cipher/sha512.c

   1 /* sha512.c - SHA384 and SHA512 hash functions
   2  *      Copyright (C) 2003 Free Software Foundation, Inc.
   3  *
   4  * Please see below for more legal information!
   5  *
   6  * This file is part of GnuPG.
   7  *
   8  * GnuPG is free software; you can redistribute it and/or modify
   9  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
  10  * the Free Software Foundation; either version 3 of the License, or
  11  * (at your option) any later version.
  12  *
  13  * GnuPG is distributed in the hope that it will be useful,
  14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  16  * GNU General Public License for more details.
  17  *
  18  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  19  * along with this program; if not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  20  */
  21
  22
  23 /*  Test vectors from FIPS-180-2:
  24  *
  25  *  "abc"
  26  * 384:
  27  *  CB00753F 45A35E8B B5A03D69 9AC65007 272C32AB 0EDED163
  28  *  1A8B605A 43FF5BED 8086072B A1E7CC23 58BAECA1 34C825A7
  29  * 512:
  30  *  DDAF35A1 93617ABA CC417349 AE204131 12E6FA4E 89A97EA2 0A9EEEE6 4B55D39A
  31  *  2192992A 274FC1A8 36BA3C23 A3FEEBBD 454D4423 643CE80E 2A9AC94F A54CA49F
  32  *
  33  *  "abcdefghbcdefghicdefghijdefghijkefghijklfghijklmghijklmnhijklmnoijklmnopjklmnopqklmnopqrlmnopqrsmnopqrstnopqrstu"
  34  * 384:
  35  *  09330C33 F71147E8 3D192FC7 82CD1B47 53111B17 3B3B05D2
  36  *  2FA08086 E3B0F712 FCC7C71A 557E2DB9 66C3E9FA 91746039
  37  * 512:
  38  *  8E959B75 DAE313DA 8CF4F728 14FC143F 8F7779C6 EB9F7FA1 7299AEAD B6889018
  39  *  501D289E 4900F7E4 331B99DE C4B5433A C7D329EE B6DD2654 5E96E55B 874BE909
  40  *
  41  *  "a" x 1000000
  42  * 384:
  43  *  9D0E1809 716474CB 086E834E 310A4A1C ED149E9C 00F24852
  44  *  7972CEC5 704C2A5B 07B8B3DC 38ECC4EB AE97DDD8 7F3D8985
  45  * 512:
  46  *  E718483D 0CE76964 4E2E42C7 BC15B463 8E1F98B1 3B204428 5632A803 AFA973EB
  47  *  DE0FF244 877EA60A 4CB0432C E577C31B EB009C5C 2C49AA2E 4EADB217 AD8CC09B
  48  */
  49
  50
  51 #include <config.h>
  52 #include <string.h>
  53 #include "util.h"
  54 #include "algorithms.h"
  55
  56
  57 typedef struct {
  58     u64  h0,h1,h2,h3,h4,h5,h6,h7;
  59     u64  nblocks;
  60     byte buf[128];
  61     int  count;
  62 } SHA512_CONTEXT;
  63
  64 static void
  65 burn_stack (int bytes)
  66 {
  67   char buf[128];
  68
  69   wipememory(buf,sizeof buf);
  70   bytes -= sizeof buf;
  71   if (bytes > 0)
  72     burn_stack (bytes);
  73 }
  74
  75
  76 void
  77 sha512_init( SHA512_CONTEXT *hd )
  78 {
  79   hd->h0 = U64_C(0x6a09e667f3bcc908);
  80   hd->h1 = U64_C(0xbb67ae8584caa73b);
  81   hd->h2 = U64_C(0x3c6ef372fe94f82b);
  82   hd->h3 = U64_C(0xa54ff53a5f1d36f1);
