the index of the first output entry, k and l, the preprocessed indices
514  * for index 2i, and m and n, the preprocessed indices for index 2i+1.
515  * CALC_K256_2 expands CALC_K_2 to handle 256-bit keys, by doing two
516  * additional lookup-and-XOR stages.  The parameters a and b are the index
517  * preprocessed through q0 and q1 respectively; j is the index of the first
518  * key byte to use.  CALC_K256 is identical to CALC_K but for using the
519  * CALC_K256_2 macro instead of CALC_K_2. */
520
521 #define CALC_K_2(a, b, c, d, j) \
522      mds[0][q0[a ^ key[(j) + 8]] ^ key[j]] \
523    ^ mds[1][q0[b ^ key[(j) + 9]] ^ key[(j) + 1]] \
524    ^ mds[2][q1[c ^ key[(j) + 10]] ^ key[(j) + 2]] \
525    ^ mds[3][q1[d ^ key[(j) + 11]] ^ key[(j) + 3]]
526
527 #define CALC_K(a, j, k, l, m, n) \
528    x = CALC_K_2 (k, l, k, l, 0); \
529    y = CALC_K_2 (m, n, m, n, 4); \
530    y = (y << 8) + (y >> 24); \
531    x += y; y += x; ctx->a[j] = x; \
532    ctx->a[(j) + 1] = (y << 9) + (y >> 23)
533
534 #define CALC_K256_2(a, b, j) \
535    CALC_K_2 (q0[q1[b ^ key[(j) + 24]] ^ key[(j) + 16]], \
536              q1[q1[a ^ key[(j) + 25]] ^ key[(j) + 17]], \
537              q0[q0[a ^ key[(j) + 26]] ^ key[(j) + 18]], \
538              q1[q0[b ^ key[(j) + 27]] ^ key[(j) + 19]], j)
539
540 #define CALC_K256(a, j, k, l, m, n) \
541    x = CALC_K256_2 (k, l, 0); \
542    y = CALC_K256_2 (m, n, 4); \
543    y = (y << 8) + (y >> 24); \
544    x += y; y += x; ctx->a[j] = x; \
545    ctx->a[(j) + 1] = (y << 9) + (y >> 23)
546 \f
547 /* Perform the key setup.  Note that this works only with 128- and 256-bit
548  * keys, despite the API that looks like it might support other sizes. */
549
550 static int
551 twofish_setkey (TWOFISH_context *ctx, const byte *key, const unsigned keylen)
552 {
553     int i, j, k;
554
555     /* Temporaries for CALC_K. */
556     u32 x, y;
557
558     /* The S vector used to key the S-boxes, split up into individual bytes.
559      * 128-bit keys use only sa through sh; 256-bit use all of them. */
560     byte sa = 0, sb = 0, sc = 0, sd = 0, se = 0, sf = 0, sg = 0, sh = 0;
561     byte si = 0, sj = 0, sk = 0, sl = 0, sm = 0, sn = 0, so = 0, sp = 0;
562
563     /* Temporary for CALC_S. */
564     byte tmp;
565
566     /* Flags for self-test. */
567     static int initialized = 0;
568     static const char *selftest_failed=0;
569
570     /* Check key length. */
571     if( ( ( keylen - 16 ) | 16 ) != 16 )
572         return GCRYERR_INV_KEYLEN;
573
574     /* Do self-test if necessary. */
575     if (!initialized) {
576        initialized = 1;
577        selftest_failed = selftest ();
