third_party/sha256.cc

   1 /* SHA-256, as specified in
   2  * http://csrc.nist.gov/groups/STM/cavp/documents/shs/sha256-384-512.pdf
   3  * part of Cumulus: Efficient Filesystem Backup to the Cloud
   4  *
   5  * Copyright (c) Jean-Luc Cooke <jlcooke@certainkey.com>
   6  * Copyright (c) Andrew McDonald <andrew@mcdonald.org.uk>
   7  * Copyright (c) 2002 James Morris <jmorris@intercode.com.au>
   8  * SHA224 Support Copyright 2007 Intel Corporation <jonathan.lynch@intel.com>
   9  * Copyright (C) 2012 The Cumulus Developers
  10  * See the AUTHORS file for a list of Cumulus contributors.
  11  *
  12  * This code is adapted from crypto/sha256_generic.c and include/crypto/sha.h
  13  * from the Linux kernel version 3.4, and reworked to fit within Cumulus.
  14  *
  15  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  16  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
  17  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
  18  * (at your option) any later version.
  19  *
  20  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  21  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  22  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  23  * GNU General Public License for more details.
  24  *
  25  * You should have received a copy of the GNU General Public License along
  26  * with this program; if not, write to the Free Software Foundation, Inc.,
  27  * 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA.
  28  */
  29
  30 #define _DEFAULT_SOURCE
  31 #include <endian.h>
  32 #include <stdio.h>
  33 #include <stdlib.h>
  34 #include <stdint.h>
  35 #include <string.h>
  36
  37 #include "../hash.h"
  38
  39 /* Adaptation code for a non-kernel build environment. */
  40 typedef uint8_t u8;
  41 typedef uint32_t u32;
  42 typedef uint64_t u64;
  43
  44 static inline u32 ror32(u32 x, int n)
  45 {
  46         return (x >> n) | (x << (32 - n));
  47 }
  48
  49 static inline u32 cpu_to_be32(u32 x)
  50 {
  51         return htobe32(x);
  52 }
  53
  54 static inline u64 cpu_to_be64(u64 x)
  55 {
  56         return htobe64(x);
  57 }
  58
  59 /* Originally from sha.h. */
  60
  61 #define SHA224_DIGEST_SIZE      28
  62 #define SHA224_BLOCK_SIZE       64
  63
  64 #define SHA256_DIGEST_SIZE      32
  65 #define SHA256_BLOCK_SIZE       64
  66
  67 #define SHA224_H0       0xc1059ed8UL
  68 #define SHA224_H1       0x367cd507UL
  69 #define SHA224_H2       0x3070dd17UL
  70 #define SHA224_H3       0xf70e5939UL
  71 #define SHA224_H4       0xffc00b31UL
  72 #define SHA224_H5       0x68581511UL
  73 #define SHA224_H6       0x64f98fa7UL
  74 #define SHA224_H7       0xbefa4fa4UL
  75
  76 #define SHA256_H0       0x6a09e667UL
  77 #define SHA256_H1       0xbb67ae85UL
  78 #define SHA256_H2       0x3c6ef372UL
  79 #define SHA256_H3       0xa54ff53aUL
  80 #define SHA256_H4       0x510e527fUL
  81 #define SHA256_H5       0x9b05688cUL