  83   hd->h4 = U64_C(0x510e527fade682d1);
  84   hd->h5 = U64_C(0x9b05688c2b3e6c1f);
  85   hd->h6 = U64_C(0x1f83d9abfb41bd6b);
  86   hd->h7 = U64_C(0x5be0cd19137e2179);
  87
  88   hd->nblocks = 0;
  89   hd->count = 0;
  90 }
  91
  92 void
  93 sha384_init( SHA512_CONTEXT *hd )
  94 {
  95   hd->h0 = U64_C(0xcbbb9d5dc1059ed8);
  96   hd->h1 = U64_C(0x629a292a367cd507);
  97   hd->h2 = U64_C(0x9159015a3070dd17);
  98   hd->h3 = U64_C(0x152fecd8f70e5939);
  99   hd->h4 = U64_C(0x67332667ffc00b31);
 100   hd->h5 = U64_C(0x8eb44a8768581511);
 101   hd->h6 = U64_C(0xdb0c2e0d64f98fa7);
 102   hd->h7 = U64_C(0x47b5481dbefa4fa4);
 103
 104   hd->nblocks = 0;
 105   hd->count = 0;
 106 }
 107
 108
 109 /****************
 110  * Transform the message W which consists of 16 64-bit-words
 111  */
 112 static void
 113 transform( SHA512_CONTEXT *hd, byte *data )
 114 {
 115   u64 a,b,c,d,e,f,g,h;
 116   u64 w[80];
 117   int t;
 118   static const u64 k[]=
 119     {
 120       U64_C(0x428a2f98d728ae22), U64_C(0x7137449123ef65cd),
 121       U64_C(0xb5c0fbcfec4d3b2f), U64_C(0xe9b5dba58189dbbc),
 122       U64_C(0x3956c25bf348b538), U64_C(0x59f111f1b605d019),
 123       U64_C(0x923f82a4af194f9b), U64_C(0xab1c5ed5da6d8118),
 124       U64_C(0xd807aa98a3030242), U64_C(0x12835b0145706fbe),
 125       U64_C(0x243185be4ee4b28c), U64_C(0x550c7dc3d5ffb4e2),
 126       U64_C(0x72be5d74f27b896f), U64_C(0x80deb1fe3b1696b1),
 127       U64_C(0x9bdc06a725c71235), U64_C(0xc19bf174cf692694),
 128       U64_C(0xe49b69c19ef14ad2), U64_C(0xefbe4786384f25e3),
 129       U64_C(0x0fc19dc68b8cd5b5), U64_C(0x240ca1cc77ac9c65),
 130       U64_C(0x2de92c6f592b0275), U64_C(0x4a7484aa6ea6e483),
 131       U64_C(0x5cb0a9dcbd41fbd4), U64_C(0x76f988da831153b5),
 132       U64_C(0x983e5152ee66dfab), U64_C(0xa831c66d2db43210),
 133       U64_C(0xb00327c898fb213f), U64_C(0xbf597fc7beef0ee4),
 134       U64_C(0xc6e00bf33da88fc2), U64_C(0xd5a79147930aa725),
 135       U64_C(0x06ca6351e003826f), U64_C(0x142929670a0e6e70),
 136       U64_C(0x27b70a8546d22ffc), U64_C(0x2e1b21385c26c926),
 137       U64_C(0x4d2c6dfc5ac42aed), U64_C(0x53380d139d95b3df),
 138       U64_C(0x650a73548baf63de), U64_C(0x766a0abb3c77b2a8),
 139       U64_C(0x81c2c92e47edaee6), U64_C(0x92722c851482353b),
 140       U64_C(0xa2bfe8a14cf10364), U64_C(0xa81a664bbc423001),
 141       U64_C(0xc24b8b70d0f89791), U64_C(0xc76c51a30654be30),
 142       U64_C(0xd192e819d6ef5218), U64_C(0xd69906245565a910),
 143       U64_C(0xf40e35855771202a), U64_C(0x106aa07032bbd1b8),
 144       U64_C(0x19a4c116b8d2d0c8), U64_C(0x1e376c085141ab53),
 145       U64_C(0x2748774cdf8eeb99), U64_C(0x34b0bcb5e19b48a8),
 146       U64_C(0x391c0cb3c5c95a63), U64_C(0x4ed8aa4ae3418acb),