578        if( selftest_failed )
579          fprintf(stderr, "%s\n", selftest_failed );
580     }
581     if( selftest_failed )
582        return GCRYERR_SELFTEST;
583
584     /* Compute the first two words of the S vector.  The magic numbers are
585      * the entries of the RS matrix, preprocessed through poly_to_exp.  The
586      * numbers in the comments are the original (polynomial form) matrix
587      * entries. */
588     CALC_S (sa, sb, sc, sd, 0, 0x00, 0x2D, 0x01, 0x2D); /* 01 A4 02 A4 */
589     CALC_S (sa, sb, sc, sd, 1, 0x2D, 0xA4, 0x44, 0x8A); /* A4 56 A1 55 */
590     CALC_S (sa, sb, sc, sd, 2, 0x8A, 0xD5, 0xBF, 0xD1); /* 55 82 FC 87 */
591     CALC_S (sa, sb, sc, sd, 3, 0xD1, 0x7F, 0x3D, 0x99); /* 87 F3 C1 5A */
592     CALC_S (sa, sb, sc, sd, 4, 0x99, 0x46, 0x66, 0x96); /* 5A 1E 47 58 */
593     CALC_S (sa, sb, sc, sd, 5, 0x96, 0x3C, 0x5B, 0xED); /* 58 C6 AE DB */
594     CALC_S (sa, sb, sc, sd, 6, 0xED, 0x37, 0x4F, 0xE0); /* DB 68 3D 9E */
595     CALC_S (sa, sb, sc, sd, 7, 0xE0, 0xD0, 0x8C, 0x17); /* 9E E5 19 03 */
596     CALC_S (se, sf, sg, sh, 8, 0x00, 0x2D, 0x01, 0x2D); /* 01 A4 02 A4 */
597     CALC_S (se, sf, sg, sh, 9, 0x2D, 0xA4, 0x44, 0x8A); /* A4 56 A1 55 */
598     CALC_S (se, sf, sg, sh, 10, 0x8A, 0xD5, 0xBF, 0xD1); /* 55 82 FC 87 */
599     CALC_S (se, sf, sg, sh, 11, 0xD1, 0x7F, 0x3D, 0x99); /* 87 F3 C1 5A */
600     CALC_S (se, sf, sg, sh, 12, 0x99, 0x46, 0x66, 0x96); /* 5A 1E 47 58 */
601     CALC_S (se, sf, sg, sh, 13, 0x96, 0x3C, 0x5B, 0xED); /* 58 C6 AE DB */
602     CALC_S (se, sf, sg, sh, 14, 0xED, 0x37, 0x4F, 0xE0); /* DB 68 3D 9E */
603     CALC_S (se, sf, sg, sh, 15, 0xE0, 0xD0, 0x8C, 0x17); /* 9E E5 19 03 */
604
605     if (keylen == 32) { /* 256-bit key */
606         /* Calculate the remaining two words of the S vector */
607         CALC_S (si, sj, sk, sl, 16, 0x00, 0x2D, 0x01, 0x2D); /* 01 A4 02 A4 */
608         CALC_S (si, sj, sk, sl, 17, 0x2D, 0xA4, 0x44, 0x8A); /* A4 56 A1 55 */
609         CALC_S (si, sj, sk, sl, 18, 0x8A, 0xD5, 0xBF, 0xD1); /* 55 82 FC 87 */
610         CALC_S (si, sj, sk, sl, 19, 0xD1, 0x7F, 0x3D, 0x99); /* 87 F3 C1 5A */
611         CALC_S (si, sj, sk, sl, 20, 0x99, 0x46, 0x66, 0x96); /* 5A 1E 47 58 */
612         CALC_S (si, sj, sk, sl, 21, 0x96, 0x3C, 0x5B, 0xED); /* 58 C6 AE DB */
613         CALC_S (si, sj, sk, sl, 22, 0xED, 0x37, 0x4F, 0xE0); /* DB 68 3D 9E */
614         CALC_S (si, sj, sk, sl, 23, 0xE0, 0xD0, 0x8C, 0x17); /* 9E E5 19 03 */
615         CALC_S (sm, sn, so, sp, 24, 0x00, 0x2D, 0x01, 0x2D); /* 01 A4 02 A4 */
616         CALC_S (sm, sn, so, sp, 25, 0x2D, 0xA4, 0x44, 0x8A); /* A4 56 A1 55 */
