fips/des/fips_desmovs.c

   1 /*---------------------------------------------
   2   NIST DES Modes of Operation Validation System
   3   Test Program
   4
   5   Based on the AES Validation Suite, which was:
   6   Copyright
   7   V-ONE Corporation
   8   20250 Century Blvd, Suite 300
   9   Germantown, MD 20874
  10   U.S.A.
  11   ----------------------------------------------*/
  12
  13 #include <stdio.h>
  14 #include <stdlib.h>
  15 #include <string.h>
  16 #include <errno.h>
  17 #include <assert.h>
  18
  19 #include <openssl/des.h>
  20 #include <openssl/evp.h>
  21 #include <openssl/fips.h>
  22 #include <openssl/err.h>
  23
  24 //#define AES_BLOCK_SIZE 16
  25
  26 #define VERBOSE 0
  27
  28 /*-----------------------------------------------*/
  29
  30 int DESTest(EVP_CIPHER_CTX *ctx,
  31             char *amode, int akeysz, unsigned char *aKey,
  32             unsigned char *iVec,
  33             int dir,  /* 0 = decrypt, 1 = encrypt */
  34             unsigned char *out, unsigned char *in, int len)
  35     {
  36     const EVP_CIPHER *cipher = NULL;
  37     int ret = 1;
  38     int kt = 0;
  39
  40     if (ctx)
  41         memset(ctx, 0, sizeof(EVP_CIPHER_CTX));
  42
  43     if (strcasecmp(amode, "CBC") == 0)
  44         kt = 1000;
  45     else if (strcasecmp(amode, "ECB") == 0)
  46         kt = 2000;
  47     else if (strcasecmp(amode, "CFB64") == 0)
  48         kt = 3000;
  49     else if (strncasecmp(amode, "OFB", 3) == 0)
  50         kt = 4000;
  51     else if(!strcasecmp(amode,"CFB1"))
  52         kt=5000;
  53     else if(!strcasecmp(amode,"CFB8"))
  54         kt=6000;
  55     else
  56         {
  57         printf("Unknown mode: %s\n", amode);
  58         exit(1);
  59         }
  60     if (ret)
  61         {
  62         if (akeysz != 64)
  63             {
  64             printf("Invalid key size: %d\n", akeysz);
  65             ret = 0;
  66             }
  67         else
  68             {
  69             kt += akeysz;
  70             switch (kt)
  71                 {
  72             case 1064:
  73                 cipher=EVP_des_cbc();
  74                 break;
  75             case 2064:
  76                 cipher=EVP_des_ecb();
  77                 break;
  78             case 3064:
  79                 cipher=EVP_des_cfb64();
  80                 break;
  81             case 4064:
  82                 cipher=EVP_des_ofb();
  83                 break;
  84             case 5064:
  85                 cipher=EVP_des_cfb1();
  86                 break;
  87             case 6064:
  88                 cipher=EVP_des_cfb8();
  89                 break;
  90             default:
  91                 printf("Didn't handle mode %d\n",kt);
  92                 exit(1);
  93                 }
  94             if(!EVP_CipherInit(ctx, cipher, aKey, iVec, dir))
  95                 {
  96                 ERR_print_errors_fp(stderr);
  97                 exit(1);
  98                 }
  99             EVP_Cipher(ctx, out, in, len);
 100             }
 101         }
 102     return ret;
 103     }
 104
 105 /*-----------------------------------------------*/
 106
 107 int hex2bin(char *in, int len, unsigned char *out)
 108     {
 109     int n1, n2;
 110     unsigned char ch;
 111
 112     for (n1 = 0, n2 = 0; n1 < len; )
 113         { /* first byte */
 114         if ((in[n1] >= '0') && (in[n1] <= '9'))
 115             ch = in[n1++] - '0';
 116         else if ((in[n1] >= 'A') && (in[n1] <= 'F'))
 117             ch = in[n1++] - 'A' + 10;
 118         else if ((in[n1] >= 'a') && (in[n1] <= 'f'))
 119             ch = in[n1++] - 'a' + 10;
 120         else
 121             return -1;
 122         if(len == 1)
 123             {
 124             out[n2++]=ch;