 147       U64_C(0x5b9cca4f7763e373), U64_C(0x682e6ff3d6b2b8a3),
 148       U64_C(0x748f82ee5defb2fc), U64_C(0x78a5636f43172f60),
 149       U64_C(0x84c87814a1f0ab72), U64_C(0x8cc702081a6439ec),
 150       U64_C(0x90befffa23631e28), U64_C(0xa4506cebde82bde9),
 151       U64_C(0xbef9a3f7b2c67915), U64_C(0xc67178f2e372532b),
 152       U64_C(0xca273eceea26619c), U64_C(0xd186b8c721c0c207),
 153       U64_C(0xeada7dd6cde0eb1e), U64_C(0xf57d4f7fee6ed178),
 154       U64_C(0x06f067aa72176fba), U64_C(0x0a637dc5a2c898a6),
 155       U64_C(0x113f9804bef90dae), U64_C(0x1b710b35131c471b),
 156       U64_C(0x28db77f523047d84), U64_C(0x32caab7b40c72493),
 157       U64_C(0x3c9ebe0a15c9bebc), U64_C(0x431d67c49c100d4c),
 158       U64_C(0x4cc5d4becb3e42b6), U64_C(0x597f299cfc657e2a),
 159       U64_C(0x5fcb6fab3ad6faec), U64_C(0x6c44198c4a475817)
 160     };
 161
 162   /* get values from the chaining vars */
 163   a = hd->h0;
 164   b = hd->h1;
 165   c = hd->h2;
 166   d = hd->h3;
 167   e = hd->h4;
 168   f = hd->h5;
 169   g = hd->h6;
 170   h = hd->h7;
 171
 172 #ifdef BIG_ENDIAN_HOST
 173   memcpy( w, data, 128 );
 174 #else
 175   {
 176     int i;
 177     byte *p2;
 178
 179     for(i=0, p2=(byte*)w; i < 16; i++, p2 += 8 )
 180       {
 181         p2[7] = *data++;
 182         p2[6] = *data++;
 183         p2[5] = *data++;
 184         p2[4] = *data++;
 185         p2[3] = *data++;
 186         p2[2] = *data++;
 187         p2[1] = *data++;
 188         p2[0] = *data++;
 189       }
 190   }
 191 #endif
 192
 193 #define ROTR(x,n) (((x)>>(n)) | ((x)<<(64-(n))))
 194 #define Ch(x,y,z) (((x) & (y)) ^ ((~(x)) & (z)))
 195 #define Maj(x,y,z) (((x) & (y)) ^ ((x) & (z)) ^ ((y) & (z)))
 196 #define Sum0(x) (ROTR((x),28) ^ ROTR((x),34) ^ ROTR((x),39))
 197 #define Sum1(x) (ROTR((x),14) ^ ROTR((x),18) ^ ROTR((x),41))
 198 #define S0(x) (ROTR((x),1) ^ ROTR((x),8) ^ ((x)>>7))
 199 #define S1(x) (ROTR((x),19) ^ ROTR((x),61) ^ ((x)>>6))
 200
 201   for(t=16;t<80;t++)
 202     w[t] = S1(w[t-2]) + w[t-7] + S0(w[t-15]) + w[t-16];
 203
 204   for(t=0;t<80;t++)
 205     {
 206       u64 t1,t2;
 207
 208       t1=h+Sum1(e)+Ch(e,f,g)+k[t]+w[t];
 209       t2=Sum0(a)+Maj(a,b,c);
 210       h=g;
 211       g=f;
 212       f=e;
 213       e=d+t1;
 214       d=c;
 215       c=b;
 216       b=a;
 217       a=t1+t2;
 218
 219       /* printf("t=%d a=%016llX b=%016llX c=%016llX d=%016llX e=%016llX f=%016llX g=%016llX h=%016llX\n",t,a,b,c,d,e,f,g,h); */
 220     }
 221
 222   /* update chaining vars */
 223   hd->h0 += a;
 224   hd->h1 += b;
 225   hd->h2 += c;
 226   hd->h3 += d;
 227   hd->h4 += e;
 228   hd->h5 += f;
 229   hd->h6 += g;
 230   hd->h7 += h;
 231 }
 232
 233
 234 /* Update the message digest with the contents
 235  * of INBUF with length INLEN.