617         CALC_S (sm, sn, so, sp, 26, 0x8A, 0xD5, 0xBF, 0xD1); /* 55 82 FC 87 */
618         CALC_S (sm, sn, so, sp, 27, 0xD1, 0x7F, 0x3D, 0x99); /* 87 F3 C1 5A */
619         CALC_S (sm, sn, so, sp, 28, 0x99, 0x46, 0x66, 0x96); /* 5A 1E 47 58 */
620         CALC_S (sm, sn, so, sp, 29, 0x96, 0x3C, 0x5B, 0xED); /* 58 C6 AE DB */
621         CALC_S (sm, sn, so, sp, 30, 0xED, 0x37, 0x4F, 0xE0); /* DB 68 3D 9E */
622         CALC_S (sm, sn, so, sp, 31, 0xE0, 0xD0, 0x8C, 0x17); /* 9E E5 19 03 */
623
624         /* Compute the S-boxes. */
625         for(i=j=0,k=1; i < 256; i++, j += 2, k += 2 ) {
626             CALC_SB256_2( i, calc_sb_tbl[j], calc_sb_tbl[k] );
627         }
628
629         /* Calculate whitening and round subkeys.  The constants are
630          * indices of subkeys, preprocessed through q0 and q1. */
631         CALC_K256 (w, 0, 0xA9, 0x75, 0x67, 0xF3);
632         CALC_K256 (w, 2, 0xB3, 0xC6, 0xE8, 0xF4);
633         CALC_K256 (w, 4, 0x04, 0xDB, 0xFD, 0x7B);
634         CALC_K256 (w, 6, 0xA3, 0xFB, 0x76, 0xC8);
635         CALC_K256 (k, 0, 0x9A, 0x4A, 0x92, 0xD3);
636         CALC_K256 (k, 2, 0x80, 0xE6, 0x78, 0x6B);
637         CALC_K256 (k, 4, 0xE4, 0x45, 0xDD, 0x7D);
638         CALC_K256 (k, 6, 0xD1, 0xE8, 0x38, 0x4B);
639         CALC_K256 (k, 8, 0x0D, 0xD6, 0xC6, 0x32);
640         CALC_K256 (k, 10, 0x35, 0xD8, 0x98, 0xFD);
641         CALC_K256 (k, 12, 0x18, 0x37, 0xF7, 0x71);
642         CALC_K256 (k, 14, 0xEC, 0xF1, 0x6C, 0xE1);
643         CALC_K256 (k, 16, 0x43, 0x30, 0x75, 0x0F);
644         CALC_K256 (k, 18, 0x37, 0xF8, 0x26, 0x1B);
645         CALC_K256 (k, 20, 0xFA, 0x87, 0x13, 0xFA);
646         CALC_K256 (k, 22, 0x94, 0x06, 0x48, 0x3F);
647         CALC_K256 (k, 24, 0xF2, 0x5E, 0xD0, 0xBA);
648         CALC_K256 (k, 26, 0x8B, 0xAE, 0x30, 0x5B);
649         CALC_K256 (k, 28, 0x84, 0x8A, 0x54, 0x00);
650         CALC_K256 (k, 30, 0xDF, 0xBC, 0x23, 0x9D);
651     }
652     else {
653         /* Compute the S-boxes. */
654         for(i=j=0,k=1; i < 256; i++, j += 2, k += 2 ) {
655             CALC_SB_2( i, calc_sb_tbl[j], calc_sb_tbl[k] );
656         }
657
658         /* Calculate whitening and round subkeys.  The constants are
659          * indices of subkeys, preprocessed through q0 and q1. */
660         CALC_K (w, 0, 0xA9, 0x75, 0x67, 0xF3);
661         CALC_K (w, 2, 0xB3, 0xC6, 0xE8, 0xF4);
662         CALC_K (w, 4, 0x04, 0xDB, 0xFD, 0x7B);
663         CALC_K (w, 6, 0xA3, 0xFB, 0x76, 0xC8);
664         CALC_K (k, 0, 0x9A, 0x4A, 0x92, 0xD3);
665         CALC_K (k, 2, 0x80, 0xE6, 0x78, 0x6B);
666         CALC_K (k, 4, 0xE4, 0x45, 0xDD, 0x7D);