  82 #define SHA256_H6       0x1f83d9abUL
  83 #define SHA256_H7       0x5be0cd19UL
  84
  85 struct sha256_state {
  86         u64 count;
  87         u32 state[SHA256_DIGEST_SIZE / 4];
  88         u8 buf[SHA256_BLOCK_SIZE];
  89 };
  90
  91 /* Originally from sha256_generic.c */
  92
  93 static inline u32 Ch(u32 x, u32 y, u32 z)
  94 {
  95         return z ^ (x & (y ^ z));
  96 }
  97
  98 static inline u32 Maj(u32 x, u32 y, u32 z)
  99 {
 100         return (x & y) | (z & (x | y));
 101 }
 102
 103 #define e0(x)       (ror32(x, 2) ^ ror32(x,13) ^ ror32(x,22))
 104 #define e1(x)       (ror32(x, 6) ^ ror32(x,11) ^ ror32(x,25))
 105 #define s0(x)       (ror32(x, 7) ^ ror32(x,18) ^ (x >> 3))
 106 #define s1(x)       (ror32(x,17) ^ ror32(x,19) ^ (x >> 10))
 107
 108 static inline void LOAD_OP(int I, u32 *W, const u8 *input)
 109 {
 110         W[I] = (input[4*I] << 24) | (input[4*I+1] << 16)
 111                 | (input[4*I+2] << 8) | input[4*I+3];
 112 }
 113
 114 static inline void BLEND_OP(int I, u32 *W)
 115 {
 116         W[I] = s1(W[I-2]) + W[I-7] + s0(W[I-15]) + W[I-16];
 117 }
 118
 119 static void sha256_transform(u32 *state, const u8 *input)
 120 {
 121         u32 a, b, c, d, e, f, g, h, t1, t2;
 122         u32 W[64];
 123         int i;
 124
 125         /* load the input */
 126         for (i = 0; i < 16; i++)
 127                 LOAD_OP(i, W, input);
 128
 129         /* now blend */
 130         for (i = 16; i < 64; i++)
 131                 BLEND_OP(i, W);
 132
 133         /* load the state into our registers */
 134         a=state[0];  b=state[1];  c=state[2];  d=state[3];
 135         e=state[4];  f=state[5];  g=state[6];  h=state[7];
 136
 137         /* now iterate */
 138         t1 = h + e1(e) + Ch(e,f,g) + 0x428a2f98 + W[ 0];
 139         t2 = e0(a) + Maj(a,b,c);    d+=t1;    h=t1+t2;
 140         t1 = g + e1(d) + Ch(d,e,f) + 0x71374491 + W[ 1];
 141         t2 = e0(h) + Maj(h,a,b);    c+=t1;    g=t1+t2;
 142         t1 = f + e1(c) + Ch(c,d,e) + 0xb5c0fbcf + W[ 2];
 143         t2 = e0(g) + Maj(g,h,a);    b+=t1;    f=t1+t2;
 144         t1 = e + e1(b) + Ch(b,c,d) + 0xe9b5dba5 + W[ 3];
 145         t2 = e0(f) + Maj(f,g,h);    a+=t1;    e=t1+t2;
 146         t1 = d + e1(a) + Ch(a,b,c) + 0x3956c25b + W[ 4];
 147         t2 = e0(e) + Maj(e,f,g);    h+=t1;    d=t1+t2;
 148         t1 = c + e1(h) + Ch(h,a,b) + 0x59f111f1 + W[ 5];
 149         t2 = e0(d) + Maj(d,e,f);    g+=t1;    c=t1+t2;
 150         t1 = b + e1(g) + Ch(g,h,a) + 0x923f82a4 + W[ 6];
 151         t2 = e0(c) + Maj(c,d,e);    f+=t1;    b=t1+t2;
 152         t1 = a + e1(f) + Ch(f,g,h) + 0xab1c5ed5 + W[ 7];
 153         t2 = e0(b) + Maj(b,c,d);    e+=t1;    a=t1+t2;
 154
 155         t1 = h + e1(e) + Ch(e,f,g) + 0xd807aa98 + W[ 8];
 156         t2 = e0(a) + Maj(a,b,c);    d+=t1;    h=t1+t2;
 157         t1 = g + e1(d) + Ch(d,e,f) + 0x12835b01 + W[ 9];
 158         t2 = e0(h) + Maj(h,a,b);    c+=t1;    g=t1+t2;