 236  */
 237 static void
 238 sha512_write( SHA512_CONTEXT *hd, byte *inbuf, size_t inlen)
 239 {
 240     if( hd->count == 128 ) { /* flush the buffer */
 241         transform( hd, hd->buf );
 242         burn_stack (768);
 243         hd->count = 0;
 244         hd->nblocks++;
 245     }
 246     if( !inbuf )
 247         return;
 248     if( hd->count ) {
 249         for( ; inlen && hd->count < 128; inlen-- )
 250             hd->buf[hd->count++] = *inbuf++;
 251         sha512_write( hd, NULL, 0 );
 252         if( !inlen )
 253             return;
 254     }
 255
 256     while( inlen >= 128 ) {
 257         transform( hd, inbuf );
 258         hd->count = 0;
 259         hd->nblocks++;
 260         inlen -= 128;
 261         inbuf += 128;
 262     }
 263     burn_stack (768);
 264     for( ; inlen && hd->count < 128; inlen-- )
 265         hd->buf[hd->count++] = *inbuf++;
 266 }
 267
 268
 269 /* The routine final terminates the computation and
 270  * returns the digest.
 271  * The handle is prepared for a new cycle, but adding bytes to the
 272  * handle will the destroy the returned buffer.
 273  * Returns: 64 bytes representing the digest.  When used for sha384,
 274  * we take the leftmost 48 of those bytes.
 275  */
 276
 277 static void
 278 sha512_final(SHA512_CONTEXT *hd)
 279 {
 280     u64 t, msb, lsb;
 281     byte *p;
 282
 283     sha512_write(hd, NULL, 0); /* flush */;
 284
 285     t = hd->nblocks;
 286     /* multiply by 128 to make a byte count */
 287     lsb = t << 7;
 288     msb = t >> 57;
 289     /* add the count */
 290     t = lsb;
 291     if( (lsb += hd->count) < t )
 292         msb++;
 293     /* multiply by 8 to make a bit count */
 294     t = lsb;
 295     lsb <<= 3;
 296     msb <<= 3;
 297     msb |= t >> 61;
 298
 299     if( hd->count < 112 ) { /* enough room */
 300         hd->buf[hd->count++] = 0x80; /* pad */
 301         while( hd->count < 112 )
 302             hd->buf[hd->count++] = 0;  /* pad */
 303     }
 304     else { /* need one extra block */
 305         hd->buf[hd->count++] = 0x80; /* pad character */
 306         while( hd->count < 128 )
 307             hd->buf[hd->count++] = 0;
 308         sha512_write(hd, NULL, 0);  /* flush */;
 309         memset(hd->buf, 0, 112 ); /* fill next block with zeroes */
 310     }
 311     /* append the 128 bit count */
 312     hd->buf[112] = msb >> 56;
 313     hd->buf[113] = msb >> 48;
 314     hd->buf[114] = msb >> 40;
 315     hd->buf[115] = msb >> 32;
 316     hd->buf[116] = msb >> 24;
 317     hd->buf[117] = msb >> 16;
 318     hd->buf[118] = msb >>  8;
 319     hd->buf[119] = msb     ;
 320
 321     hd->buf[120] = lsb >> 56;
 322     hd->buf[121] = lsb >> 48;
 323     hd->buf[122] = lsb >> 40;
 324     hd->buf[123] = lsb >> 32;
 325     hd->buf[124] = lsb >> 24;
 326     hd->buf[125] = lsb >> 16;
 327     hd->buf[126] = lsb >>  8;
 328     hd->buf[127] = lsb     ;
 329     transform( hd, hd->buf );
 330     burn_stack (768);
 331
 332     p = hd->buf;
 333 #ifdef BIG_ENDIAN_HOST
 334 #define X(a) do { *(u64*)p = hd->h##a ; p += 8; } while(0)
 335 #else /* little endian */
 336 #define X(a) do { *p++ = hd->h##a >> 56; *p++ = hd->h##a >> 48;  \
 337                       *p++ = hd->h##a >> 40; *p++ = hd->h##a >> 32;      \
 338                       *p++ = hd->h##a >> 24; *p++ = hd->h##a >> 16;      \
 339                       *p++ = hd->h##a >> 8; *p++ = hd->h##a; } while(0)
 340 #endif
 341     X(0);
 342     X(1);
 343     X(2);
 344     X(3);
 345     X(4);
 346     X(5);
 347     /* Note that these last two chunks are included even for SHA384.