667         CALC_K (k, 6, 0xD1, 0xE8, 0x38, 0x4B);
668         CALC_K (k, 8, 0x0D, 0xD6, 0xC6, 0x32);
669         CALC_K (k, 10, 0x35, 0xD8, 0x98, 0xFD);
670         CALC_K (k, 12, 0x18, 0x37, 0xF7, 0x71);
671         CALC_K (k, 14, 0xEC, 0xF1, 0x6C, 0xE1);
672         CALC_K (k, 16, 0x43, 0x30, 0x75, 0x0F);
673         CALC_K (k, 18, 0x37, 0xF8, 0x26, 0x1B);
674         CALC_K (k, 20, 0xFA, 0x87, 0x13, 0xFA);
675         CALC_K (k, 22, 0x94, 0x06, 0x48, 0x3F);
676         CALC_K (k, 24, 0xF2, 0x5E, 0xD0, 0xBA);
677         CALC_K (k, 26, 0x8B, 0xAE, 0x30, 0x5B);
678         CALC_K (k, 28, 0x84, 0x8A, 0x54, 0x00);
679         CALC_K (k, 30, 0xDF, 0xBC, 0x23, 0x9D);
680     }
681
682     return 0;
683 }
684 \f
685 /* Macros to compute the g() function in the encryption and decryption
686  * rounds.  G1 is the straight g() function; G2 includes the 8-bit
687  * rotation for the high 32-bit word. */
688
689 #define G1(a) \
690      (ctx->s[0][(a) & 0xFF]) ^ (ctx->s[1][((a) >> 8) & 0xFF]) \
691    ^ (ctx->s[2][((a) >> 16) & 0xFF]) ^ (ctx->s[3][(a) >> 24])
692
693 #define G2(b) \
694      (ctx->s[1][(b) & 0xFF]) ^ (ctx->s[2][((b) >> 8) & 0xFF]) \
695    ^ (ctx->s[3][((b) >> 16) & 0xFF]) ^ (ctx->s[0][(b) >> 24])
696
697 /* Encryption and decryption Feistel rounds.  Each one calls the two g()
698  * macros, does the PHT, and performs the XOR and the appropriate bit
699  * rotations.  The parameters are the round number (used to select subkeys),
700  * and the four 32-bit chunks of the text. */
701
702 #define ENCROUND(n, a, b, c, d) \
703    x = G1 (a); y = G2 (b); \
704    x += y; y += x + ctx->k[2 * (n) + 1]; \
705    (c) ^= x + ctx->k[2 * (n)]; \
706    (c) = ((c) >> 1) + ((c) << 31); \
707    (d) = (((d) << 1)+((d) >> 31)) ^ y
708
709 #define DECROUND(n, a, b, c, d) \
710    x = G1 (a); y = G2 (b); \
711    x += y; y += x; \
712    (d) ^= y + ctx->k[2 * (n) + 1]; \
713    (d) = ((d) >> 1) + ((d) << 31); \
714    (c) = (((c) << 1)+((c) >> 31)); \
715    (c) ^= (x + ctx->k[2 * (n)])
716
717 /* Encryption and decryption cycles; each one is simply two Feistel rounds
718  * with the 32-bit chunks re-ordered to simulate the "swap" */
719
720 #define ENCCYCLE(n) \
721    ENCROUND (2 * (n), a, b, c, d); \
722    ENCROUND (2 * (n) + 1, c, d, a, b)
723
724 #define DECCYCLE(n) \
725    DECROUND (2 * (n) + 1, c, d, a, b); \
726    DECROUND (2 * (n), a, b, c, d)
727
728 /* Macros to convert the input and output bytes into 32-bit words,
729  * and simultaneously perform the whitening step.  INPACK packs word
730  * number n into the variable named by x, using whitening subkey number m.