 159         t1 = f + e1(c) + Ch(c,d,e) + 0x243185be + W[10];
 160         t2 = e0(g) + Maj(g,h,a);    b+=t1;    f=t1+t2;
 161         t1 = e + e1(b) + Ch(b,c,d) + 0x550c7dc3 + W[11];
 162         t2 = e0(f) + Maj(f,g,h);    a+=t1;    e=t1+t2;
 163         t1 = d + e1(a) + Ch(a,b,c) + 0x72be5d74 + W[12];
 164         t2 = e0(e) + Maj(e,f,g);    h+=t1;    d=t1+t2;
 165         t1 = c + e1(h) + Ch(h,a,b) + 0x80deb1fe + W[13];
 166         t2 = e0(d) + Maj(d,e,f);    g+=t1;    c=t1+t2;
 167         t1 = b + e1(g) + Ch(g,h,a) + 0x9bdc06a7 + W[14];
 168         t2 = e0(c) + Maj(c,d,e);    f+=t1;    b=t1+t2;
 169         t1 = a + e1(f) + Ch(f,g,h) + 0xc19bf174 + W[15];
 170         t2 = e0(b) + Maj(b,c,d);    e+=t1;    a=t1+t2;
 171
 172         t1 = h + e1(e) + Ch(e,f,g) + 0xe49b69c1 + W[16];
 173         t2 = e0(a) + Maj(a,b,c);    d+=t1;    h=t1+t2;
 174         t1 = g + e1(d) + Ch(d,e,f) + 0xefbe4786 + W[17];
 175         t2 = e0(h) + Maj(h,a,b);    c+=t1;    g=t1+t2;
 176         t1 = f + e1(c) + Ch(c,d,e) + 0x0fc19dc6 + W[18];
 177         t2 = e0(g) + Maj(g,h,a);    b+=t1;    f=t1+t2;
 178         t1 = e + e1(b) + Ch(b,c,d) + 0x240ca1cc + W[19];
 179         t2 = e0(f) + Maj(f,g,h);    a+=t1;    e=t1+t2;
 180         t1 = d + e1(a) + Ch(a,b,c) + 0x2de92c6f + W[20];
 181         t2 = e0(e) + Maj(e,f,g);    h+=t1;    d=t1+t2;
 182         t1 = c + e1(h) + Ch(h,a,b) + 0x4a7484aa + W[21];
 183         t2 = e0(d) + Maj(d,e,f);    g+=t1;    c=t1+t2;
 184         t1 = b + e1(g) + Ch(g,h,a) + 0x5cb0a9dc + W[22];
 185         t2 = e0(c) + Maj(c,d,e);    f+=t1;    b=t1+t2;
 186         t1 = a + e1(f) + Ch(f,g,h) + 0x76f988da + W[23];
 187         t2 = e0(b) + Maj(b,c,d);    e+=t1;    a=t1+t2;
 188
 189         t1 = h + e1(e) + Ch(e,f,g) + 0x983e5152 + W[24];
 190         t2 = e0(a) + Maj(a,b,c);    d+=t1;    h=t1+t2;
 191         t1 = g + e1(d) + Ch(d,e,f) + 0xa831c66d + W[25];
 192         t2 = e0(h) + Maj(h,a,b);    c+=t1;    g=t1+t2;
 193         t1 = f + e1(c) + Ch(c,d,e) + 0xb00327c8 + W[26];
 194         t2 = e0(g) + Maj(g,h,a);    b+=t1;    f=t1+t2;
 195         t1 = e + e1(b) + Ch(b,c,d) + 0xbf597fc7 + W[27];
 196         t2 = e0(f) + Maj(f,g,h);    a+=t1;    e=t1+t2;
 197         t1 = d + e1(a) + Ch(a,b,c) + 0xc6e00bf3 + W[28];
 198         t2 = e0(e) + Maj(e,f,g);    h+=t1;    d=t1+t2;
 199         t1 = c + e1(h) + Ch(h,a,b) + 0xd5a79147 + W[29];
 200         t2 = e0(d) + Maj(d,e,f);    g+=t1;    c=t1+t2;
 201         t1 = b + e1(g) + Ch(g,h,a) + 0x06ca6351 + W[30];
 202         t2 = e0(c) + Maj(c,d,e);    f+=t1;    b=t1+t2;
 203         t1 = a + e1(f) + Ch(f,g,h) + 0x14292967 + W[31];
 204         t2 = e0(b) + Maj(b,c,d);    e+=t1;    a=t1+t2;
 205
 206         t1 = h + e1(e) + Ch(e,f,g) + 0x27b70a85 + W[32];
 207         t2 = e0(a) + Maj(a,b,c);    d+=t1;    h=t1+t2;
 208         t1 = g + e1(d) + Ch(d,e,f) + 0x2e1b2138 + W[33];
 209         t2 = e0(h) + Maj(h,a,b);    c+=t1;    g=t1+t2;
