Merge tag 'mvebu-fixes-4.3-2' of git://git.infradead.org/linux-mvebu into fixes
[linux-drm-fsl-dcu.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 int crypto_poly1305_setkey(struct crypto_shash *tfm,
55                            const u8 *key, unsigned int keylen)
56 {
57         /* Poly1305 requires a unique key for each tag, which implies that
58          * we can't set it on the tfm that gets accessed by multiple users
59          * simultaneously. Instead we expect the key as the first 32 bytes in
60          * the update() call. */
61         return -ENOTSUPP;
62 }
63 EXPORT_SYMBOL_GPL(crypto_poly1305_setkey);
64
65 static void poly1305_setrkey(struct poly1305_desc_ctx *dctx, const u8 *key)
66 {
67         /* r &= 0xffffffc0ffffffc0ffffffc0fffffff */
68         dctx->r[0] = (le32_to_cpuvp(key +  0) >> 0) & 0x3ffffff;
69         dctx->r[1] = (le32_to_cpuvp(key +  3) >> 2) & 0x3ffff03;
70         dctx->r[2] = (le32_to_cpuvp(key +  6) >> 4) & 0x3ffc0ff;
71         dctx->r[3] = (le32_to_cpuvp(key +  9) >> 6) & 0x3f03fff;
72         dctx->r[4] = (le32_to_cpuvp(key + 12) >> 8) & 0x00fffff;
73 }
74
75 static void poly1305_setskey(struct poly1305_desc_ctx *dctx, const u8 *key)
76 {
77         dctx->s[0] = le32_to_cpuvp(key +  0);
78         dctx->s[1] = le32_to_cpuvp(key +  4);
79         dctx->s[2] = le32_to_cpuvp(key +  8);
80         dctx->s[3] = le32_to_cpuvp(key + 12);
81 }
82
83 unsigned int crypto_poly1305_setdesckey(struct poly1305_desc_ctx *dctx,
84                                         const u8 *src, unsigned int srclen)
85 {
86         if (!dctx->sset) {
87                 if (!dctx->rset && srclen >= POLY1305_BLOCK_SIZE) {
88                         poly1305_setrkey(dctx, src);
89                         src += POLY1305_BLOCK_SIZE;
90                         srclen -= POLY1305_BLOCK_SIZE;
91                         dctx->rset = true;
92                 }
93                 if (srclen >= POLY1305_BLOCK_SIZE) {
94                         poly1305_setskey(dctx, src);
95                         src += POLY1305_BLOCK_SIZE;
96                         srclen -= POLY1305_BLOCK_SIZE;
97                         dctx->sset = true;
98                 }
99         }
100         return srclen;
101 }
102 EXPORT_SYMBOL_GPL(crypto_poly1305_setdesckey);
103
104 static unsigned int poly1305_blocks(struct poly1305_desc_ctx *dctx,
105                                     const u8 *src, unsigned int srclen,
106                                     u32 hibit)
107 {
108         u32 r0, r1, r2, r3, r4;
109         u32 s1, s2, s3, s4;
110         u32 h0, h1, h2, h3, h4;
111         u64 d0, d1, d2, d3, d4;
112         unsigned int datalen;
113
114         if (unlikely(!dctx->sset)) {
115                 datalen = crypto_poly1305_setdesckey(dctx, src, srclen);
116                 src += srclen - datalen;
117                 srclen = datalen;
118         }
119
120         r0 = dctx->r[0];
121         r1 = dctx->r[1];
122         r2 = dctx->r[2];
123         r3 = dctx->r[3];
124         r4 = dctx->r[4];
125
126         s1 = r1 * 5;
127         s2 = r2 * 5;
128         s3 = r3 * 5;
129         s4 = r4 * 5;
130
131         h0 = dctx->h[0];
132         h1 = dctx->h[1];
133         h2 = dctx->h[2];
134         h3 = dctx->h[3];
135         h4 = dctx->h[4];
136
137         while (likely(srclen >= POLY1305_BLOCK_SIZE)) {
138
139                 /* h += m[i] */
