gost3412128/cipher.go

   1 // GoGOST -- Pure Go GOST cryptographic functions library
   2 // Copyright (C) 2015-2021 Sergey Matveev <stargrave@stargrave.org>
   3 //
   4 // This program is free software: you can redistribute it and/or modify
   5 // it under the terms of the GNU General Public License as published by
   6 // the Free Software Foundation, version 3 of the License.
   7 //
   8 // This program is distributed in the hope that it will be useful,
   9 // but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  10 // MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  11 // GNU General Public License for more details.
  12 //
  13 // You should have received a copy of the GNU General Public License
  14 // along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  15
  16 // GOST 34.12-2015 128-bit (Кузнечик (Kuznechik)) block cipher.
  17 package gost3412128
  18
  19 const (
  20         BlockSize = 16
  21         KeySize   = 32
  22 )
  23
  24 var (
  25         lc [BlockSize]byte = [BlockSize]byte{
  26                 148, 32, 133, 16, 194, 192, 1, 251, 1, 192, 194, 16,
  27                 133, 32, 148, 1,
  28         }
  29         pi [256]byte = [256]byte{
  30                 252, 238, 221, 17, 207, 110, 49, 22, 251, 196, 250,
  31                 218, 35, 197, 4, 77, 233, 119, 240, 219, 147, 46,
  32                 153, 186, 23, 54, 241, 187, 20, 205, 95, 193, 249,
  33                 24, 101, 90, 226, 92, 239, 33, 129, 28, 60, 66, 139,
  34                 1, 142, 79, 5, 132, 2, 174, 227, 106, 143, 160, 6,
  35                 11, 237, 152, 127, 212, 211, 31, 235, 52, 44, 81,
  36                 234, 200, 72, 171, 242, 42, 104, 162, 253, 58, 206,
  37                 204, 181, 112, 14, 86, 8, 12, 118, 18, 191, 114, 19,
  38                 71, 156, 183, 93, 135, 21, 161, 150, 41, 16, 123,
  39                 154, 199, 243, 145, 120, 111, 157, 158, 178, 177,
  40                 50, 117, 25, 61, 255, 53, 138, 126, 109, 84, 198,
  41                 128, 195, 189, 13, 87, 223, 245, 36, 169, 62, 168,
  42                 67, 201, 215, 121, 214, 246, 124, 34, 185, 3, 224,
  43                 15, 236, 222, 122, 148, 176, 188, 220, 232, 40, 80,
  44                 78, 51, 10, 74, 167, 151, 96, 115, 30, 0, 98, 68,
  45                 26, 184, 56, 130, 100, 159, 38, 65, 173, 69, 70,
  46                 146, 39, 94, 85, 47, 140, 163, 165, 125, 105, 213,
  47                 149, 59, 7, 88, 179, 64, 134, 172, 29, 247, 48, 55,
  48                 107, 228, 136, 217, 231, 137, 225, 27, 131, 73, 76,
  49                 63, 248, 254, 141, 83, 170, 144, 202, 216, 133, 97,
  50                 32, 113, 103, 164, 45, 43, 9, 91, 203, 155, 37, 208,
  51                 190, 229, 108, 82, 89, 166, 116, 210, 230, 244, 180,
  52                 192, 209, 102, 175, 194, 57, 75, 99, 182,
  53         }
  54         piInv   [256]byte
  55         cBlk    [32][]byte
  56         gfCache [256][256]byte
  57 )
  58
  59 func gf(a, b byte) (c byte) {
  60         for b > 0 {
  61                 if b&1 > 0 {
  62                         c ^= a
  63                 }
  64                 if a&0x80 > 0 {
  65                         a = (a << 1) ^ 0xC3
  66                 } else {
  67                         a <<= 1
  68                 }
  69                 b >>= 1
  70         }
  71         return
  72 }
  73
  74 func l(blk []byte) {
  75         for n := 0; n < BlockSize; n++ {
  76                 t := blk[15]
  77                 t ^= gfCache[blk[0]][lc[0]]
  78                 t ^= gfCache[blk[1]][lc[1]]
  79                 t ^= gfCache[blk[2]][lc[2]]
  80                 t ^= gfCache[blk[3]][lc[3]]
  81                 t ^= gfCache[blk[4]][lc[4]]
  82                 t ^= gfCache[blk[5]][lc[5]]
  83                 t ^= gfCache[blk[6]][lc[6]]
  84                 t ^= gfCache[blk[7]][lc[7]]
  85                 t ^= gfCache[blk[8]][lc[8]]
  86                 t ^= gfCache[blk[9]][lc[9]]
  87                 t ^= gfCache[blk[10]][lc[10]]
  88                 t ^= gfCache[blk[11]][lc[11]]
  89                 t ^= gfCache[blk[12]][lc[12]]
  90                 t ^= gfCache[blk[13]][lc[13]]
  91                 t ^= gfCache[blk[14]][lc[14]]
  92                 copy(blk[1:], blk)
  93                 blk[0] = t
  94         }
  95 }
  96
  97 func lInv(blk []byte) {
  98         for n := 0; n < BlockSize; n++ {
  99                 t := blk[0]
 100                 copy(blk, blk[1:])
 101                 t ^= gfCache[blk[0]][lc[0]]
 102                 t ^= gfCache[blk[1]][lc[1]]
 103                 t ^= gfCache[blk[2]][lc[2]]