 210         t1 = f + e1(c) + Ch(c,d,e) + 0x4d2c6dfc + W[34];
 211         t2 = e0(g) + Maj(g,h,a);    b+=t1;    f=t1+t2;
 212         t1 = e + e1(b) + Ch(b,c,d) + 0x53380d13 + W[35];
 213         t2 = e0(f) + Maj(f,g,h);    a+=t1;    e=t1+t2;
 214         t1 = d + e1(a) + Ch(a,b,c) + 0x650a7354 + W[36];
 215         t2 = e0(e) + Maj(e,f,g);    h+=t1;    d=t1+t2;
 216         t1 = c + e1(h) + Ch(h,a,b) + 0x766a0abb + W[37];
 217         t2 = e0(d) + Maj(d,e,f);    g+=t1;    c=t1+t2;
 218         t1 = b + e1(g) + Ch(g,h,a) + 0x81c2c92e + W[38];
 219         t2 = e0(c) + Maj(c,d,e);    f+=t1;    b=t1+t2;
 220         t1 = a + e1(f) + Ch(f,g,h) + 0x92722c85 + W[39];
 221         t2 = e0(b) + Maj(b,c,d);    e+=t1;    a=t1+t2;
 222
 223         t1 = h + e1(e) + Ch(e,f,g) + 0xa2bfe8a1 + W[40];
 224         t2 = e0(a) + Maj(a,b,c);    d+=t1;    h=t1+t2;
 225         t1 = g + e1(d) + Ch(d,e,f) + 0xa81a664b + W[41];
 226         t2 = e0(h) + Maj(h,a,b);    c+=t1;    g=t1+t2;
 227         t1 = f + e1(c) + Ch(c,d,e) + 0xc24b8b70 + W[42];
 228         t2 = e0(g) + Maj(g,h,a);    b+=t1;    f=t1+t2;
 229         t1 = e + e1(b) + Ch(b,c,d) + 0xc76c51a3 + W[43];
 230         t2 = e0(f) + Maj(f,g,h);    a+=t1;    e=t1+t2;
 231         t1 = d + e1(a) + Ch(a,b,c) + 0xd192e819 + W[44];
 232         t2 = e0(e) + Maj(e,f,g);    h+=t1;    d=t1+t2;
 233         t1 = c + e1(h) + Ch(h,a,b) + 0xd6990624 + W[45];
 234         t2 = e0(d) + Maj(d,e,f);    g+=t1;    c=t1+t2;
 235         t1 = b + e1(g) + Ch(g,h,a) + 0xf40e3585 + W[46];
 236         t2 = e0(c) + Maj(c,d,e);    f+=t1;    b=t1+t2;
 237         t1 = a + e1(f) + Ch(f,g,h) + 0x106aa070 + W[47];
 238         t2 = e0(b) + Maj(b,c,d);    e+=t1;    a=t1+t2;
 239
 240         t1 = h + e1(e) + Ch(e,f,g) + 0x19a4c116 + W[48];
 241         t2 = e0(a) + Maj(a,b,c);    d+=t1;    h=t1+t2;
 242         t1 = g + e1(d) + Ch(d,e,f) + 0x1e376c08 + W[49];
 243         t2 = e0(h) + Maj(h,a,b);    c+=t1;    g=t1+t2;
 244         t1 = f + e1(c) + Ch(c,d,e) + 0x2748774c + W[50];
 245         t2 = e0(g) + Maj(g,h,a);    b+=t1;    f=t1+t2;
 246         t1 = e + e1(b) + Ch(b,c,d) + 0x34b0bcb5 + W[51];
 247         t2 = e0(f) + Maj(f,g,h);    a+=t1;    e=t1+t2;
 248         t1 = d + e1(a) + Ch(a,b,c) + 0x391c0cb3 + W[52];
 249         t2 = e0(e) + Maj(e,f,g);    h+=t1;    d=t1+t2;
 250         t1 = c + e1(h) + Ch(h,a,b) + 0x4ed8aa4a + W[53];
 251         t2 = e0(d) + Maj(d,e,f);    g+=t1;    c=t1+t2;
 252         t1 = b + e1(g) + Ch(g,h,a) + 0x5b9cca4f + W[54];
 253         t2 = e0(c) + Maj(c,d,e);    f+=t1;    b=t1+t2;
 254         t1 = a + e1(f) + Ch(f,g,h) + 0x682e6ff3 + W[55];
 255         t2 = e0(b) + Maj(b,c,d);    e+=t1;    a=t1+t2;
 256
 257         t1 = h + e1(e) + Ch(e,f,g) + 0x748f82ee + W[56];
 258         t2 = e0(a) + Maj(a,b,c);    d+=t1;    h=t1+t2;
 259         t1 = g + e1(d) + Ch(d,e,f) + 0x78a5636f + W[57];
