tools: Fix option parsing for gpg-zip.
[gnupg.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 "util.h"
31 #include "errors.h"
32 #include "algorithms.h"
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
548 static void
549 burn_stack (int bytes)
550 {
551     char buf[64];
552
553     wipememory(buf,sizeof buf);
554     bytes -= sizeof buf;
555     if (bytes > 0)
556         burn_stack (bytes);
557 }
558
559
560 /* Perform the key setup.  Note that this works only with 128- and 256-bit
561  * keys, despite the API that looks like it might support other sizes. */
562
563 static int
564 do_twofish_setkey (TWOFISH_context *ctx, const byte *key, unsigned int keylen)
565 {
566     int i, j, k;
567
568     /* Temporaries for CALC_K. */
569     u32 x, y;
570
571     /* The S vector used to key the S-boxes, split up into individual bytes.
572      * 128-bit keys use only sa through sh; 256-bit use all of them. */
573     byte sa = 0, sb = 0, sc = 0, sd = 0, se = 0, sf = 0, sg = 0, sh = 0;
574     byte si = 0, sj = 0, sk = 0, sl = 0, sm = 0, sn = 0, so = 0, sp = 0;
575
576     /* Temporary for CALC_S. */
577     byte tmp;
578
579     /* Flags for self-test. */
580     static int initialized = 0;
581     static const char *selftest_failed=0;
582
583     /* Check key length. */
584     if( ( ( keylen - 16 ) | 16 ) != 16 )
585         return G10ERR_WRONG_KEYLEN;
586
587     /* Do self-test if necessary. */
588     if (!initialized) {
589        initialized = 1;
590        selftest_failed = selftest ();
591        if( selftest_failed )
592          fprintf(stderr, "%s\n", selftest_failed );
593     }
594     if( selftest_failed )
595        return G10ERR_SELFTEST_FAILED;
596
597     /* Compute the first two words of the S vector.  The magic numbers are
598      * the entries of the RS matrix, preprocessed through poly_to_exp.  The
599      * numbers in the comments are the original (polynomial form) matrix
600      * entries. */
601     CALC_S (sa, sb, sc, sd, 0, 0x00, 0x2D, 0x01, 0x2D); /* 01 A4 02 A4 */
602     CALC_S (sa, sb, sc, sd, 1, 0x2D, 0xA4, 0x44, 0x8A); /* A4 56 A1 55 */
603     CALC_S (sa, sb, sc, sd, 2, 0x8A, 0xD5, 0xBF, 0xD1); /* 55 82 FC 87 */
604     CALC_S (sa, sb, sc, sd, 3, 0xD1, 0x7F, 0x3D, 0x99); /* 87 F3 C1 5A */
605     CALC_S (sa, sb, sc, sd, 4, 0x99, 0x46, 0x66, 0x96); /* 5A 1E 47 58 */
606     CALC_S (sa, sb, sc, sd, 5, 0x96, 0x3C, 0x5B, 0xED); /* 58 C6 AE DB */
607     CALC_S (sa, sb, sc, sd, 6, 0xED, 0x37, 0x4F, 0xE0); /* DB 68 3D 9E */
608     CALC_S (sa, sb, sc, sd, 7, 0xE0, 0xD0, 0x8C, 0x17); /* 9E E5 19 03 */
609     CALC_S (se, sf, sg, sh, 8, 0x00, 0x2D, 0x01, 0x2D); /* 01 A4 02 A4 */
610     CALC_S (se, sf, sg, sh, 9, 0x2D, 0xA4, 0x44, 0x8A); /* A4 56 A1 55 */
611     CALC_S (se, sf, sg, sh, 10, 0x8A, 0xD5, 0xBF, 0xD1); /* 55 82 FC 87 */
612     CALC_S (se, sf, sg, sh, 11, 0xD1, 0x7F, 0x3D, 0x99); /* 87 F3 C1 5A */