731  * OUTUNPACK unpacks word number n from the variable named by x, using
732  * whitening subkey number m. */
733
734 #define INPACK(n, x, m) \
735    x = in[4 * (n)] ^ (in[4 * (n) + 1] << 8) \
736      ^ (in[4 * (n) + 2] << 16) ^ (in[4 * (n) + 3] << 24) ^ ctx->w[m]
737
738 #define OUTUNPACK(n, x, m) \
739    x ^= ctx->w[m]; \
740    out[4 * (n)] = x; out[4 * (n) + 1] = x >> 8; \
741    out[4 * (n) + 2] = x >> 16; out[4 * (n) + 3] = x >> 24
742 \f
743 /* Encrypt one block.  in and out may be the same. */
744
745 static void
746 twofish_encrypt (const TWOFISH_context *ctx, byte *out, const byte *in)
747 {
748    /* The four 32-bit chunks of the text. */
749    u32 a, b, c, d;
750
751    /* Temporaries used by the round function. */
752    u32 x, y;
753
754    /* Input whitening and packing. */
755    INPACK (0, a, 0);
756    INPACK (1, b, 1);
757    INPACK (2, c, 2);
758    INPACK (3, d, 3);
759
760    /* Encryption Feistel cycles. */
761    ENCCYCLE (0);
762    ENCCYCLE (1);
763    ENCCYCLE (2);
764    ENCCYCLE (3);
765    ENCCYCLE (4);
766    ENCCYCLE (5);
767    ENCCYCLE (6);
768    ENCCYCLE (7);
769
770    /* Output whitening and unpacking. */
771    OUTUNPACK (0, c, 4);
772    OUTUNPACK (1, d, 5);
773    OUTUNPACK (2, a, 6);
774    OUTUNPACK (3, b, 7);
775 }
776 \f
777 /* Decrypt one block.  in and out may be the same. */
778
779 static void
780 twofish_decrypt (const TWOFISH_context *ctx, byte *out, const byte *in)
781 {
782    /* The four 32-bit chunks of the text. */
783    u32 a, b, c, d;
784
785    /* Temporaries used by the round function. */
786    u32 x, y;
787
788    /* Input whitening and packing. */
789    INPACK (0, c, 4);
790    INPACK (1, d, 5);
791    INPACK (2, a, 6);
792    INPACK (3, b, 7);
793
794    /* Encryption Feistel cycles. */
795    DECCYCLE (7);
796    DECCYCLE (6);
797    DECCYCLE (5);
798    DECCYCLE (4);
799    DECCYCLE (3);
800    DECCYCLE (2);
801    DECCYCLE (1);
802    DECCYCLE (0);
803
804    /* Output whitening and unpacking. */
805    OUTUNPACK (0, a, 0);
806    OUTUNPACK (1, b, 1);
807    OUTUNPACK (2, c, 2);
808    OUTUNPACK (3, d, 3);
809 }
810 \f
811 /* Test a single encryption and decryption with each key size. */
812
813 static const char*
814 selftest (void)
815 {
816    TWOFISH_context ctx; /* Expanded key. */
817    byte scratch[16];    /* Encryption/decryption result buffer. */
818
819    /* Test vectors for single encryption/decryption.  Note that I am using
820     * the vectors from the Twofish paper's "known answer test", I=3 for
821     * 128-bit and I=4 for 256-bit, instead of the all-0 vectors from the
822     * "intermediate value test", because an all-0 key would trigger all the