 260         t2 = e0(h) + Maj(h,a,b);    c+=t1;    g=t1+t2;
 261         t1 = f + e1(c) + Ch(c,d,e) + 0x84c87814 + W[58];
 262         t2 = e0(g) + Maj(g,h,a);    b+=t1;    f=t1+t2;
 263         t1 = e + e1(b) + Ch(b,c,d) + 0x8cc70208 + W[59];
 264         t2 = e0(f) + Maj(f,g,h);    a+=t1;    e=t1+t2;
 265         t1 = d + e1(a) + Ch(a,b,c) + 0x90befffa + W[60];
 266         t2 = e0(e) + Maj(e,f,g);    h+=t1;    d=t1+t2;
 267         t1 = c + e1(h) + Ch(h,a,b) + 0xa4506ceb + W[61];
 268         t2 = e0(d) + Maj(d,e,f);    g+=t1;    c=t1+t2;
 269         t1 = b + e1(g) + Ch(g,h,a) + 0xbef9a3f7 + W[62];
 270         t2 = e0(c) + Maj(c,d,e);    f+=t1;    b=t1+t2;
 271         t1 = a + e1(f) + Ch(f,g,h) + 0xc67178f2 + W[63];
 272         t2 = e0(b) + Maj(b,c,d);    e+=t1;    a=t1+t2;
 273
 274         state[0] += a; state[1] += b; state[2] += c; state[3] += d;
 275         state[4] += e; state[5] += f; state[6] += g; state[7] += h;
 276 }
 277
 278
 279 static int sha224_init(struct sha256_state *sctx)
 280 {
 281         sctx->state[0] = SHA224_H0;
 282         sctx->state[1] = SHA224_H1;
 283         sctx->state[2] = SHA224_H2;
 284         sctx->state[3] = SHA224_H3;
 285         sctx->state[4] = SHA224_H4;
 286         sctx->state[5] = SHA224_H5;
 287         sctx->state[6] = SHA224_H6;
 288         sctx->state[7] = SHA224_H7;
 289         sctx->count = 0;
 290
 291         return 0;
 292 }
 293
 294 static int sha256_init(struct sha256_state *sctx)
 295 {
 296         sctx->state[0] = SHA256_H0;
 297         sctx->state[1] = SHA256_H1;
 298         sctx->state[2] = SHA256_H2;
 299         sctx->state[3] = SHA256_H3;
 300         sctx->state[4] = SHA256_H4;
 301         sctx->state[5] = SHA256_H5;
 302         sctx->state[6] = SHA256_H6;
 303         sctx->state[7] = SHA256_H7;
 304         sctx->count = 0;
 305
 306         return 0;
 307 }
 308
 309 static int sha256_update(struct sha256_state *sctx, const u8 *data,
 310                          unsigned int len)
 311 {
 312         unsigned int partial, done;
 313         const u8 *src;
 314
 315         partial = sctx->count & 0x3f;
 316         sctx->count += len;
 317         done = 0;
 318         src = data;
 319
 320         if ((partial + len) > 63) {
 321                 if (partial) {
 322                         done = -partial;
 323                         memcpy(sctx->buf + partial, data, done + 64);
 324                         src = sctx->buf;
 325                 }
 326
 327                 do {
 328                         sha256_transform(sctx->state, src);
 329                         done += 64;
 330                         src = data + done;
 331                 } while (done + 63 < len);
 332
 333                 partial = 0;
 334         }
 335         memcpy(sctx->buf + partial, src, len - done);
 336
 337         return 0;
 338 }
 339
 340 static int sha256_final(struct sha256_state *sctx, u32 *dst)
 341 {
 342         //__be64 bits;