613     CALC_S (se, sf, sg, sh, 12, 0x99, 0x46, 0x66, 0x96); /* 5A 1E 47 58 */
614     CALC_S (se, sf, sg, sh, 13, 0x96, 0x3C, 0x5B, 0xED); /* 58 C6 AE DB */
615     CALC_S (se, sf, sg, sh, 14, 0xED, 0x37, 0x4F, 0xE0); /* DB 68 3D 9E */
616     CALC_S (se, sf, sg, sh, 15, 0xE0, 0xD0, 0x8C, 0x17); /* 9E E5 19 03 */
617
618     if (keylen == 32) { /* 256-bit key */
619         /* Calculate the remaining two words of the S vector */
620         CALC_S (si, sj, sk, sl, 16, 0x00, 0x2D, 0x01, 0x2D); /* 01 A4 02 A4 */
621         CALC_S (si, sj, sk, sl, 17, 0x2D, 0xA4, 0x44, 0x8A); /* A4 56 A1 55 */
622         CALC_S (si, sj, sk, sl, 18, 0x8A, 0xD5, 0xBF, 0xD1); /* 55 82 FC 87 */
623         CALC_S (si, sj, sk, sl, 19, 0xD1, 0x7F, 0x3D, 0x99); /* 87 F3 C1 5A */
624         CALC_S (si, sj, sk, sl, 20, 0x99, 0x46, 0x66, 0x96); /* 5A 1E 47 58 */
625         CALC_S (si, sj, sk, sl, 21, 0x96, 0x3C, 0x5B, 0xED); /* 58 C6 AE DB */
626         CALC_S (si, sj, sk, sl, 22, 0xED, 0x37, 0x4F, 0xE0); /* DB 68 3D 9E */
627         CALC_S (si, sj, sk, sl, 23, 0xE0, 0xD0, 0x8C, 0x17); /* 9E E5 19 03 */
628         CALC_S (sm, sn, so, sp, 24, 0x00, 0x2D, 0x01, 0x2D); /* 01 A4 02 A4 */
629         CALC_S (sm, sn, so, sp, 25, 0x2D, 0xA4, 0x44, 0x8A); /* A4 56 A1 55 */
630         CALC_S (sm, sn, so, sp, 26, 0x8A, 0xD5, 0xBF, 0xD1); /* 55 82 FC 87 */
631         CALC_S (sm, sn, so, sp, 27, 0xD1, 0x7F, 0x3D, 0x99); /* 87 F3 C1 5A */
632         CALC_S (sm, sn, so, sp, 28, 0x99, 0x46, 0x66, 0x96); /* 5A 1E 47 58 */
633         CALC_S (sm, sn, so, sp, 29, 0x96, 0x3C, 0x5B, 0xED); /* 58 C6 AE DB */
634         CALC_S (sm, sn, so, sp, 30, 0xED, 0x37, 0x4F, 0xE0); /* DB 68 3D 9E */
635         CALC_S (sm, sn, so, sp, 31, 0xE0, 0xD0, 0x8C, 0x17); /* 9E E5 19 03 */
636
637         /* Compute the S-boxes. */
638         for(i=j=0,k=1; i < 256; i++, j += 2, k += 2 ) {
639             CALC_SB256_2( i, calc_sb_tbl[j], calc_sb_tbl[k] );
640         }
641
642         /* Calculate whitening and round subkeys.  The constants are
643          * indices of subkeys, preprocessed through q0 and q1. */
644         CALC_K256 (w, 0, 0xA9, 0x75, 0x67, 0xF3);
645         CALC_K256 (w, 2, 0xB3, 0xC6, 0xE8, 0xF4);
646         CALC_K256 (w, 4, 0x04, 0xDB, 0xFD, 0x7B);
647         CALC_K256 (w, 6, 0xA3, 0xFB, 0x76, 0xC8);
648         CALC_K256 (k, 0, 0x9A, 0x4A, 0x92, 0xD3);
649         CALC_K256 (k, 2, 0x80, 0xE6, 0x78, 0x6B);
650         CALC_K256 (k, 4, 0xE4, 0x45, 0xDD, 0x7D);
651         CALC_K256 (k, 6, 0xD1, 0xE8, 0x38, 0x4B);
652         CALC_K256 (k, 8, 0x0D, 0xD6, 0xC6, 0x32);
653         CALC_K256 (k, 10, 0x35, 0xD8, 0x98, 0xFD);
654         CALC_K256 (k, 12, 0x18, 0x37, 0xF7, 0x71);
655         CALC_K256 (k, 14, 0xEC, 0xF1, 0x6C, 0xE1);
656         CALC_K256 (k, 16, 0x43, 0x30, 0x75, 0x0F);
657         CALC_K256 (k, 18, 0x37, 0xF8, 0x26, 0x1B);