823     * special cases in the RS matrix multiply, leaving the math untested. */
824    static const byte plaintext[16] = {
825       0xD4, 0x91, 0xDB, 0x16, 0xE7, 0xB1, 0xC3, 0x9E,
826       0x86, 0xCB, 0x08, 0x6B, 0x78, 0x9F, 0x54, 0x19
827    };
828    static const byte key[16] = {
829       0x9F, 0x58, 0x9F, 0x5C, 0xF6, 0x12, 0x2C, 0x32,
830       0xB6, 0xBF, 0xEC, 0x2F, 0x2A, 0xE8, 0xC3, 0x5A
831    };
832    static const byte ciphertext[16] = {
833       0x01, 0x9F, 0x98, 0x09, 0xDE, 0x17, 0x11, 0x85,
834       0x8F, 0xAA, 0xC3, 0xA3, 0xBA, 0x20, 0xFB, 0xC3
835    };
836    static const byte plaintext_256[16] = {
837       0x90, 0xAF, 0xE9, 0x1B, 0xB2, 0x88, 0x54, 0x4F,
838       0x2C, 0x32, 0xDC, 0x23, 0x9B, 0x26, 0x35, 0xE6
839    };
840    static const byte key_256[32] = {
841       0xD4, 0x3B, 0xB7, 0x55, 0x6E, 0xA3, 0x2E, 0x46,
842       0xF2, 0xA2, 0x82, 0xB7, 0xD4, 0x5B, 0x4E, 0x0D,
843       0x57, 0xFF, 0x73, 0x9D, 0x4D, 0xC9, 0x2C, 0x1B,
844       0xD7, 0xFC, 0x01, 0x70, 0x0C, 0xC8, 0x21, 0x6F
845    };
846    static const byte ciphertext_256[16] = {
847       0x6C, 0xB4, 0x56, 0x1C, 0x40, 0xBF, 0x0A, 0x97,
848       0x05, 0x93, 0x1C, 0xB6, 0xD4, 0x08, 0xE7, 0xFA
849    };
850
851    twofish_setkey (&ctx, key, sizeof(key));
852    twofish_encrypt (&ctx, scratch, plaintext);
853    if (memcmp (scratch, ciphertext, sizeof (ciphertext)))
854      return "Twofish-128 test encryption failed.";
855    twofish_decrypt (&ctx, scratch, scratch);
856    if (memcmp (scratch, plaintext, sizeof (plaintext)))
857      return "Twofish-128 test decryption failed.";
858
859    twofish_setkey (&ctx, key_256, sizeof(key_256));
860    twofish_encrypt (&ctx, scratch, plaintext_256);
861    if (memcmp (scratch, ciphertext_256, sizeof (ciphertext_256)))
862      return "Twofish-256 test encryption failed.";
863    twofish_decrypt (&ctx, scratch, scratch);
864    if (memcmp (scratch, plaintext_256, sizeof (plaintext_256)))
865      return "Twofish-256 test decryption failed.";
866
867    return NULL;
868 }
869 \f
870 /* More complete test program.  This does 1000 encryptions and decryptions
871  * with each of 250 128-bit keys and 2000 encryptions and decryptions with
872  * each of 125 256-bit keys, using a feedback scheme similar to a Feistel
873  * cipher, so as to be sure of testing all the table entries pretty
874  * thoroughly.  We keep changing the keys so as to get a more meaningful
875  * performance number, since the key setup is non-trivial for Twofish. */
876
877 #ifdef TEST
878
879 #include <stdio.h>
880 #include <string.h>
881 #include <time.h>
882
883 int
884 main()
885 {
886    TWOFISH_context ctx;     /* Expanded key. */
887    int i, j;                /* Loop counters. */
888
