Merge branch 'i2c/for-5.0' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/wsa/linux
[sfrench/cifs-2.6.git] / lib / chacha.c
1 /*
2  * The "hash function" used as the core of the ChaCha stream cipher (RFC7539)
3  *
4  * Copyright (C) 2015 Martin Willi
5  *
6  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
7  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
8  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
9  * (at your option) any later version.
10  */
11
12 #include <linux/kernel.h>
13 #include <linux/export.h>
14 #include <linux/bitops.h>
15 #include <linux/cryptohash.h>
16 #include <asm/unaligned.h>
17 #include <crypto/chacha.h>
18
19 static void chacha_permute(u32 *x, int nrounds)
20 {
21         int i;
22
23         /* whitelist the allowed round counts */
24         WARN_ON_ONCE(nrounds != 20 && nrounds != 12);
25
26         for (i = 0; i < nrounds; i += 2) {
27                 x[0]  += x[4];    x[12] = rol32(x[12] ^ x[0],  16);
28                 x[1]  += x[5];    x[13] = rol32(x[13] ^ x[1],  16);
29                 x[2]  += x[6];    x[14] = rol32(x[14] ^ x[2],  16);
30                 x[3]  += x[7];    x[15] = rol32(x[15] ^ x[3],  16);
31
32                 x[8]  += x[12];   x[4]  = rol32(x[4]  ^ x[8],  12);
33                 x[9]  += x[13];   x[5]  = rol32(x[5]  ^ x[9],  12);
34                 x[10] += x[14];   x[6]  = rol32(x[6]  ^ x[10], 12);
35                 x[11] += x[15];   x[7]  = rol32(x[7]  ^ x[11], 12);
36
37                 x[0]  += x[4];    x[12] = rol32(x[12] ^ x[0],   8);
38                 x[1]  += x[5];    x[13] = rol32(x[13] ^ x[1],   8);
39                 x[2]  += x[6];    x[14] = rol32(x[14] ^ x[2],   8);
40                 x[3]  += x[7];    x[15] = rol32(x[15] ^ x[3],   8);
41
42                 x[8]  += x[12];   x[4]  = rol32(x[4]  ^ x[8],   7);
43                 x[9]  += x[13];   x[5]  = rol32(x[5]  ^ x[9],   7);
44                 x[10] += x[14];   x[6]  = rol32(x[6]  ^ x[10],  7);
45                 x[11] += x[15];   x[7]  = rol32(x[7]  ^ x[11],  7);
46
47                 x[0]  += x[5];    x[15] = rol32(x[15] ^ x[0],  16);
48                 x[1]  += x[6];    x[12] = rol32(x[12] ^ x[1],  16);
49                 x[2]  += x[7];    x[13] = rol32(x[13] ^ x[2],  16);
50                 x[3]  += x[4];    x[14] = rol32(x[14] ^ x[3],  16);
51
52                 x[10] += x[15];   x[5]  = rol32(x[5]  ^ x[10], 12);
53                 x[11] += x[12];   x[6]  = rol32(x[6]  ^ x[11], 12);
54                 x[8]  += x[13];   x[7]  = rol32(x[7]  ^ x[8],  12);
55                 x[9]  += x[14];   x[4]  = rol32(x[4]  ^ x[9],  12);
56
57                 x[0]  += x[5];    x[15] = rol32(x[15] ^ x[0],   8);
58                 x[1]  += x[6];    x[12] = rol32(x[12] ^ x[1],   8);
59                 x[2]  += x[7];    x[13] = rol32(x[13] ^ x[2],   8);
60                 x[3]  += x[4];    x[14] = rol32(x[14] ^ x[3],   8);
61
62                 x[10] += x[15];   x[5]  = rol32(x[5]  ^ x[10],  7);
63                 x[11] += x[12];   x[6]  = rol32(x[6]  ^ x[11],  7);
64                 x[8]  += x[13];   x[7]  = rol32(x[7]  ^ x[8],   7);
65                 x[9]  += x[14];   x[4]  = rol32(x[4]  ^ x[9],   7);
66         }
67 }
68
69 /**
70  * chacha_block - generate one keystream block and increment block counter
71  * @state: input state matrix (16 32-bit words)
72  * @stream: output keystream block (64 bytes)
73  * @nrounds: number of rounds (20 or 12; 20 is recommended)
74  *
75  * This is the ChaCha core, a function from 64-byte strings to 64-byte strings.
76  * The caller has already converted the endianness of the input.  This function
77  * also handles incrementing the block counter in the input matrix.
78  */
79 void chacha_block(u32 *state, u8 *stream, int nrounds)
80 {
81         u32 x[16];
82         int i;
83
84         memcpy(x, state, 64);
85
86         chacha_permute(x, nrounds);
87
88         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(x); i++)
89                 put_unaligned_le32(x[i] + state[i], &stream[i * sizeof(u32)]);
90
91         state[12]++;
92 }
93 EXPORT_SYMBOL(chacha_block);
94
95 /**
96  * hchacha_block - abbreviated ChaCha core, for XChaCha
97  * @in: input state matrix (16 32-bit words)
98  * @out: output (8 32-bit words)
99  * @nrounds: number of rounds (20 or 12; 20 is recommended)
100  *
101  * HChaCha is the ChaCha equivalent of HSalsa and is an intermediate step
102  * towards XChaCha (see https://cr.yp.to/snuffle/xsalsa-20081128.pdf).  HChaCha
103  * skips the final addition of the initial state, and outputs only certain words
104  * of the state.  It should not be used for streaming directly.
105  */
106 void hchacha_block(const u32 *in, u32 *out, int nrounds)
107 {
108         u32 x[16];
109
110         memcpy(x, in, 64);
111
112         chacha_permute(x, nrounds);
113
114         memcpy(&out[0], &x[0], 16);
115         memcpy(&out[4], &x[12], 16);
116 }
117 EXPORT_SYMBOL(hchacha_block);