git.samba.org - gd/nettle/blob - sha3-permute.c

   1 /* sha3-permute.c
   2
   3    The sha3 permutation function (aka Keccak).
   4
   5    Copyright (C) 2012 Niels Möller
   6
   7    This file is part of GNU Nettle.
   8
   9    GNU Nettle is free software: you can redistribute it and/or
  10    modify it under the terms of either:
  11
  12      * the GNU Lesser General Public License as published by the Free
  13        Software Foundation; either version 3 of the License, or (at your
  14        option) any later version.
  15
  16    or
  17
  18      * the GNU General Public License as published by the Free
  19        Software Foundation; either version 2 of the License, or (at your
  20        option) any later version.
  21
  22    or both in parallel, as here.
  23
  24    GNU Nettle is distributed in the hope that it will be useful,
  25    but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  26    MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  27    General Public License for more details.
  28
  29    You should have received copies of the GNU General Public License and
  30    the GNU Lesser General Public License along with this program.  If
  31    not, see http://www.gnu.org/licenses/.
  32 */
  33
  34 #if HAVE_CONFIG_H
  35 # include "config.h"
  36 #endif
  37
  38 #include "sha3.h"
  39 #include "sha3-internal.h"
  40
  41 #include "macros.h"
  42
  43 #define SHA3_ROUNDS 24
  44
  45 /* For fat builds */
  46 #if HAVE_NATIVE_sha3_permute
  47 void
  48 _nettle_sha3_permute_c(struct sha3_state *state);
  49 #define nettle_sha3_permute _nettle_sha3_permute_c
  50 #endif
  51
  52 void
  53 sha3_permute (struct sha3_state *state)
  54 {
  55   static const uint64_t rc[SHA3_ROUNDS] = {
  56     0x0000000000000001ULL, 0X0000000000008082ULL,
  57     0X800000000000808AULL, 0X8000000080008000ULL,
  58     0X000000000000808BULL, 0X0000000080000001ULL,
  59     0X8000000080008081ULL, 0X8000000000008009ULL,
  60     0X000000000000008AULL, 0X0000000000000088ULL,
  61     0X0000000080008009ULL, 0X000000008000000AULL,
  62     0X000000008000808BULL, 0X800000000000008BULL,
  63     0X8000000000008089ULL, 0X8000000000008003ULL,
  64     0X8000000000008002ULL, 0X8000000000000080ULL,
  65     0X000000000000800AULL, 0X800000008000000AULL,
  66     0X8000000080008081ULL, 0X8000000000008080ULL,
  67     0X0000000080000001ULL, 0X8000000080008008ULL,
  68   };
  69
  70   /* Original permutation:
  71
  72        0,10,20, 5,15,
  73       16, 1,11,21, 6,
  74        7,17, 2,12,22,
  75       23, 8,18, 3,13,
  76       14,24, 9,19, 4
  77
  78      Rotation counts:
  79
  80        0,  1, 62, 28, 27,
  81       36, 44,  6, 55, 20,
  82        3, 10, 43, 25, 39,
  83       41, 45, 15, 21,  8,
  84       18,  2, 61, 56, 14,
  85   */
  86
  87   /* In-place implementation. Permutation done as a long sequence of
  88      25 moves "following" the permutation.