 343         u64 bits;
 344         unsigned int index, pad_len;
 345         int i;
 346         static const u8 padding[64] = { 0x80, };
 347
 348         /* Save number of bits */
 349         bits = cpu_to_be64(sctx->count << 3);
 350
 351         /* Pad out to 56 mod 64. */
 352         index = sctx->count & 0x3f;
 353         pad_len = (index < 56) ? (56 - index) : ((64+56) - index);
 354         sha256_update(sctx, padding, pad_len);
 355
 356         /* Append length (before padding) */
 357         sha256_update(sctx, (const u8 *)&bits, sizeof(bits));
 358
 359         /* Store state in digest */
 360         for (i = 0; i < 8; i++)
 361                 dst[i] = cpu_to_be32(sctx->state[i]);
 362
 363         return 0;
 364 }
 365
 366 static int sha224_final(struct sha256_state *sctx, u32 *hash)
 367 {
 368         u32 D[SHA256_DIGEST_SIZE / 4];
 369
 370         sha256_final(sctx, D);
 371
 372         memcpy(hash, D, SHA224_DIGEST_SIZE);
 373
 374         return 0;
 375 }
 376
 377 class SHA256Hash : public Hash {
 378 public:
 379     SHA256Hash();
 380     static Hash *New() { return new SHA256Hash; }
 381     virtual void update(const void *data, size_t len);
 382     virtual size_t digest_size() const { return SHA256_DIGEST_SIZE; }
 383     virtual std::string name() const { return "sha256"; }
 384
 385 protected:
 386     const uint8_t *finalize();
 387
 388 private:
 389     struct sha256_state state;
 390     u32 digest_buf[SHA256_DIGEST_SIZE / 4];
 391 };
 392
 393 SHA256Hash::SHA256Hash()
 394 {
 395     sha256_init(&state);
 396 }
 397
 398 void SHA256Hash::update(const void *data, size_t len)
 399 {
 400     sha256_update(&state, static_cast<const u8 *>(data), len);
 401 }
 402
 403 const uint8_t *SHA256Hash::finalize()
 404 {
 405     sha256_final(&state, digest_buf);
 406     return reinterpret_cast<uint8_t *>(digest_buf);
 407 }
 408
 409 class SHA224Hash : public Hash {
 410 public:
 411     SHA224Hash();
 412     static Hash *New() { return new SHA224Hash; }
 413     virtual void update(const void *data, size_t len);
 414     virtual size_t digest_size() const { return SHA224_DIGEST_SIZE; }
 415     virtual std::string name() const { return "sha224"; }
 416
 417 protected:
 418     const uint8_t *finalize();
 419
 420 private:
 421     struct sha256_state state;
 422     u32 digest_buf[SHA224_DIGEST_SIZE / 4];
 423 };
 424
 425 SHA224Hash::SHA224Hash()
 426 {
 427     sha224_init(&state);
 428 }
 429
 430 void SHA224Hash::update(const void *data, size_t len)
 431 {
 432     sha256_update(&state, static_cast<const u8 *>(data), len);
 433 }
 434
 435 const uint8_t *SHA224Hash::finalize()
 436 {
 437     sha224_final(&state, digest_buf);
 438     return reinterpret_cast<uint8_t *>(digest_buf);
 439 }
 440
 441 void sha256_register()
 442 {
 443     Hash::Register("sha224", SHA224Hash::New);
 444     Hash::Register("sha256", SHA256Hash::New);
 445 }