Linux-libre 4.4.228-gnu
[librecmc/linux-libre.git] / crypto / poly1305_generic.c
1 /*
2  * Poly1305 authenticator algorithm, RFC7539
3  *
4  * Copyright (C) 2015 Martin Willi
5  *
6  * Based on public domain code by Andrew Moon and Daniel J. Bernstein.
7  *
8  * This program 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 2 of the License, or
11  * (at your option) any later version.
12  */
13
14 #include <crypto/algapi.h>
15 #include <crypto/internal/hash.h>
16 #include <crypto/poly1305.h>
17 #include <linux/crypto.h>
18 #include <linux/kernel.h>
19 #include <linux/module.h>
20
21 static inline u64 mlt(u64 a, u64 b)
22 {
23         return a * b;
24 }
25
26 static inline u32 sr(u64 v, u_char n)
27 {
28         return v >> n;
29 }
30
31 static inline u32 and(u32 v, u32 mask)
32 {
33         return v & mask;
34 }
35
36 static inline u32 le32_to_cpuvp(const void *p)
37 {
38         return le32_to_cpup(p);
39 }
40
41 int crypto_poly1305_init(struct shash_desc *desc)
42 {
43         struct poly1305_desc_ctx *dctx = shash_desc_ctx(desc);
44
45         memset(dctx->h, 0, sizeof(dctx->h));
46         dctx->buflen = 0;
47         dctx->rset = false;
48         dctx->sset = false;
49
50         return 0;
51 }
52 EXPORT_SYMBOL_GPL(crypto_poly1305_init);
53
54 static void poly1305_setrkey(struct poly1305_desc_ctx *dctx, const u8 *key)
55 {
56         /* r &= 0xffffffc0ffffffc0ffffffc0fffffff */
57         dctx->r[0] = (le32_to_cpuvp(key +  0) >> 0) & 0x3ffffff;
58         dctx->r[1] = (le32_to_cpuvp(key +  3) >> 2) & 0x3ffff03;
59         dctx->r[2] = (le32_to_cpuvp(key +  6) >> 4) & 0x3ffc0ff;
60         dctx->r[3] = (le32_to_cpuvp(key +  9) >> 6) & 0x3f03fff;
61         dctx->r[4] = (le32_to_cpuvp(key + 12) >> 8) & 0x00fffff;
62 }
63
64 static void poly1305_setskey(struct poly1305_desc_ctx *dctx, const u8 *key)
65 {
66         dctx->s[0] = le32_to_cpuvp(key +  0);
67         dctx->s[1] = le32_to_cpuvp(key +  4);
68         dctx->s[2] = le32_to_cpuvp(key +  8);
69         dctx->s[3] = le32_to_cpuvp(key + 12);
70 }
71
72 /*
73  * Poly1305 requires a unique key for each tag, which implies that we can't set
74  * it on the tfm that gets accessed by multiple users simultaneously. Instead we
75  * expect the key as the first 32 bytes in the update() call.
76  */
77 unsigned int crypto_poly1305_setdesckey(struct poly1305_desc_ctx *dctx,
78                                         const u8 *src, unsigned int srclen)
79 {
80         if (!dctx->sset) {
81                 if (!dctx->rset && srclen >= POLY1305_BLOCK_SIZE) {
82                         poly1305_setrkey(dctx, src);
83                         src += POLY1305_BLOCK_SIZE;
84                         srclen -= POLY1305_BLOCK_SIZE;
85                         dctx->rset = true;
86                 }
87                 if (srclen >= POLY1305_BLOCK_SIZE) {
88                         poly1305_setskey(dctx, src);
89                         src += POLY1305_BLOCK_SIZE;
90                         srclen -= POLY1305_BLOCK_SIZE;
91                         dctx->sset = true;
92                 }
93         }
94         return srclen;
95 }
96 EXPORT_SYMBOL_GPL(crypto_poly1305_setdesckey);
97
98 static unsigned int poly1305_blocks(struct poly1305_desc_ctx *dctx,
99                                     const u8 *src, unsigned int srclen,
100                                     u32 hibit)
101 {
102         u32 r0, r1, r2, r3, r4;
103         u32 s1, s2, s3, s4;
104         u32 h0, h1, h2, h3, h4;
105         u64 d0, d1, d2, d3, d4;
106         unsigned int datalen;
107
108         if (unlikely(!dctx->sset)) {
109                 datalen = crypto_poly1305_setdesckey(dctx, src, srclen);
110                 src += srclen - datalen;