889    const char *encrypt_msg; /* Message to print regarding encryption test;
890                              * the printf is done outside the loop to avoid
891                              * stuffing up the timing. */
892    clock_t timer; /* For computing elapsed time. */
893
894    /* Test buffer. */
895    byte buffer[4][16] = {
896       {0x00, 0x11, 0x22, 0x33, 0x44, 0x55, 0x66, 0x77,
897        0x88, 0x99, 0xAA, 0xBB, 0xCC, 0xDD, 0xEE, 0xFF},
898       {0x0F, 0x1E, 0x2D, 0x3C, 0x4B, 0x5A, 0x69, 0x78,
899        0x87, 0x96, 0xA5, 0xB4, 0xC3, 0xD2 ,0xE1, 0xF0},
900       {0x01, 0x23, 0x45, 0x67, 0x89, 0xAB, 0xCD, 0xEF,
901        0xFE, 0xDC, 0xBA, 0x98, 0x76, 0x54 ,0x32, 0x10},
902       {0x01, 0x23, 0x45, 0x67, 0x76, 0x54 ,0x32, 0x10,
903        0x89, 0xAB, 0xCD, 0xEF, 0xFE, 0xDC, 0xBA, 0x98}
904    };
905
906    /* Expected outputs for the million-operation test */
907    static const byte test_encrypt[4][16] = {
908       {0xC8, 0x23, 0xB8, 0xB7, 0x6B, 0xFE, 0x91, 0x13,
909        0x2F, 0xA7, 0x5E, 0xE6, 0x94, 0x77, 0x6F, 0x6B},
910       {0x90, 0x36, 0xD8, 0x29, 0xD5, 0x96, 0xC2, 0x8E,
911        0xE4, 0xFF, 0x76, 0xBC, 0xE5, 0x77, 0x88, 0x27},
912       {0xB8, 0x78, 0x69, 0xAF, 0x42, 0x8B, 0x48, 0x64,
913        0xF7, 0xE9, 0xF3, 0x9C, 0x42, 0x18, 0x7B, 0x73},
914       {0x7A, 0x88, 0xFB, 0xEB, 0x90, 0xA4, 0xB4, 0xA8,
915        0x43, 0xA3, 0x1D, 0xF1, 0x26, 0xC4, 0x53, 0x57}
916    };
917    static const byte test_decrypt[4][16] = {
918       {0x00, 0x11, 0x22, 0x33, 0x44, 0x55, 0x66, 0x77,
919        0x88, 0x99, 0xAA, 0xBB, 0xCC, 0xDD, 0xEE, 0xFF},
920       {0x0F, 0x1E, 0x2D, 0x3C, 0x4B, 0x5A, 0x69, 0x78,
921        0x87, 0x96, 0xA5, 0xB4, 0xC3, 0xD2 ,0xE1, 0xF0},
922       {0x01, 0x23, 0x45, 0x67, 0x89, 0xAB, 0xCD, 0xEF,
923        0xFE, 0xDC, 0xBA, 0x98, 0x76, 0x54 ,0x32, 0x10},
924       {0x01, 0x23, 0x45, 0x67, 0x76, 0x54 ,0x32, 0x10,
925        0x89, 0xAB, 0xCD, 0xEF, 0xFE, 0xDC, 0xBA, 0x98}
926    };
927
928    /* Start the timer ticking. */
929    timer = clock ();
930
931    /* Encryption test. */
932    for (i = 0; i < 125; i++) {
933       twofish_setkey (&ctx, buffer[0], sizeof (buffer[0]));
934       for (j = 0; j < 1000; j++)
935         twofish_encrypt (&ctx, buffer[2], buffer[2]);
936       twofish_setkey (&ctx, buffer[1], sizeof (buffer[1]));
937       for (j = 0; j < 1000; j++)
938         twofish_encrypt (&ctx, buffer[3], buffer[3]);
939       twofish_setkey (&ctx, buffer[2], sizeof (buffer[2])*2);
940       for (j = 0; j < 1000; j++) {
941         twofish_encrypt (&ctx, buffer[0], buffer[0]);
942         twofish_encrypt (&ctx, buffer[1], buffer[1]);
943       }
944    }
945    encrypt_msg = memcmp (buffer, test_encrypt, sizeof (test_encrypt)) ?
