pygost/gost3412.py

   1 # coding: utf-8
   2 # PyGOST -- Pure Python GOST cryptographic functions library
   3 # Copyright (C) 2015-2020 Sergey Matveev <stargrave@stargrave.org>
   4 #
   5 # This program is free software: you can redistribute it and/or modify
   6 # it under the terms of the GNU General Public License as published by
   7 # the Free Software Foundation, version 3 of the License.
   8 #
   9 # This program is distributed in the hope that it will be useful,
  10 # but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  11 # MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  12 # GNU General Public License for more details.
  13 #
  14 # You should have received a copy of the GNU General Public License
  15 # along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  16 """GOST 34.12-2015 64 and 128 bit block ciphers (:rfc:`7801`)
  17
  18 Several precalculations are performed during this module importing.
  19 """
  20
  21 from pygost.gost28147 import block2ns as gost28147_block2ns
  22 from pygost.gost28147 import decrypt as gost28147_decrypt
  23 from pygost.gost28147 import encrypt as gost28147_encrypt
  24 from pygost.gost28147 import ns2block as gost28147_ns2block
  25 from pygost.utils import strxor
  26 from pygost.utils import xrange
  27
  28
  29 KEYSIZE = 32
  30
  31 LC = bytearray((
  32     148, 32, 133, 16, 194, 192, 1, 251, 1, 192, 194, 16, 133, 32, 148, 1,
  33 ))
  34 PI = bytearray((
  35     252, 238, 221, 17, 207, 110, 49, 22, 251, 196, 250, 218, 35, 197, 4, 77,
  36     233, 119, 240, 219, 147, 46, 153, 186, 23, 54, 241, 187, 20, 205, 95, 193,
  37     249, 24, 101, 90, 226, 92, 239, 33, 129, 28, 60, 66, 139, 1, 142, 79, 5,
  38     132, 2, 174, 227, 106, 143, 160, 6, 11, 237, 152, 127, 212, 211, 31, 235,
  39     52, 44, 81, 234, 200, 72, 171, 242, 42, 104, 162, 253, 58, 206, 204, 181,
  40     112, 14, 86, 8, 12, 118, 18, 191, 114, 19, 71, 156, 183, 93, 135, 21, 161,
  41     150, 41, 16, 123, 154, 199, 243, 145, 120, 111, 157, 158, 178, 177, 50, 117,
  42     25, 61, 255, 53, 138, 126, 109, 84, 198, 128, 195, 189, 13, 87, 223, 245,
  43     36, 169, 62, 168, 67, 201, 215, 121, 214, 246, 124, 34, 185, 3, 224, 15,
  44     236, 222, 122, 148, 176, 188, 220, 232, 40, 80, 78, 51, 10, 74, 167, 151,
  45     96, 115, 30, 0, 98, 68, 26, 184, 56, 130, 100, 159, 38, 65, 173, 69, 70,
  46     146, 39, 94, 85, 47, 140, 163, 165, 125, 105, 213, 149, 59, 7, 88, 179, 64,
  47     134, 172, 29, 247, 48, 55, 107, 228, 136, 217, 231, 137, 225, 27, 131, 73,
  48     76, 63, 248, 254, 141, 83, 170, 144, 202, 216, 133, 97, 32, 113, 103, 164,
  49     45, 43, 9, 91, 203, 155, 37, 208, 190, 229, 108, 82, 89, 166, 116, 210, 230,
  50     244, 180, 192, 209, 102, 175, 194, 57, 75, 99, 182,
  51 ))
  52
  53 ########################################################################
  54 # Precalculate inverted PI value as a performance optimization.
  55 # Actually it can be computed only once and saved on the disk.
  56 ########################################################################
  57 PIinv = bytearray(256)
  58 for x in xrange(256):
  59     PIinv[PI[x]] = x
  60
  61
  62 def gf(a, b):
  63     c = 0
  64     while b:
  65         if b & 1:
  66             c ^= a
  67         if a & 0x80:
  68             a = (a << 1) ^ 0x1C3
  69         else:
  70             a <<= 1
  71         b >>= 1
  72     return c
  73
  74 ########################################################################
  75 # Precalculate all possible gf(byte, byte) values as a performance
  76 # optimization.