 125             break;
 126             }
 127         out[n2] = ch << 4;
 128         /* second byte */
 129         if ((in[n1] >= '0') && (in[n1] <= '9'))
 130             ch = in[n1++] - '0';
 131         else if ((in[n1] >= 'A') && (in[n1] <= 'F'))
 132             ch = in[n1++] - 'A' + 10;
 133         else if ((in[n1] >= 'a') && (in[n1] <= 'f'))
 134             ch = in[n1++] - 'a' + 10;
 135         else
 136             return -1;
 137         out[n2++] |= ch;
 138         }
 139     return n2;
 140     }
 141
 142 /*-----------------------------------------------*/
 143
 144 int bin2hex(unsigned char *in, int len, char *out)
 145     {
 146     int n1, n2;
 147     unsigned char ch;
 148
 149     for (n1 = 0, n2 = 0; n1 < len; ++n1)
 150         {
 151         /* first nibble */
 152         ch = in[n1] >> 4;
 153         if (ch <= 0x09)
 154             out[n2++] = ch + '0';
 155         else
 156             out[n2++] = ch - 10 + 'a';
 157         /* second nibble */
 158         ch = in[n1] & 0x0f;
 159         if (ch <= 0x09)
 160             out[n2++] = ch + '0';
 161         else
 162             out[n2++] = ch - 10 + 'a';
 163         }
 164     return n2;
 165     }
 166
 167 /* NB: this return the number of _bits_ read */
 168 int bint2bin(const char *in, int len, unsigned char *out)
 169     {
 170     int n;
 171
 172     memset(out,0,len);
 173     for(n=0 ; n < len ; ++n)
 174         if(in[n] == '1')
 175             out[n/8]|=(0x80 >> (n%8));
 176     return len;
 177     }
 178
 179 int bin2bint(const unsigned char *in,int len,char *out)
 180     {
 181     int n;
 182
 183     for(n=0 ; n < len ; ++n)
 184         out[n]=(in[n/8]&(0x80 >> (n%8))) ? '1' : '0';
 185     return n;
 186     }
 187
 188 /*-----------------------------------------------*/
 189
 190 void PrintValue(char *tag, unsigned char *val, int len)
 191     {
 192 #if VERBOSE
 193     char obuf[2048];
 194     int olen;
 195     olen = bin2hex(val, len, obuf);
 196     printf("%s = %.*s\n", tag, olen, obuf);
 197 #endif
 198     }
 199
 200 void DebugValue(char *tag, unsigned char *val, int len)
 201     {
 202     char obuf[2048];
 203     int olen;
 204     olen = bin2hex(val, len, obuf);
 205     printf("%s = %.*s\n", tag, olen, obuf);
 206     }
 207
 208 void OutputValue(char *tag, unsigned char *val, int len, FILE *rfp,int bitmode)
 209     {
 210     char obuf[2048];
 211     int olen;
 212
 213     if(bitmode)
 214         olen=bin2bint(val,len,obuf);
 215     else
 216         olen=bin2hex(val,len,obuf);
 217
 218     fprintf(rfp, "%s = %.*s\n", tag, olen, obuf);
 219 #if VERBOSE
 220     printf("%s = %.*s\n", tag, olen, obuf);
 221 #endif
 222     }
 223
 224 void shiftin(unsigned char *dst,unsigned char *src,int nbits)
 225     {
 226     int n;
 227
 228     /* move the bytes... */
 229     memmove(dst,dst+nbits/8,8-nbits/8);
 230     /* append new data */
 231     memcpy(dst+8-nbits/8,src,(nbits+7)/8);
 232     /* left shift the bits */
 233     if(nbits%8)
 234         for(n=0 ; n < 8 ; ++n)
 235             dst[n]=(dst[n] << (nbits%8))|(dst[n+1] >> (8-nbits%8));
 236     }
 237
 238 /*-----------------------------------------------*/
 239 char *t_tag[2] = {"PLAINTEXT", "CIPHERTEXT"};
 240 char *t_mode[6] = {"CBC","ECB","OFB","CFB1","CFB8","CFB64"};
 241 enum Mode {CBC, ECB, OFB, CFB1, CFB8, CFB64};
 242 int Sizes[6]={64,0,64,1,8,64};
 243 enum XCrypt {XDECRYPT, XENCRYPT};
 244
 245 void do_mct(char *amode,
 246             int akeysz, unsigned char *akey,unsigned char *ivec,
 247             int dir, unsigned char *text, int len,
 248             FILE *rfp)
 249     {
 250     int i,imode;
 251     unsigned char nk[16]; // double size to make the bitshift easier
 252