946                  "encryption failure!\n" : "encryption OK!\n";
947
948    /* Decryption test. */
949    for (i = 0; i < 125; i++) {
950       twofish_setkey (&ctx, buffer[2], sizeof (buffer[2])*2);
951       for (j = 0; j < 1000; j++) {
952         twofish_decrypt (&ctx, buffer[0], buffer[0]);
953         twofish_decrypt (&ctx, buffer[1], buffer[1]);
954       }
955       twofish_setkey (&ctx, buffer[1], sizeof (buffer[1]));
956       for (j = 0; j < 1000; j++)
957         twofish_decrypt (&ctx, buffer[3], buffer[3]);
958       twofish_setkey (&ctx, buffer[0], sizeof (buffer[0]));
959       for (j = 0; j < 1000; j++)
960         twofish_decrypt (&ctx, buffer[2], buffer[2]);
961    }
962
963    /* Stop the timer, and print results. */
964    timer = clock () - timer;
965    printf (encrypt_msg);
966    printf (memcmp (buffer, test_decrypt, sizeof (test_decrypt)) ?
967            "decryption failure!\n" : "decryption OK!\n");
968    printf ("elapsed time: %.1f s.\n", (float) timer / CLOCKS_PER_SEC);
969
970    return 0;
971 }
972
973 #endif /* TEST */
974 \f
975 #ifdef IS_MODULE
976 static
977 #endif
978        const char *
979 _gcry_twofish_get_info (int algo, size_t *keylen,
980                   size_t *blocksize, size_t *contextsize,
981                   int  (**r_setkey) (void *c, byte *key, unsigned keylen),
982                   void (**r_encrypt) (void *c, byte *outbuf, byte *inbuf),
983                   void (**r_decrypt) (void *c, byte *outbuf, byte *inbuf)
984                  )
985 {
986     *keylen = algo==10? 256 : 128;
987     *blocksize = 16;
988     *contextsize = sizeof (TWOFISH_context);
989
990     *(int  (**)(TWOFISH_context*, const byte*, const unsigned))r_setkey
991                                                         = twofish_setkey;
992     *(void (**)(const TWOFISH_context*, byte*, const byte*))r_encrypt
993                                                         = twofish_encrypt;
994     *(void (**)(const TWOFISH_context*, byte*, const byte*))r_decrypt
995                                                         = twofish_decrypt;
996
997     if( algo == 10 )
998         return "TWOFISH";
999     if (algo == 102) /* This algorithm number is assigned for
1000                       * experiments, so we can use it */
1001         return "TWOFISH128";
1002     return NULL;
1003 }
1004
1005 #ifdef IS_MODULE
1006 const char * const gnupgext_version = "TWOFISH ($Revision$)";
1007
1008 static struct {
1009     int class;
1010     int version;
1011     int  value;
1012     void (*func)(void);
1013 } func_table[] = {
1014     { 20, 1, 0, (void(*)(void))_gcry_twofish_get_info },
1015     { 21, 1, 10  },
1016     { 21, 1, 102 },
1017 };
1018
1019
1020
1021 /****************
1022  * Enumerate the names of the functions together with information about
1023  * this function. Set sequence to an integer with a initial value of 0 and
1024  * do not change it.
1025  * If what is 0 all kind of functions are returned.
1026  * Return values: class := class of function:
1027  *                         10 = message digest algorithm info function
1028  *                         11 = integer with available md algorithms
1029  *                         20 = cipher algorithm info function
1030  *                         21 = integer with available cipher algorithms
1031  *                         30 = public key algorithm info function
1032  *                         31 = integer with available pubkey algorithms
1033  *                version = interface version of the function/pointer
1034  *                          (currently this is 1 for all functions)
1035  */
1036 void *
1037 gnupgext_enum_func ( int what, int *sequence, int *class, int *vers )
1038 {
1039     void *ret;
1040     int i = *sequence;
1041
1042     do {
1043         if ( i >= DIM(func_table) || i < 0 ) {
1044             return NULL;
1045         }
1046         *class = func_table[i].class;
1047         *vers  = func_table[i].version;
1048         switch( *class ) {
1049           case 11:
1050           case 21:
1051           case 31:
1052             ret = &func_table[i].value;
1053             break;
1054           default:
1055             ret = func_table[i].func;
1056             break;
1057         }
1058         i++;
1059     } while ( what && what != *class );
1060
1061     *sequence = i;
1062     return ret;
1063 }
1064 #endif /*IS_MODULE*/