 348        We just ignore them. */
 349     X(6);
 350     X(7);
 351 #undef X
 352 }
 353
 354 static byte *
 355 sha512_read( SHA512_CONTEXT *hd )
 356 {
 357   return hd->buf;
 358 }
 359
 360 /****************
 361  * Return some information about the algorithm.  We need algo here to
 362  * distinguish different flavors of the algorithm.
 363  * Returns: A pointer to string describing the algorithm or NULL if
 364  *          the ALGO is invalid.
 365  */
 366 const char *
 367 sha512_get_info( int algo, size_t *contextsize,
 368                  byte **r_asnoid, int *r_asnlen, int *r_mdlen,
 369                  void (**r_init)( void *c ),
 370                  void (**r_write)( void *c, byte *buf, size_t nbytes ),
 371                  void (**r_final)( void *c ),
 372                  byte *(**r_read)( void *c )
 373                  )
 374 {
 375   static byte asn[] = /* Object ID is 2.16.840.1.101.3.4.2.3 */
 376     {
 377       0x30, 0x51, 0x30, 0x0d, 0x06, 0x09, 0x60, 0x86,
 378       0x48, 0x01, 0x65, 0x03, 0x04, 0x02, 0x03, 0x05,
 379       0x00, 0x04, 0x40
 380     };
 381
 382     if( algo != 10 )
 383         return NULL;
 384
 385     *contextsize = sizeof(SHA512_CONTEXT);
 386     *r_asnoid = asn;
 387     *r_asnlen = DIM(asn);
 388     *r_mdlen = 64;
 389     *(void  (**)(SHA512_CONTEXT *))r_init                 = sha512_init;
 390     *(void  (**)(SHA512_CONTEXT *, byte*, size_t))r_write = sha512_write;
 391     *(void  (**)(SHA512_CONTEXT *))r_final                = sha512_final;
 392     *(byte *(**)(SHA512_CONTEXT *))r_read                 = sha512_read;
 393
 394     return "SHA512";
 395 }
 396
 397 /* SHA384 is really a truncated SHA512 with a different
 398    initialization */
 399 const char *
 400 sha384_get_info( int algo, size_t *contextsize,
 401                  byte **r_asnoid, int *r_asnlen, int *r_mdlen,
 402                  void (**r_init)( void *c ),
 403                  void (**r_write)( void *c, byte *buf, size_t nbytes ),
 404                  void (**r_final)( void *c ),
 405                  byte *(**r_read)( void *c )
 406                  )
 407 {
 408   static byte asn[] = /* Object ID is 2.16.840.1.101.3.4.2.2 */
 409     {
 410       0x30, 0x41, 0x30, 0x0d, 0x06, 0x09, 0x60, 0x86,
 411       0x48, 0x01, 0x65, 0x03, 0x04, 0x02, 0x02, 0x05,
 412       0x00, 0x04, 0x30
 413     };
 414
 415     if( algo != 9 )
 416         return NULL;
 417
 418     *contextsize = sizeof(SHA512_CONTEXT);
 419     *r_asnoid = asn;
 420     *r_asnlen = DIM(asn);
 421     *r_mdlen = 48;
 422     *(void  (**)(SHA512_CONTEXT *))r_init                 = sha384_init;
 423     *(void  (**)(SHA512_CONTEXT *, byte*, size_t))r_write = sha512_write;
 424     *(void  (**)(SHA512_CONTEXT *))r_final                = sha512_final;
 425     *(byte *(**)(SHA512_CONTEXT *))r_read                 = sha512_read;
 426
 427     return "SHA384";
 428 }