140                 h0 += (le32_to_cpuvp(src +  0) >> 0) & 0x3ffffff;
141                 h1 += (le32_to_cpuvp(src +  3) >> 2) & 0x3ffffff;
142                 h2 += (le32_to_cpuvp(src +  6) >> 4) & 0x3ffffff;
143                 h3 += (le32_to_cpuvp(src +  9) >> 6) & 0x3ffffff;
144                 h4 += (le32_to_cpuvp(src + 12) >> 8) | hibit;
145
146                 /* h *= r */
147                 d0 = mlt(h0, r0) + mlt(h1, s4) + mlt(h2, s3) +
148                      mlt(h3, s2) + mlt(h4, s1);
149                 d1 = mlt(h0, r1) + mlt(h1, r0) + mlt(h2, s4) +
150                      mlt(h3, s3) + mlt(h4, s2);
151                 d2 = mlt(h0, r2) + mlt(h1, r1) + mlt(h2, r0) +
152                      mlt(h3, s4) + mlt(h4, s3);
153                 d3 = mlt(h0, r3) + mlt(h1, r2) + mlt(h2, r1) +
154                      mlt(h3, r0) + mlt(h4, s4);
155                 d4 = mlt(h0, r4) + mlt(h1, r3) + mlt(h2, r2) +
156                      mlt(h3, r1) + mlt(h4, r0);
157
158                 /* (partial) h %= p */
159                 d1 += sr(d0, 26);     h0 = and(d0, 0x3ffffff);
160                 d2 += sr(d1, 26);     h1 = and(d1, 0x3ffffff);
161                 d3 += sr(d2, 26);     h2 = and(d2, 0x3ffffff);
162                 d4 += sr(d3, 26);     h3 = and(d3, 0x3ffffff);
163                 h0 += sr(d4, 26) * 5; h4 = and(d4, 0x3ffffff);
164                 h1 += h0 >> 26;       h0 = h0 & 0x3ffffff;
165
166                 src += POLY1305_BLOCK_SIZE;
167                 srclen -= POLY1305_BLOCK_SIZE;
168         }
169
170         dctx->h[0] = h0;
171         dctx->h[1] = h1;
172         dctx->h[2] = h2;
173         dctx->h[3] = h3;
174         dctx->h[4] = h4;
175
176         return srclen;
177 }
178
179 int crypto_poly1305_update(struct shash_desc *desc,
180                            const u8 *src, unsigned int srclen)
181 {
182         struct poly1305_desc_ctx *dctx = shash_desc_ctx(desc);
183         unsigned int bytes;
184
185         if (unlikely(dctx->buflen)) {
186                 bytes = min(srclen, POLY1305_BLOCK_SIZE - dctx->buflen);
187                 memcpy(dctx->buf + dctx->buflen, src, bytes);
188                 src += bytes;
189                 srclen -= bytes;
190                 dctx->buflen += bytes;
191
192                 if (dctx->buflen == POLY1305_BLOCK_SIZE) {
193                         poly1305_blocks(dctx, dctx->buf,
194                                         POLY1305_BLOCK_SIZE, 1 << 24);
195                         dctx->buflen = 0;
196                 }
197         }
198
199         if (likely(srclen >= POLY1305_BLOCK_SIZE)) {
200                 bytes = poly1305_blocks(dctx, src, srclen, 1 << 24);
201                 src += srclen - bytes;
202                 srclen = bytes;
203         }
204
205         if (unlikely(srclen)) {
206                 dctx->buflen = srclen;
207                 memcpy(dctx->buf, src, srclen);
208         }
209
210         return 0;
211 }
212 EXPORT_SYMBOL_GPL(crypto_poly1305_update);
213
214 int crypto_poly1305_final(struct shash_desc *desc, u8 *dst)
215 {
216         struct poly1305_desc_ctx *dctx = shash_desc_ctx(desc);
217         __le32 *mac = (__le32 *)dst;
218         u32 h0, h1, h2, h3, h4;
219         u32 g0, g1, g2, g3, g4;
220         u32 mask;
221         u64 f = 0;
222
223         if (unlikely(!dctx->sset))
224                 return -ENOKEY;
225
226         if (unlikely(dctx->buflen)) {
227                 dctx->buf[dctx->buflen++] = 1;