658         CALC_K256 (k, 20, 0xFA, 0x87, 0x13, 0xFA);
659         CALC_K256 (k, 22, 0x94, 0x06, 0x48, 0x3F);
660         CALC_K256 (k, 24, 0xF2, 0x5E, 0xD0, 0xBA);
661         CALC_K256 (k, 26, 0x8B, 0xAE, 0x30, 0x5B);
662         CALC_K256 (k, 28, 0x84, 0x8A, 0x54, 0x00);
663         CALC_K256 (k, 30, 0xDF, 0xBC, 0x23, 0x9D);
664     }
665     else {
666         /* Compute the S-boxes. */
667         for(i=j=0,k=1; i < 256; i++, j += 2, k += 2 ) {
668             CALC_SB_2( i, calc_sb_tbl[j], calc_sb_tbl[k] );
669         }
670
671         /* Calculate whitening and round subkeys.  The constants are
672          * indices of subkeys, preprocessed through q0 and q1. */
673         CALC_K (w, 0, 0xA9, 0x75, 0x67, 0xF3);
674         CALC_K (w, 2, 0xB3, 0xC6, 0xE8, 0xF4);
675         CALC_K (w, 4, 0x04, 0xDB, 0xFD, 0x7B);
676         CALC_K (w, 6, 0xA3, 0xFB, 0x76, 0xC8);
677         CALC_K (k, 0, 0x9A, 0x4A, 0x92, 0xD3);
678         CALC_K (k, 2, 0x80, 0xE6, 0x78, 0x6B);
679         CALC_K (k, 4, 0xE4, 0x45, 0xDD, 0x7D);
680         CALC_K (k, 6, 0xD1, 0xE8, 0x38, 0x4B);
681         CALC_K (k, 8, 0x0D, 0xD6, 0xC6, 0x32);
682         CALC_K (k, 10, 0x35, 0xD8, 0x98, 0xFD);
683         CALC_K (k, 12, 0x18, 0x37, 0xF7, 0x71);
684         CALC_K (k, 14, 0xEC, 0xF1, 0x6C, 0xE1);
685         CALC_K (k, 16, 0x43, 0x30, 0x75, 0x0F);
686         CALC_K (k, 18, 0x37, 0xF8, 0x26, 0x1B);
687         CALC_K (k, 20, 0xFA, 0x87, 0x13, 0xFA);
688         CALC_K (k, 22, 0x94, 0x06, 0x48, 0x3F);
689         CALC_K (k, 24, 0xF2, 0x5E, 0xD0, 0xBA);
690         CALC_K (k, 26, 0x8B, 0xAE, 0x30, 0x5B);
691         CALC_K (k, 28, 0x84, 0x8A, 0x54, 0x00);
692         CALC_K (k, 30, 0xDF, 0xBC, 0x23, 0x9D);
693     }
694
695     return 0;
696 }
697
698 static int
699 twofish_setkey (void *ctx, const byte *key, unsigned int keylen)
700 {
701     int rc = do_twofish_setkey (ctx, key, keylen);
702     burn_stack (23+6*sizeof(void*));
703     return rc;
704 }
705
706
707 \f
708 /* Macros to compute the g() function in the encryption and decryption
709  * rounds.  G1 is the straight g() function; G2 includes the 8-bit
710  * rotation for the high 32-bit word. */
711
712 #define G1(a) \
713      (ctx->s[0][(a) & 0xFF]) ^ (ctx->s[1][((a) >> 8) & 0xFF]) \
714    ^ (ctx->s[2][((a) >> 16) & 0xFF]) ^ (ctx->s[3][(a) >> 24])
715
716 #define G2(b) \
717      (ctx->s[1][(b) & 0xFF]) ^ (ctx->s[2][((b) >> 8) & 0xFF]) \
718    ^ (ctx->s[3][((b) >> 16) & 0xFF]) ^ (ctx->s[0][(b) >> 24])
719
720 /* Encryption and decryption Feistel rounds.  Each one calls the two g()
721  * macros, does the PHT, and performs the XOR and the appropriate bit
722  * rotations.  The parameters are the round number (used to select subkeys),
723  * and the four 32-bit chunks of the text. */
724
725 #define ENCROUND(n, a, b, c, d) \
726    x = G1 (a); y = G2 (b); \
727    x += y; y += x + ctx->k[2 * (n) + 1]; \