111                 srclen = datalen;
112         }
113
114         r0 = dctx->r[0];
115         r1 = dctx->r[1];
116         r2 = dctx->r[2];
117         r3 = dctx->r[3];
118         r4 = dctx->r[4];
119
120         s1 = r1 * 5;
121         s2 = r2 * 5;
122         s3 = r3 * 5;
123         s4 = r4 * 5;
124
125         h0 = dctx->h[0];
126         h1 = dctx->h[1];
127         h2 = dctx->h[2];
128         h3 = dctx->h[3];
129         h4 = dctx->h[4];
130
131         while (likely(srclen >= POLY1305_BLOCK_SIZE)) {
132
133                 /* h += m[i] */
134                 h0 += (le32_to_cpuvp(src +  0) >> 0) & 0x3ffffff;
135                 h1 += (le32_to_cpuvp(src +  3) >> 2) & 0x3ffffff;
136                 h2 += (le32_to_cpuvp(src +  6) >> 4) & 0x3ffffff;
137                 h3 += (le32_to_cpuvp(src +  9) >> 6) & 0x3ffffff;
138                 h4 += (le32_to_cpuvp(src + 12) >> 8) | hibit;
139
140                 /* h *= r */
141                 d0 = mlt(h0, r0) + mlt(h1, s4) + mlt(h2, s3) +
142                      mlt(h3, s2) + mlt(h4, s1);
143                 d1 = mlt(h0, r1) + mlt(h1, r0) + mlt(h2, s4) +
144                      mlt(h3, s3) + mlt(h4, s2);
145                 d2 = mlt(h0, r2) + mlt(h1, r1) + mlt(h2, r0) +
146                      mlt(h3, s4) + mlt(h4, s3);
147                 d3 = mlt(h0, r3) + mlt(h1, r2) + mlt(h2, r1) +
148                      mlt(h3, r0) + mlt(h4, s4);
149                 d4 = mlt(h0, r4) + mlt(h1, r3) + mlt(h2, r2) +
150                      mlt(h3, r1) + mlt(h4, r0);
151
152                 /* (partial) h %= p */
153                 d1 += sr(d0, 26);     h0 = and(d0, 0x3ffffff);
154                 d2 += sr(d1, 26);     h1 = and(d1, 0x3ffffff);
155                 d3 += sr(d2, 26);     h2 = and(d2, 0x3ffffff);
156                 d4 += sr(d3, 26);     h3 = and(d3, 0x3ffffff);
157                 h0 += sr(d4, 26) * 5; h4 = and(d4, 0x3ffffff);
158                 h1 += h0 >> 26;       h0 = h0 & 0x3ffffff;
159
160                 src += POLY1305_BLOCK_SIZE;
161                 srclen -= POLY1305_BLOCK_SIZE;
162         }
163
164         dctx->h[0] = h0;
165         dctx->h[1] = h1;
166         dctx->h[2] = h2;
167         dctx->h[3] = h3;
168         dctx->h[4] = h4;
169
170         return srclen;
171 }
172
173 int crypto_poly1305_update(struct shash_desc *desc,
174                            const u8 *src, unsigned int srclen)
175 {
176         struct poly1305_desc_ctx *dctx = shash_desc_ctx(desc);
177         unsigned int bytes;
178
179         if (unlikely(dctx->buflen)) {
180                 bytes = min(srclen, POLY1305_BLOCK_SIZE - dctx->buflen);
181                 memcpy(dctx->buf + dctx->buflen, src, bytes);
182                 src += bytes;
183                 srclen -= bytes;
184                 dctx->buflen += bytes;
185
186                 if (dctx->buflen == POLY1305_BLOCK_SIZE) {
187                         poly1305_blocks(dctx, dctx->buf,
188                                         POLY1305_BLOCK_SIZE, 1 << 24);
189                         dctx->buflen = 0;
190                 }
191         }
192
193         if (likely(srclen >= POLY1305_BLOCK_SIZE)) {
194                 bytes = poly1305_blocks(dctx, src, srclen, 1 << 24);
195                 src += srclen - bytes;
196                 srclen = bytes;
197         }
198
199         if (unlikely(srclen)) {
200                 dctx->buflen = srclen;
201                 memcpy(dctx->buf, src, srclen);
202         }
203
204         return 0;
205 }
206 EXPORT_SYMBOL_GPL(crypto_poly1305_update);
207
208 int crypto_poly1305_final(struct shash_desc *desc, u8 *dst)
209 {
210         struct poly1305_desc_ctx *dctx = shash_desc_ctx(desc);