  77 # Actually it can be computed only once and saved on the disk.
  78 ########################################################################
  79
  80
  81 GF = [bytearray(256) for _ in xrange(256)]
  82
  83 for x in xrange(256):
  84     for y in xrange(256):
  85         GF[x][y] = gf(x, y)
  86
  87
  88 def L(blk, rounds=16):
  89     for _ in range(rounds):
  90         t = blk[15]
  91         for i in range(14, -1, -1):
  92             blk[i + 1] = blk[i]
  93             t ^= GF[blk[i]][LC[i]]
  94         blk[0] = t
  95     return blk
  96
  97
  98 def Linv(blk):
  99     for _ in range(16):
 100         t = blk[0]
 101         for i in range(15):
 102             blk[i] = blk[i + 1]
 103             t ^= GF[blk[i]][LC[i]]
 104         blk[15] = t
 105     return blk
 106
 107 ########################################################################
 108 # Precalculate values of the C -- it does not depend on key.
 109 # Actually it can be computed only once and saved on the disk.
 110 ########################################################################
 111
 112
 113 C = []
 114
 115 for x in range(1, 33):
 116     y = bytearray(16)
 117     y[15] = x
 118     C.append(L(y))
 119
 120
 121 def lp(blk):
 122     return L([PI[v] for v in blk])
 123
 124
 125 class GOST3412Kuznechik(object):
 126     """GOST 34.12-2015 128-bit block cipher Кузнечик (Kuznechik)
 127     """
 128     blocksize = 16
 129
 130     def __init__(self, key):
 131         """
 132         :param key: encryption/decryption key
 133         :type key: bytes, 32 bytes
 134
 135         Key scheduling (roundkeys precomputation) is performed here.
 136         """
 137         kr0 = bytearray(key[:16])
 138         kr1 = bytearray(key[16:])
 139         self.ks = [kr0, kr1]
 140         for i in range(4):
 141             for j in range(8):
 142                 k = lp(bytearray(strxor(C[8 * i + j], kr0)))
 143                 kr0, kr1 = [strxor(k, kr1), kr0]
 144             self.ks.append(kr0)
 145             self.ks.append(kr1)
 146
 147     def encrypt(self, blk):
 148         blk = bytearray(blk)
 149         for i in range(9):
 150             blk = lp(bytearray(strxor(self.ks[i], blk)))
 151         return bytes(strxor(self.ks[9], blk))
 152
 153     def decrypt(self, blk):
 154         blk = bytearray(blk)
 155         for i in range(9, 0, -1):
 156             blk = [PIinv[v] for v in Linv(bytearray(strxor(self.ks[i], blk)))]
 157         return bytes(strxor(self.ks[0], blk))
 158
 159
 160 class GOST3412Magma(object):
 161     """GOST 34.12-2015 64-bit block cipher Магма (Magma)
 162     """
 163     blocksize = 8
 164
 165     def __init__(self, key):
 166         """
 167         :param key: encryption/decryption key
 168         :type key: bytes, 32 bytes
 169         """
 170         # Backward compatibility key preparation for 28147-89 key schedule
 171         self.key = b"".join(key[i * 4:i * 4 + 4][::-1] for i in range(8))
 172         self.sbox = "id-tc26-gost-28147-param-Z"
 173
 174     def encrypt(self, blk):
 175         return gost28147_ns2block(gost28147_encrypt(
 176             self.sbox,
 177             self.key,
 178             gost28147_block2ns(blk[::-1]),
 179         ))[::-1]
 180
 181     def decrypt(self, blk):
 182         return gost28147_ns2block(gost28147_decrypt(
 183             self.sbox,
 184             self.key,
 185             gost28147_block2ns(blk[::-1]),
 186         ))[::-1]