 104                 t ^= gfCache[blk[3]][lc[3]]
 105                 t ^= gfCache[blk[4]][lc[4]]
 106                 t ^= gfCache[blk[5]][lc[5]]
 107                 t ^= gfCache[blk[6]][lc[6]]
 108                 t ^= gfCache[blk[7]][lc[7]]
 109                 t ^= gfCache[blk[8]][lc[8]]
 110                 t ^= gfCache[blk[9]][lc[9]]
 111                 t ^= gfCache[blk[10]][lc[10]]
 112                 t ^= gfCache[blk[11]][lc[11]]
 113                 t ^= gfCache[blk[12]][lc[12]]
 114                 t ^= gfCache[blk[13]][lc[13]]
 115                 t ^= gfCache[blk[14]][lc[14]]
 116                 blk[15] = t
 117         }
 118 }
 119
 120 func init() {
 121         for a := 0; a < 256; a++ {
 122                 for b := 0; b < 256; b++ {
 123                         gfCache[a][b] = gf(byte(a), byte(b))
 124                 }
 125         }
 126         for i := 0; i < 256; i++ {
 127                 piInv[int(pi[i])] = byte(i)
 128         }
 129         for i := 0; i < 32; i++ {
 130                 cBlk[i] = make([]byte, BlockSize)
 131                 cBlk[i][15] = byte(i) + 1
 132                 l(cBlk[i])
 133         }
 134 }
 135
 136 func s(blk []byte) {
 137         blk[0] = pi[int(blk[0])]
 138         blk[1] = pi[int(blk[1])]
 139         blk[2] = pi[int(blk[2])]
 140         blk[3] = pi[int(blk[3])]
 141         blk[4] = pi[int(blk[4])]
 142         blk[5] = pi[int(blk[5])]
 143         blk[6] = pi[int(blk[6])]
 144         blk[7] = pi[int(blk[7])]
 145         blk[8] = pi[int(blk[8])]
 146         blk[9] = pi[int(blk[9])]
 147         blk[10] = pi[int(blk[10])]
 148         blk[11] = pi[int(blk[11])]
 149         blk[12] = pi[int(blk[12])]
 150         blk[13] = pi[int(blk[13])]
 151         blk[14] = pi[int(blk[14])]
 152         blk[15] = pi[int(blk[15])]
 153 }
 154
 155 func xor(dst, src1, src2 []byte) {
 156         dst[0] = src1[0] ^ src2[0]
 157         dst[1] = src1[1] ^ src2[1]
 158         dst[2] = src1[2] ^ src2[2]
 159         dst[3] = src1[3] ^ src2[3]
 160         dst[4] = src1[4] ^ src2[4]
 161         dst[5] = src1[5] ^ src2[5]
 162         dst[6] = src1[6] ^ src2[6]
 163         dst[7] = src1[7] ^ src2[7]
 164         dst[8] = src1[8] ^ src2[8]
 165         dst[9] = src1[9] ^ src2[9]
 166         dst[10] = src1[10] ^ src2[10]
 167         dst[11] = src1[11] ^ src2[11]
 168         dst[12] = src1[12] ^ src2[12]
 169         dst[13] = src1[13] ^ src2[13]
 170         dst[14] = src1[14] ^ src2[14]
 171         dst[15] = src1[15] ^ src2[15]
 172 }
 173
 174 type Cipher struct {
 175         ks [10][]byte
 176 }
 177
 178 func (c *Cipher) BlockSize() int {
 179         return BlockSize
 180 }
 181
 182 func NewCipher(key []byte) *Cipher {
 183         if len(key) != KeySize {
 184                 panic("invalid key size")
 185         }
 186         var ks [10][]byte
 187         for i := 0; i < len(ks); i++ {
 188                 ks[i] = make([]byte, BlockSize)
 189         }
 190         kr0 := make([]byte, BlockSize)
 191         kr1 := make([]byte, BlockSize)
 192         krt := make([]byte, BlockSize)
 193         copy(kr0, key[:BlockSize])
 194         copy(kr1, key[BlockSize:])
 195         copy(ks[0], kr0)
 196         copy(ks[1], kr1)
 197         for i := 0; i < 4; i++ {
 198                 for j := 0; j < 8; j++ {
 199                         xor(krt, kr0, cBlk[8*i+j])
 200                         s(krt)
 201                         l(krt)
 202                         xor(krt, krt, kr1)
 203                         copy(kr1, kr0)
 204                         copy(kr0, krt)
 205                 }
 206                 copy(ks[2+2*i], kr0)
 207                 copy(ks[2+2*i+1], kr1)
 208         }
 209         return &Cipher{ks}
 210 }
 211
 212 func (c *Cipher) Encrypt(dst, src []byte) {
 213         blk := make([]byte, BlockSize)
 214         copy(blk, src)
 215         for i := 0; i < 9; i++ {
 216                 xor(blk, blk, c.ks[i])
 217                 s(blk)
 218                 l(blk)
 219         }
 220         xor(blk, blk, c.ks[9])
 221         copy(dst[:BlockSize], blk)
 222 }
 223
 224 func (c *Cipher) Decrypt(dst, src []byte) {
 225         blk := make([]byte, BlockSize)
 226         copy(blk, src)
 227         var n int
 228         for i := 9; i > 0; i-- {
 229                 xor(blk, blk, c.ks[i])
 230                 lInv(blk)
 231                 for n = 0; n < BlockSize; n++ {
 232                         blk[n] = piInv[int(blk[n])]
 233                 }
 234         }
 235         xor(blk, blk, c.ks[0])
 236         copy(dst[:BlockSize], blk)
 237 }