728    (c) ^= x + ctx->k[2 * (n)]; \
729    (c) = ((c) >> 1) + ((c) << 31); \
730    (d) = (((d) << 1)+((d) >> 31)) ^ y
731
732 #define DECROUND(n, a, b, c, d) \
733    x = G1 (a); y = G2 (b); \
734    x += y; y += x; \
735    (d) ^= y + ctx->k[2 * (n) + 1]; \
736    (d) = ((d) >> 1) + ((d) << 31); \
737    (c) = (((c) << 1)+((c) >> 31)); \
738    (c) ^= (x + ctx->k[2 * (n)])
739
740 /* Encryption and decryption cycles; each one is simply two Feistel rounds
741  * with the 32-bit chunks re-ordered to simulate the "swap" */
742
743 #define ENCCYCLE(n) \
744    ENCROUND (2 * (n), a, b, c, d); \
745    ENCROUND (2 * (n) + 1, c, d, a, b)
746
747 #define DECCYCLE(n) \
748    DECROUND (2 * (n) + 1, c, d, a, b); \
749    DECROUND (2 * (n), a, b, c, d)
750
751 /* Macros to convert the input and output bytes into 32-bit words,
752  * and simultaneously perform the whitening step.  INPACK packs word
753  * number n into the variable named by x, using whitening subkey number m.
754  * OUTUNPACK unpacks word number n from the variable named by x, using
755  * whitening subkey number m. */
756
757 #define INPACK(n, x, m) \
758    x = in[4 * (n)] ^ (in[4 * (n) + 1] << 8) \
759      ^ (in[4 * (n) + 2] << 16) ^ ((u32)in[4 * (n) + 3] << 24) ^ ctx->w[m]
760
761 #define OUTUNPACK(n, x, m) \
762    x ^= ctx->w[m]; \
763    out[4 * (n)] = x; out[4 * (n) + 1] = x >> 8; \
764    out[4 * (n) + 2] = x >> 16; out[4 * (n) + 3] = x >> 24
765 \f
766 /* Encrypt one block.  in and out may be the same. */
767
768 static void
769 do_twofish_encrypt (const TWOFISH_context *ctx, byte *out, const byte *in)
770 {
771    /* The four 32-bit chunks of the text. */
772    u32 a, b, c, d;
773
774    /* Temporaries used by the round function. */
775    u32 x, y;
776
777    /* Input whitening and packing. */
778    INPACK (0, a, 0);
779    INPACK (1, b, 1);
780    INPACK (2, c, 2);
781    INPACK (3, d, 3);
782
783    /* Encryption Feistel cycles. */
784    ENCCYCLE (0);
785    ENCCYCLE (1);
786    ENCCYCLE (2);
787    ENCCYCLE (3);
788    ENCCYCLE (4);
789    ENCCYCLE (5);
790    ENCCYCLE (6);
791    ENCCYCLE (7);
792
793    /* Output whitening and unpacking. */
794    OUTUNPACK (0, c, 4);
795    OUTUNPACK (1, d, 5);
796    OUTUNPACK (2, a, 6);
797    OUTUNPACK (3, b, 7);
798 }
799
800 static void
801 twofish_encrypt (void *ctx, byte *out, const byte *in)
802 {
803     do_twofish_encrypt (ctx, out, in);
804     burn_stack (24+3*sizeof (void*));
805 }
806 \f
807 /* Decrypt one block.  in and out may be the same. */
808
809 static void
810 do_twofish_decrypt (const TWOFISH_context *ctx, byte *out, const byte *in)
811 {
812    /* The four 32-bit chunks of the text. */
813    u32 a, b, c, d;
814
815    /* Temporaries used by the round function. */
816    u32 x, y;
817
818    /* Input whitening and packing. */
819    INPACK (0, c, 4);
820    INPACK (1, d, 5);