 253     for (imode=0 ; imode < 6 ; ++imode)
 254         if(!strcmp(amode,t_mode[imode]))
 255             break;
 256     if (imode == 6)
 257         {
 258         printf("Unrecognized mode: %s\n", amode);
 259         exit(1);
 260         }
 261
 262     for(i=0 ; i < 400 ; ++i)
 263         {
 264         int j;
 265         int n;
 266         EVP_CIPHER_CTX ctx;
 267         unsigned char old_iv[8];
 268
 269         fprintf(rfp,"\nCOUNT = %d\n",i);
 270         OutputValue("KEY",akey,akeysz/8,rfp,0);
 271         if(imode != ECB)
 272             OutputValue("IV",ivec,8,rfp,0);
 273         OutputValue(t_tag[dir^1],text,len,rfp,imode == CFB1);
 274
 275         /* compensate for endianness */
 276         if(imode == CFB1)
 277             text[0]<<=7;
 278
 279         for(j=0 ; j < 10000 ; ++j)
 280             {
 281             if(j == 0)
 282                 {
 283                 memcpy(old_iv,ivec,8);
 284                 DESTest(&ctx,amode,akeysz,akey,ivec,dir,text,text,len);
 285                 }
 286             else
 287                 {
 288                 memcpy(old_iv,ctx.iv,8);
 289                 EVP_Cipher(&ctx,text,text,len);
 290                 }
 291             if(j == 9999)
 292                 {
 293                 OutputValue(t_tag[dir],text,len,rfp,imode == CFB1);
 294                 //              memcpy(ivec,text,8);
 295                 }
 296             //      DebugValue("iv",ctx.iv,8);
 297             /* accumulate material for the next key */
 298             shiftin(nk,text,Sizes[imode]);
 299             //      DebugValue("nk",nk,8);
 300             if(imode == CFB1 || imode == CFB8 || imode == CBC)
 301                 memcpy(text,old_iv,8);
 302             }
 303         for(n=0 ; n < 8 ; ++n)
 304             akey[n]^=nk[n];
 305         memcpy(ivec,ctx.iv,8);
 306         }
 307     }
 308
 309 int proc_file(char *rqfile)
 310     {
 311     char afn[256], rfn[256];
 312     FILE *afp = NULL, *rfp = NULL;
 313     char ibuf[2048];
 314     int ilen, len, ret = 0;
 315     char algo[8] = "";
 316     char amode[8] = "";
 317     char atest[100] = "";
 318     int akeysz=0;
 319     unsigned char iVec[20], aKey[40];
 320     int dir = -1, err = 0, step = 0;
 321     unsigned char plaintext[2048];
 322     unsigned char ciphertext[2048];
 323     char *rp;
 324     EVP_CIPHER_CTX ctx;
 325
 326     if (!rqfile || !(*rqfile))
 327         {
 328         printf("No req file\n");
 329         return -1;
 330         }
 331     strcpy(afn, rqfile);
 332
 333     if ((afp = fopen(afn, "r")) == NULL)
 334         {
 335         printf("Cannot open file: %s, %s\n",
 336                afn, strerror(errno));
 337         return -1;
 338         }
 339     strcpy(rfn,afn);
 340     rp=strstr(rfn,"req/");
 341     assert(rp);
 342     memcpy(rp,"rsp",3);
 343     rp = strstr(rfn, ".req");
 344     memcpy(rp, ".rsp", 4);
 345     if ((rfp = fopen(rfn, "w")) == NULL)
 346         {
 347         printf("Cannot open file: %s, %s\n",
 348                rfn, strerror(errno));
 349         fclose(afp);
 350         afp = NULL;
 351         return -1;
 352         }
 353     while (!err && (fgets(ibuf, sizeof(ibuf), afp)) != NULL)
 354         {
 355         ilen = strlen(ibuf);
 356         //      printf("step=%d ibuf=%s",step,ibuf);
 357         switch (step)
 358             {
 359         case 0:  /* read preamble */
 360             if (ibuf[0] == '\n')
 361                 { /* end of preamble */
 362                 if ((*algo == '\0') ||
 363                     (*amode == '\0') ||
 364                     (akeysz == 0))
 365                     {
 366                     printf("Missing Algorithm, Mode or KeySize (%s/%s/%d)\n",