211         __le32 *mac = (__le32 *)dst;
212         u32 h0, h1, h2, h3, h4;
213         u32 g0, g1, g2, g3, g4;
214         u32 mask;
215         u64 f = 0;
216
217         if (unlikely(!dctx->sset))
218                 return -ENOKEY;
219
220         if (unlikely(dctx->buflen)) {
221                 dctx->buf[dctx->buflen++] = 1;
222                 memset(dctx->buf + dctx->buflen, 0,
223                        POLY1305_BLOCK_SIZE - dctx->buflen);
224                 poly1305_blocks(dctx, dctx->buf, POLY1305_BLOCK_SIZE, 0);
225         }
226
227         /* fully carry h */
228         h0 = dctx->h[0];
229         h1 = dctx->h[1];
230         h2 = dctx->h[2];
231         h3 = dctx->h[3];
232         h4 = dctx->h[4];
233
234         h2 += (h1 >> 26);     h1 = h1 & 0x3ffffff;
235         h3 += (h2 >> 26);     h2 = h2 & 0x3ffffff;
236         h4 += (h3 >> 26);     h3 = h3 & 0x3ffffff;
237         h0 += (h4 >> 26) * 5; h4 = h4 & 0x3ffffff;
238         h1 += (h0 >> 26);     h0 = h0 & 0x3ffffff;
239
240         /* compute h + -p */
241         g0 = h0 + 5;
242         g1 = h1 + (g0 >> 26);             g0 &= 0x3ffffff;
243         g2 = h2 + (g1 >> 26);             g1 &= 0x3ffffff;
244         g3 = h3 + (g2 >> 26);             g2 &= 0x3ffffff;
245         g4 = h4 + (g3 >> 26) - (1 << 26); g3 &= 0x3ffffff;
246
247         /* select h if h < p, or h + -p if h >= p */
248         mask = (g4 >> ((sizeof(u32) * 8) - 1)) - 1;
249         g0 &= mask;
250         g1 &= mask;
251         g2 &= mask;
252         g3 &= mask;
253         g4 &= mask;
254         mask = ~mask;
255         h0 = (h0 & mask) | g0;
256         h1 = (h1 & mask) | g1;
257         h2 = (h2 & mask) | g2;
258         h3 = (h3 & mask) | g3;
259         h4 = (h4 & mask) | g4;
260
261         /* h = h % (2^128) */
262         h0 = (h0 >>  0) | (h1 << 26);
263         h1 = (h1 >>  6) | (h2 << 20);
264         h2 = (h2 >> 12) | (h3 << 14);
265         h3 = (h3 >> 18) | (h4 <<  8);
266
267         /* mac = (h + s) % (2^128) */
268         f = (f >> 32) + h0 + dctx->s[0]; mac[0] = cpu_to_le32(f);
269         f = (f >> 32) + h1 + dctx->s[1]; mac[1] = cpu_to_le32(f);
270         f = (f >> 32) + h2 + dctx->s[2]; mac[2] = cpu_to_le32(f);
271         f = (f >> 32) + h3 + dctx->s[3]; mac[3] = cpu_to_le32(f);
272
273         return 0;
274 }
275 EXPORT_SYMBOL_GPL(crypto_poly1305_final);
276
277 static struct shash_alg poly1305_alg = {
278         .digestsize     = POLY1305_DIGEST_SIZE,
279         .init           = crypto_poly1305_init,
280         .update         = crypto_poly1305_update,
281         .final          = crypto_poly1305_final,
282         .descsize       = sizeof(struct poly1305_desc_ctx),
283         .base           = {
284                 .cra_name               = "poly1305",
285                 .cra_driver_name        = "poly1305-generic",
286                 .cra_priority           = 100,
287                 .cra_flags              = CRYPTO_ALG_TYPE_SHASH,
288                 .cra_alignmask          = sizeof(u32) - 1,
289                 .cra_blocksize          = POLY1305_BLOCK_SIZE,
290                 .cra_module             = THIS_MODULE,
291         },
292 };
293
294 static int __init poly1305_mod_init(void)
295 {
296         return crypto_register_shash(&poly1305_alg);
297 }
298
299 static void __exit poly1305_mod_exit(void)
300 {
301         crypto_unregister_shash(&poly1305_alg);
302 }
303
304 module_init(poly1305_mod_init);
305 module_exit(poly1305_mod_exit);
306
307 MODULE_LICENSE("GPL");
308 MODULE_AUTHOR("Martin Willi <martin@strongswan.org>");
309 MODULE_DESCRIPTION("Poly1305 authenticator");
310 MODULE_ALIAS_CRYPTO("poly1305");
311 MODULE_ALIAS_CRYPTO("poly1305-generic");