821    INPACK (2, a, 6);
822    INPACK (3, b, 7);
823
824    /* Encryption Feistel cycles. */
825    DECCYCLE (7);
826    DECCYCLE (6);
827    DECCYCLE (5);
828    DECCYCLE (4);
829    DECCYCLE (3);
830    DECCYCLE (2);
831    DECCYCLE (1);
832    DECCYCLE (0);
833
834    /* Output whitening and unpacking. */
835    OUTUNPACK (0, a, 0);
836    OUTUNPACK (1, b, 1);
837    OUTUNPACK (2, c, 2);
838    OUTUNPACK (3, d, 3);
839 }
840
841 static void
842 twofish_decrypt (void *ctx, byte *out, const byte *in)
843 {
844     do_twofish_decrypt (ctx, out, in);
845     burn_stack (24+3*sizeof (void*));
846 }
847 \f
848 /* Test a single encryption and decryption with each key size. */
849
850 static const char*
851 selftest (void)
852 {
853    TWOFISH_context ctx; /* Expanded key. */
854    byte scratch[16];    /* Encryption/decryption result buffer. */
855
856    /* Test vectors for single encryption/decryption.  Note that I am using
857     * the vectors from the Twofish paper's "known answer test", I=3 for
858     * 128-bit and I=4 for 256-bit, instead of the all-0 vectors from the
859     * "intermediate value test", because an all-0 key would trigger all the
860     * special cases in the RS matrix multiply, leaving the math untested. */
861    static const byte plaintext[16] = {
862       0xD4, 0x91, 0xDB, 0x16, 0xE7, 0xB1, 0xC3, 0x9E,
863       0x86, 0xCB, 0x08, 0x6B, 0x78, 0x9F, 0x54, 0x19
864    };
865    static const byte key[16] = {
866       0x9F, 0x58, 0x9F, 0x5C, 0xF6, 0x12, 0x2C, 0x32,
867       0xB6, 0xBF, 0xEC, 0x2F, 0x2A, 0xE8, 0xC3, 0x5A
868    };
869    static const byte ciphertext[16] = {
870       0x01, 0x9F, 0x98, 0x09, 0xDE, 0x17, 0x11, 0x85,
871       0x8F, 0xAA, 0xC3, 0xA3, 0xBA, 0x20, 0xFB, 0xC3
872    };
873    static const byte plaintext_256[16] = {
874       0x90, 0xAF, 0xE9, 0x1B, 0xB2, 0x88, 0x54, 0x4F,
875       0x2C, 0x32, 0xDC, 0x23, 0x9B, 0x26, 0x35, 0xE6
876    };
877    static const byte key_256[32] = {
878       0xD4, 0x3B, 0xB7, 0x55, 0x6E, 0xA3, 0x2E, 0x46,
879       0xF2, 0xA2, 0x82, 0xB7, 0xD4, 0x5B, 0x4E, 0x0D,
880       0x57, 0xFF, 0x73, 0x9D, 0x4D, 0xC9, 0x2C, 0x1B,
881       0xD7, 0xFC, 0x01, 0x70, 0x0C, 0xC8, 0x21, 0x6F
882    };
883    static const byte ciphertext_256[16] = {
884       0x6C, 0xB4, 0x56, 0x1C, 0x40, 0xBF, 0x0A, 0x97,
885       0x05, 0x93, 0x1C, 0xB6, 0xD4, 0x08, 0xE7, 0xFA
886    };
887
888    twofish_setkey (&ctx, key, sizeof(key));
889    twofish_encrypt (&ctx, scratch, plaintext);
890    if (memcmp (scratch, ciphertext, sizeof (ciphertext)))
891      return "Twofish-128 test encryption failed.";
892    twofish_decrypt (&ctx, scratch, scratch);
893    if (memcmp (scratch, plaintext, sizeof (plaintext)))
894      return "Twofish-128 test decryption failed.";
895
896    twofish_setkey (&ctx, key_256, sizeof(key_256));
897    twofish_encrypt (&ctx, scratch, plaintext_256);