 367                            algo,amode,akeysz);
 368                     err = 1;
 369                     }
 370                 else
 371                     {
 372                     fputs(ibuf, rfp);
 373                     ++ step;
 374                     }
 375                 }
 376             else if (ibuf[0] != '#')
 377                 {
 378                 printf("Invalid preamble item: %s\n", ibuf);
 379                 err = 1;
 380                 }
 381             else
 382                 { /* process preamble */
 383                 char *xp, *pp = ibuf+2;
 384                 int n;
 385                 if (akeysz)
 386                     { /* insert current time & date */
 387                     time_t rtim = time(0);
 388                     fprintf(rfp, "# %s", ctime(&rtim));
 389                     }
 390                 else
 391                     {
 392                     fputs(ibuf, rfp);
 393                     if(!strncmp(pp,"INVERSE ",8) || !strncmp(pp,"DES ",4)
 394                        || !strncmp(pp,"PERMUTATION ",12)
 395                        || !strncmp(pp,"SUBSTITUTION ",13)
 396                        || !strncmp(pp,"VARIABLE ",9))
 397                         {
 398                         strcpy(algo, "DES");
 399                         /* get test type */
 400                         if(!strncmp(pp,"DES ",4))
 401                             pp+=4;
 402                         xp = strchr(pp, ' ');
 403                         n = xp-pp;
 404                         strncpy(atest, pp, n);
 405                         atest[n] = '\0';
 406                         /* get mode */
 407                         xp = strrchr(pp, ' '); /* get mode" */
 408                         n = strlen(xp+1)-1;
 409                         strncpy(amode, xp+1, n);
 410                         amode[n] = '\0';
 411                         /* amode[3] = '\0'; */
 412                         printf("Test = %s, Mode = %s\n", atest, amode);
 413                         }
 414                     else if(!strncmp(pp,"State :",7))
 415                         akeysz=64;
 416                     }
 417                 }
 418             break;
 419
 420         case 1:  /* [ENCRYPT] | [DECRYPT] */
 421             if(ibuf[0] == '\n')
 422                 break;
 423             if (ibuf[0] == '[')
 424                 {
 425                 fputs(ibuf, rfp);
 426                 ++step;
 427                 if (strncasecmp(ibuf, "[ENCRYPT]", 9) == 0)
 428                     dir = 1;
 429                 else if (strncasecmp(ibuf, "[DECRYPT]", 9) == 0)
 430                     dir = 0;
 431                 else
 432                     {
 433                     printf("Invalid keyword: %s\n", ibuf);
 434                     err = 1;
 435                     }
 436                 break;
 437                 }
 438             else if (dir == -1)
 439                 {
 440                 err = 1;
 441                 printf("Missing ENCRYPT/DECRYPT keyword\n");
 442                 break;
 443                 }
 444             else
 445                 step = 2;
 446
 447         case 2: /* KEY = xxxx */
 448             fputs(ibuf, rfp);
 449             if(*ibuf == '\n')
 450                 break;
 451             if(!strncasecmp(ibuf,"COUNT = ",8))
 452                 break;
 453
 454             if (strncasecmp(ibuf, "KEY = ", 6) != 0)
 455                 {
 456                 printf("Missing KEY\n");
 457                 err = 1;
 458                 }
 459             else
 460                 {
 461                 len = hex2bin((char*)ibuf+6, strlen(ibuf+6)-1, aKey);
 462                 if (len < 0)
 463                     {
 464                     printf("Invalid KEY\n");