228                 memset(dctx->buf + dctx->buflen, 0,
229                        POLY1305_BLOCK_SIZE - dctx->buflen);
230                 poly1305_blocks(dctx, dctx->buf, POLY1305_BLOCK_SIZE, 0);
231         }
232
233         /* fully carry h */
234         h0 = dctx->h[0];
235         h1 = dctx->h[1];
236         h2 = dctx->h[2];
237         h3 = dctx->h[3];
238         h4 = dctx->h[4];
239
240         h2 += (h1 >> 26);     h1 = h1 & 0x3ffffff;
241         h3 += (h2 >> 26);     h2 = h2 & 0x3ffffff;
242         h4 += (h3 >> 26);     h3 = h3 & 0x3ffffff;
243         h0 += (h4 >> 26) * 5; h4 = h4 & 0x3ffffff;
244         h1 += (h0 >> 26);     h0 = h0 & 0x3ffffff;
245
246         /* compute h + -p */
247         g0 = h0 + 5;
248         g1 = h1 + (g0 >> 26);             g0 &= 0x3ffffff;
249         g2 = h2 + (g1 >> 26);             g1 &= 0x3ffffff;
250         g3 = h3 + (g2 >> 26);             g2 &= 0x3ffffff;
251         g4 = h4 + (g3 >> 26) - (1 << 26); g3 &= 0x3ffffff;
252
253         /* select h if h < p, or h + -p if h >= p */
254         mask = (g4 >> ((sizeof(u32) * 8) - 1)) - 1;
255         g0 &= mask;
256         g1 &= mask;
257         g2 &= mask;
258         g3 &= mask;
259         g4 &= mask;
260         mask = ~mask;
261         h0 = (h0 & mask) | g0;
262         h1 = (h1 & mask) | g1;
263         h2 = (h2 & mask) | g2;
264         h3 = (h3 & mask) | g3;
265         h4 = (h4 & mask) | g4;
266
267         /* h = h % (2^128) */
268         h0 = (h0 >>  0) | (h1 << 26);
269         h1 = (h1 >>  6) | (h2 << 20);
270         h2 = (h2 >> 12) | (h3 << 14);
271         h3 = (h3 >> 18) | (h4 <<  8);
272
273         /* mac = (h + s) % (2^128) */
274         f = (f >> 32) + h0 + dctx->s[0]; mac[0] = cpu_to_le32(f);
275         f = (f >> 32) + h1 + dctx->s[1]; mac[1] = cpu_to_le32(f);
276         f = (f >> 32) + h2 + dctx->s[2]; mac[2] = cpu_to_le32(f);
277         f = (f >> 32) + h3 + dctx->s[3]; mac[3] = cpu_to_le32(f);
278
279         return 0;
280 }
281 EXPORT_SYMBOL_GPL(crypto_poly1305_final);
282
283 static struct shash_alg poly1305_alg = {
284         .digestsize     = POLY1305_DIGEST_SIZE,
285         .init           = crypto_poly1305_init,
286         .update         = crypto_poly1305_update,
287         .final          = crypto_poly1305_final,
288         .setkey         = crypto_poly1305_setkey,
289         .descsize       = sizeof(struct poly1305_desc_ctx),
290         .base           = {
291                 .cra_name               = "poly1305",
292                 .cra_driver_name        = "poly1305-generic",
293                 .cra_priority           = 100,
294                 .cra_flags              = CRYPTO_ALG_TYPE_SHASH,
295                 .cra_alignmask          = sizeof(u32) - 1,
296                 .cra_blocksize          = POLY1305_BLOCK_SIZE,
297                 .cra_module             = THIS_MODULE,
298         },
299 };
300
301 static int __init poly1305_mod_init(void)
302 {
303         return crypto_register_shash(&poly1305_alg);
304 }
305
306 static void __exit poly1305_mod_exit(void)
307 {
308         crypto_unregister_shash(&poly1305_alg);
309 }
310
311 module_init(poly1305_mod_init);
312 module_exit(poly1305_mod_exit);
313
314 MODULE_LICENSE("GPL");
315 MODULE_AUTHOR("Martin Willi <martin@strongswan.org>");
316 MODULE_DESCRIPTION("Poly1305 authenticator");
317 MODULE_ALIAS_CRYPTO("poly1305");
318 MODULE_ALIAS_CRYPTO("poly1305-generic");