898    if (memcmp (scratch, ciphertext_256, sizeof (ciphertext_256)))
899      return "Twofish-256 test encryption failed.";
900    twofish_decrypt (&ctx, scratch, scratch);
901    if (memcmp (scratch, plaintext_256, sizeof (plaintext_256)))
902      return "Twofish-256 test decryption failed.";
903
904    return NULL;
905 }
906 \f
907 /* More complete test program.  This does 1000 encryptions and decryptions
908  * with each of 250 128-bit keys and 2000 encryptions and decryptions with
909  * each of 125 256-bit keys, using a feedback scheme similar to a Feistel
910  * cipher, so as to be sure of testing all the table entries pretty
911  * thoroughly.  We keep changing the keys so as to get a more meaningful
912  * performance number, since the key setup is non-trivial for Twofish. */
913
914 #ifdef TEST
915
916 #include <stdio.h>
917 #include <string.h>
918 #include <time.h>
919
920 int
921 main()
922 {
923    TWOFISH_context ctx;     /* Expanded key. */
924    int i, j;                /* Loop counters. */
925
926    const char *encrypt_msg; /* Message to print regarding encryption test;
927                              * the printf is done outside the loop to avoid
928                              * stuffing up the timing. */
929    clock_t timer; /* For computing elapsed time. */
930
931    /* Test buffer. */
932    byte buffer[4][16] = {
933       {0x00, 0x11, 0x22, 0x33, 0x44, 0x55, 0x66, 0x77,
934        0x88, 0x99, 0xAA, 0xBB, 0xCC, 0xDD, 0xEE, 0xFF},
935       {0x0F, 0x1E, 0x2D, 0x3C, 0x4B, 0x5A, 0x69, 0x78,
936        0x87, 0x96, 0xA5, 0xB4, 0xC3, 0xD2 ,0xE1, 0xF0},
937       {0x01, 0x23, 0x45, 0x67, 0x89, 0xAB, 0xCD, 0xEF,
938        0xFE, 0xDC, 0xBA, 0x98, 0x76, 0x54 ,0x32, 0x10},
939       {0x01, 0x23, 0x45, 0x67, 0x76, 0x54 ,0x32, 0x10,
940        0x89, 0xAB, 0xCD, 0xEF, 0xFE, 0xDC, 0xBA, 0x98}
941    };
942
943    /* Expected outputs for the million-operation test */
944    static const byte test_encrypt[4][16] = {
945       {0xC8, 0x23, 0xB8, 0xB7, 0x6B, 0xFE, 0x91, 0x13,
946        0x2F, 0xA7, 0x5E, 0xE6, 0x94, 0x77, 0x6F, 0x6B},
947       {0x90, 0x36, 0xD8, 0x29, 0xD5, 0x96, 0xC2, 0x8E,
948        0xE4, 0xFF, 0x76, 0xBC, 0xE5, 0x77, 0x88, 0x27},
949       {0xB8, 0x78, 0x69, 0xAF, 0x42, 0x8B, 0x48, 0x64,
950        0xF7, 0xE9, 0xF3, 0x9C, 0x42, 0x18, 0x7B, 0x73},
951       {0x7A, 0x88, 0xFB, 0xEB, 0x90, 0xA4, 0xB4, 0xA8,
952        0x43, 0xA3, 0x1D, 0xF1, 0x26, 0xC4, 0x53, 0x57}
953    };
954    static const byte test_decrypt[4][16] = {
955       {0x00, 0x11, 0x22, 0x33, 0x44, 0x55, 0x66, 0x77,
956        0x88, 0x99, 0xAA, 0xBB, 0xCC, 0xDD, 0xEE, 0xFF},
957       {0x0F, 0x1E, 0x2D, 0x3C, 0x4B, 0x5A, 0x69, 0x78,
958        0x87, 0x96, 0xA5, 0xB4, 0xC3, 0xD2 ,0xE1, 0xF0},
959       {0x01, 0x23, 0x45, 0x67, 0x89, 0xAB, 0xCD, 0xEF,
960        0xFE, 0xDC, 0xBA, 0x98, 0x76, 0x54 ,0x32, 0x10},