 465                     err =1;
 466                     break;
 467                     }
 468                 PrintValue("KEY", aKey, len);
 469                 if (strcmp(amode, "ECB") == 0)
 470                     {
 471                     memset(iVec, 0, sizeof(iVec));
 472                     step = (dir)? 4: 5;  /* no ivec for ECB */
 473                     }
 474                 else
 475                     ++step;
 476                 }
 477             break;
 478
 479         case 3: /* IV = xxxx */
 480             fputs(ibuf, rfp);
 481             if (strncasecmp(ibuf, "IV = ", 5) != 0)
 482                 {
 483                 printf("Missing IV\n");
 484                 err = 1;
 485                 }
 486             else
 487                 {
 488                 len = hex2bin((char*)ibuf+5, strlen(ibuf+5)-1, iVec);
 489                 if (len < 0)
 490                     {
 491                     printf("Invalid IV\n");
 492                     err =1;
 493                     break;
 494                     }
 495                 PrintValue("IV", iVec, len);
 496                 step = (dir)? 4: 5;
 497                 }
 498             break;
 499
 500         case 4: /* PLAINTEXT = xxxx */
 501             fputs(ibuf, rfp);
 502             if (strncasecmp(ibuf, "PLAINTEXT = ", 12) != 0)
 503                 {
 504                 printf("Missing PLAINTEXT\n");
 505                 err = 1;
 506                 }
 507             else
 508                 {
 509                 int nn = strlen(ibuf+12);
 510                 if(!strcmp(amode,"CFB1"))
 511                     len=bint2bin(ibuf+12,nn-1,plaintext);
 512                 else
 513                     len=hex2bin(ibuf+12, nn-1,plaintext);
 514                 if (len < 0)
 515                     {
 516                     printf("Invalid PLAINTEXT: %s", ibuf+12);
 517                     err =1;
 518                     break;
 519                     }
 520                 if (len >= sizeof(plaintext))
 521                     {
 522                     printf("Buffer overflow\n");
 523                     }
 524                 PrintValue("PLAINTEXT", (unsigned char*)plaintext, len);
 525                 if (strcmp(atest, "Monte") == 0)  /* Monte Carlo Test */
 526                     {
 527                     do_mct(amode,akeysz,aKey,iVec,dir,plaintext,len,rfp);
 528                     }
 529                 else
 530                     {
 531                     assert(dir == 1);
 532                     ret = DESTest(&ctx, amode, akeysz, aKey, iVec,
 533                                   dir,  /* 0 = decrypt, 1 = encrypt */
 534                                   ciphertext, plaintext, len);
 535                     OutputValue("CIPHERTEXT",ciphertext,len,rfp,
 536                                 !strcmp(amode,"CFB1"));
 537                     }
 538                 step = 6;
 539                 }
 540             break;
 541
 542         case 5: /* CIPHERTEXT = xxxx */
 543             fputs(ibuf, rfp);
 544             if (strncasecmp(ibuf, "CIPHERTEXT = ", 13) != 0)
 545                 {
 546                 printf("Missing KEY\n");
 547                 err = 1;
 548                 }
 549             else
 550                 {
 551                 if(!strcmp(amode,"CFB1"))
 552                     len=bint2bin(ibuf+13,strlen(ibuf+13)-1,ciphertext);
 553                 else
 554                     len = hex2bin(ibuf+13,strlen(ibuf+13)-1,ciphertext);
 555                 if (len < 0)
 556                     {
 557                     printf("Invalid CIPHERTEXT\n");
 558                     err =1;
 559                     break;
 560                     }
 561