  89
  90       T <--  1
  91       1 <--  6
  92       6 <--  9
  93       9 <-- 22
  94      22 <-- 14
  95      14 <-- 20
  96      20 <--  2
  97       2 <-- 12
  98      12 <-- 13
  99      13 <-- 19
 100      19 <-- 23
 101      23 <-- 15
 102      15 <--  4
 103       4 <-- 24
 104      24 <-- 21
 105      21 <--  8
 106       8 <-- 16
 107      16 <--  5
 108       5 <--  3
 109       3 <-- 18
 110      18 <-- 17
 111      17 <-- 11
 112      11 <--  7
 113       7 <-- 10
 114      10 <--  T
 115
 116   */
 117   uint64_t C[5], D[5], T, X;
 118   unsigned i, y;
 119
 120 #define A state->a
 121
 122   C[0] = A[0] ^ A[5+0] ^ A[10+0] ^ A[15+0] ^ A[20+0];
 123   C[1] = A[1] ^ A[5+1] ^ A[10+1] ^ A[15+1] ^ A[20+1];
 124   C[2] = A[2] ^ A[5+2] ^ A[10+2] ^ A[15+2] ^ A[20+2];
 125   C[3] = A[3] ^ A[5+3] ^ A[10+3] ^ A[15+3] ^ A[20+3];
 126   C[4] = A[4] ^ A[5+4] ^ A[10+4] ^ A[15+4] ^ A[20+4];
 127
 128   for (i = 0; i < SHA3_ROUNDS; i++)
 129     {
 130       D[0] = C[4] ^ ROTL64(1, C[1]);
 131       D[1] = C[0] ^ ROTL64(1, C[2]);
 132       D[2] = C[1] ^ ROTL64(1, C[3]);
 133       D[3] = C[2] ^ ROTL64(1, C[4]);
 134       D[4] = C[3] ^ ROTL64(1, C[0]);
 135
 136       A[0] ^= D[0];
 137       X = A[ 1] ^ D[1];     T = ROTL64(1, X);
 138       X = A[ 6] ^ D[1]; A[ 1] = ROTL64 (44, X);
 139       X = A[ 9] ^ D[4]; A[ 6] = ROTL64 (20, X);
 140       X = A[22] ^ D[2]; A[ 9] = ROTL64 (61, X);
 141       X = A[14] ^ D[4]; A[22] = ROTL64 (39, X);
 142       X = A[20] ^ D[0]; A[14] = ROTL64 (18, X);
 143       X = A[ 2] ^ D[2]; A[20] = ROTL64 (62, X);
 144       X = A[12] ^ D[2]; A[ 2] = ROTL64 (43, X);
 145       X = A[13] ^ D[3]; A[12] = ROTL64 (25, X);
 146       X = A[19] ^ D[4]; A[13] = ROTL64 ( 8, X);
 147       X = A[23] ^ D[3]; A[19] = ROTL64 (56, X);
 148       X = A[15] ^ D[0]; A[23] = ROTL64 (41, X);
 149       X = A[ 4] ^ D[4]; A[15] = ROTL64 (27, X);
 150       X = A[24] ^ D[4]; A[ 4] = ROTL64 (14, X);
 151       X = A[21] ^ D[1]; A[24] = ROTL64 ( 2, X);
 152       X = A[ 8] ^ D[3]; A[21] = ROTL64 (55, X); /* row 4 done */
 153       X = A[16] ^ D[1]; A[ 8] = ROTL64 (45, X);
 154       X = A[ 5] ^ D[0]; A[16] = ROTL64 (36, X);
 155       X = A[ 3] ^ D[3]; A[ 5] = ROTL64 (28, X);
 156       X = A[18] ^ D[3]; A[ 3] = ROTL64 (21, X); /* row 0 done */
 157       X = A[17] ^ D[2]; A[18] = ROTL64 (15, X);
 158       X = A[11] ^ D[1]; A[17] = ROTL64 (10, X); /* row 3 done */
 159       X = A[ 7] ^ D[2]; A[11] = ROTL64 ( 6, X); /* row 1 done */
 160       X = A[10] ^ D[0]; A[ 7] = ROTL64 ( 3, X);
 161       A[10] = T;                                /* row 2 done */
 162
 163       D[0] = ~A[1] & A[2];
 164       D[1] = ~A[2] & A[3];
 165       D[2] = ~A[3] & A[4];
 166       D[3] = ~A[4] & A[0];
 167       D[4] = ~A[0] & A[1];
 168
 169       A[0] ^= D[0] ^ rc[i]; C[0] = A[0];
 170       A[1] ^= D[1]; C[1] = A[1];
 171       A[2] ^= D[2]; C[2] = A[2];
 172       A[3] ^= D[3]; C[3] = A[3];
 173       A[4] ^= D[4]; C[4] = A[4];
 174
 175       for (y = 5; y < 25; y+= 5)
 176         {
 177           D[0] = ~A[y+1] & A[y+2];
 178           D[1] = ~A[y+2] & A[y+3];
 179           D[2] = ~A[y+3] & A[y+4];
 180           D[3] = ~A[y+4] & A[y+0];
 181           D[4] = ~A[y+0] & A[y+1];
 182
 183           A[y+0] ^= D[0]; C[0] ^= A[y+0];
 184           A[y+1] ^= D[1]; C[1] ^= A[y+1];
 185           A[y+2] ^= D[2]; C[2] ^= A[y+2];
 186           A[y+3] ^= D[3]; C[3] ^= A[y+3];
 187           A[y+4] ^= D[4]; C[4] ^= A[y+4];
 188         }
 189     }
 190 #undef A
 191 }