961       {0x01, 0x23, 0x45, 0x67, 0x76, 0x54 ,0x32, 0x10,
962        0x89, 0xAB, 0xCD, 0xEF, 0xFE, 0xDC, 0xBA, 0x98}
963    };
964
965    /* Start the timer ticking. */
966    timer = clock ();
967
968    /* Encryption test. */
969    for (i = 0; i < 125; i++) {
970       twofish_setkey (&ctx, buffer[0], sizeof (buffer[0]));
971       for (j = 0; j < 1000; j++)
972         twofish_encrypt (&ctx, buffer[2], buffer[2]);
973       twofish_setkey (&ctx, buffer[1], sizeof (buffer[1]));
974       for (j = 0; j < 1000; j++)
975         twofish_encrypt (&ctx, buffer[3], buffer[3]);
976       twofish_setkey (&ctx, buffer[2], sizeof (buffer[2])*2);
977       for (j = 0; j < 1000; j++) {
978         twofish_encrypt (&ctx, buffer[0], buffer[0]);
979         twofish_encrypt (&ctx, buffer[1], buffer[1]);
980       }
981    }
982    encrypt_msg = memcmp (buffer, test_encrypt, sizeof (test_encrypt)) ?
983                  "encryption failure!\n" : "encryption OK!\n";
984
985    /* Decryption test. */
986    for (i = 0; i < 125; i++) {
987       twofish_setkey (&ctx, buffer[2], sizeof (buffer[2])*2);
988       for (j = 0; j < 1000; j++) {
989         twofish_decrypt (&ctx, buffer[0], buffer[0]);
990         twofish_decrypt (&ctx, buffer[1], buffer[1]);
991       }
992       twofish_setkey (&ctx, buffer[1], sizeof (buffer[1]));
993       for (j = 0; j < 1000; j++)
994         twofish_decrypt (&ctx, buffer[3], buffer[3]);
995       twofish_setkey (&ctx, buffer[0], sizeof (buffer[0]));
996       for (j = 0; j < 1000; j++)
997         twofish_decrypt (&ctx, buffer[2], buffer[2]);
998    }
999
1000    /* Stop the timer, and print results. */
1001    timer = clock () - timer;
1002    printf (encrypt_msg);
1003    printf (memcmp (buffer, test_decrypt, sizeof (test_decrypt)) ?
1004            "decryption failure!\n" : "decryption OK!\n");
1005    printf ("elapsed time: %.1f s.\n", (float) timer / CLOCKS_PER_SEC);
1006
1007    return 0;
1008 }
1009
1010 #endif /* TEST */
1011
1012 const char *
1013 twofish_get_info(int algo, size_t *keylen,
1014                  size_t *blocksize, size_t *contextsize,
1015                  int (**r_setkey) (void *c, const byte *key, unsigned keylen),
1016                  void (**r_encrypt) (void *c, byte *outbuf, const byte *inbuf),
1017                  void (**r_decrypt) (void *c, byte *outbuf, const byte *inbuf)
1018                  )
1019 {
1020     *keylen = algo==10? 256 : 128;
1021     *blocksize = 16;
1022     *contextsize = sizeof (TWOFISH_context);
1023
1024     *r_setkey = twofish_setkey;
1025     *r_encrypt = twofish_encrypt;
1026     *r_decrypt = twofish_decrypt;
1027
1028     if( algo == 10 )
1029         return "TWOFISH";
1030     if (algo == 102) /* This algorithm number is assigned for
1031                       * experiments, so we can use it */
1032         return "TWOFISH128";
1033     return NULL;
1034 }