 562                 PrintValue("CIPHERTEXT", ciphertext, len);
 563                 if (strcmp(atest, "Monte") == 0)  /* Monte Carlo Test */
 564                     {
 565                     do_mct(amode, akeysz, aKey, iVec,
 566                            dir, ciphertext, len, rfp);
 567                     }
 568                 else
 569                     {
 570                     assert(dir == 0);
 571                     ret = DESTest(&ctx, amode, akeysz, aKey, iVec,
 572                                   dir,  /* 0 = decrypt, 1 = encrypt */
 573                                   plaintext, ciphertext, len);
 574                     OutputValue("PLAINTEXT",(unsigned char *)plaintext,len,rfp,
 575                                 !strcmp(amode,"CFB1"));
 576                     }
 577                 step = 6;
 578                 }
 579             break;
 580
 581         case 6:
 582             if (ibuf[0] != '\n')
 583                 {
 584                 err = 1;
 585                 printf("Missing terminator\n");
 586                 }
 587             else if (strcmp(atest, "MCT") != 0)
 588                 { /* MCT already added terminating nl */
 589                 fputs(ibuf, rfp);
 590                 }
 591             step = 1;
 592             break;
 593             }
 594         }
 595     if (rfp)
 596         fclose(rfp);
 597     if (afp)
 598         fclose(afp);
 599     return err;
 600     }
 601
 602 /*--------------------------------------------------
 603   Processes either a single file or
 604   a set of files whose names are passed in a file.
 605   A single file is specified as:
 606     aes_test -f xxx.req
 607   A set of files is specified as:
 608     aes_test -d xxxxx.xxx
 609   The default is: -d req.txt
 610 --------------------------------------------------*/
 611 int main(int argc, char **argv)
 612     {
 613     char *rqlist = "req.txt";
 614     FILE *fp = NULL;
 615     char fn[250] = "", rfn[256] = "";
 616     int f_opt = 0, d_opt = 1;
 617
 618 #ifdef FIPS
 619     FIPS_mode_set(1);
 620 #endif
 621     ERR_load_crypto_strings();
 622     if (argc > 1)
 623         {
 624         if (strcasecmp(argv[1], "-d") == 0)
 625             {
 626             d_opt = 1;
 627             }
 628         else if (strcasecmp(argv[1], "-f") == 0)
 629             {
 630             f_opt = 1;
 631             d_opt = 0;
 632             }
 633         else
 634             {
 635             printf("Invalid parameter: %s\n", argv[1]);
 636             return 0;
 637             }
 638         if (argc < 3)
 639             {
 640             printf("Missing parameter\n");
 641             return 0;
 642             }
 643         if (d_opt)
 644             rqlist = argv[2];
 645         else
 646             strcpy(fn, argv[2]);
 647         }
 648     if (d_opt)
 649         { /* list of files (directory) */
 650         if (!(fp = fopen(rqlist, "r")))
 651             {
 652             printf("Cannot open req list file\n");
 653             return -1;
 654             }
 655         while (fgets(fn, sizeof(fn), fp))
 656             {
 657             strtok(fn, "\r\n");
 658             strcpy(rfn, fn);
 659             printf("Processing: %s\n", rfn);
 660             if (proc_file(rfn))
 661                 {
 662                 printf(">>> Processing failed for: %s <<<\n", rfn);
 663                 exit(1);
 664                 }
 665             }
 666         fclose(fp);
 667         }
 668     else /* single file */
 669         {
 670         printf("Processing: %s\n", fn);
 671         if (proc_file(fn))
 672             {
 673             printf(">>> Processing failed for: %s <<<\n", fn);
 674             }
 675         }
 676     return 0;
 677     }