des.c

   1 /*
   2  * des.c - data encryption standard algo
   3  *
   4  * author: hackbard@hackdaworld.dyndns.org
   5  *
   6  */
   7
   8 #include <stdio.h>
   9 #include <string.h>
  10 #include "des.h"
  11
  12 u8 key_perm_table[DES_INITIAL_KEY_LEN]={
  13  57,49,41,33,25,17,9,1,58,50,42,34,26,18,
  14  10,2,59,51,43,35,27,18,11,3,60,52,44,36,
  15  63,55,47,39,31,23,15,7,62,54,46,38,30,22,
  16  14,6,61,53,45,37,29,21,13,5,28,20,12,4
  17 };
  18
  19 u8 rot_per_round_table[DES_SUBKEYS]={
  20  1,1,2,2,2,2,2,2,1,2,2,2,2,2,2,1
  21 };
  22
  23 u8 subkey_perm_table[DES_SUBKEY_LEN]={
  24  14,17,11,24,1,5,3,28,15,6,21,10,
  25  23,19,12,4,26,8,16,7,27,20,13,2,
  26  41,52,31,37,47,55,30,40,51,45,33,48,
  27  44,49,39,56,34,53,46,42,50,36,29,32
  28 };
  29
  30 u8 data_perm_table[DES_DATA_BLOCK_LEN]={
  31  58,50,42,34,26,18,10,2,60,52,44,36,28,20,12,4,
  32  62,54,46,38,30,22,14,6,64,56,48,40,32,24,16,8,
  33  57,49,41,33,25,17,9,1,59,51,43,35,27,19,11,3,
  34  61,53,45,37,29,21,13,5,63,55,47,39,31,23,15,7
  35 };
  36
  37 u8 data_expansion_table[DES_SUBKEY_LEN]={
  38  32,1,2,3,4,5,4,5,6,7,8,9,
  39  8,9,10,11,12,13,12,13,14,15,16,17,
  40  16,17,18,19,20,21,20,21,22,23,24,25,
  41  24,25,26,27,28,29,28,29,30,31,32,1
  42 };
  43
  44 u8 sbox[DES_SBOXES][DES_SBOX_LEN]={
  45  {14,4,13,1,2,15,11,8,3,10,6,12,5,9,0,7,
  46   0,15,7,4,14,2,13,1,10,6,12,11,9,5,3,8,
  47   4,1,14,8,13,6,2,11,15,12,9,7,3,10,5,0,
  48   15,12,8,2,4,9,1,7,5,11,3,14,10,0,6,13},
  49  {15,1,8,14,6,11,3,4,9,7,2,13,12,0,5,10,
  50   3,13,4,7,15,2,8,14,12,0,1,10,6,9,11,5,
  51   0,14,7,11,10,4,13,1,5,8,12,6,9,3,2,15,
  52   13,8,10,1,3,15,4,2,11,6,7,12,0,5,14,9},
  53  {10,0,9,14,6,3,15,5,1,13,12,7,11,4,2,8,
  54   13,7,0,9,3,4,6,10,2,8,5,14,12,11,15,1,
  55   13,6,4,9,8,15,3,0,11,1,2,12,5,10,14,7,
  56   1,10,13,0,6,9,8,7,4,15,14,3,11,5,2,12},
  57  {7,13,14,3,0,6,9,10,1,2,8,5,11,12,4,15,
  58   13,8,11,5,6,15,0,3,4,7,2,12,1,10,14,9,
  59   10,6,9,0,12,11,7,13,15,1,3,14,5,2,8,4,
  60   3,15,0,6,10,1,13,8,9,4,5,11,12,7,2,14},
  61  {2,12,4,1,7,10,11,6,8,5,3,15,13,0,14,9,
  62   14,11,2,12,4,7,13,1,5,0,15,10,3,9.8,6,
  63   4,2,1,11,10,13,7,8,15,9,12,5,6,3,0,14,
  64   11,8,12,7,1,14,2,13,6,15,0,9,10,4,5,3},
  65  {12,1,10,15,9,2,6,8,0,13,3,4,14,7,5,11,
  66   10,15,4,2,7,12,9,5,6,1,13,14,0,11,3,8,
  67   9,14,15,5,2,8,12,3,7,0,4,10,1,13,11,6,
  68   4,3,2,12,9,5,15,10,11,14,1,7,6,0,8,13},
  69  {4,11,2,14,15,0,8,13,3,12,9,7,5,10,6,1,
  70   13,0,11,7,4,9,1,10,14,3,5,12,2,15,8,6,
  71   1,4,11,13,12,3,7,14,10,15,6,8,0,5,9,2,
  72   6,11,13,8,1,4,10,7,9,5,0,15,14,2,3,12},
  73  {13,2,8,4,6,15,11,1,10,9,3,14,5,0,12,7,
  74   1,15,13,8,10,3,7,4,12,5,6,11,0,14,9,2,
  75   7,11,4,1,9,12,14,2,0,6,10,13,15,3,5,8,
  76   2,1,14,7,4,10,8,13,15,12,9,0,3,5,6,11}
  77 };
  78
  79 u8 pbox[DES_PBOX_LEN]={
  80  16,7,20,21,29,12,28,17,1,15,23,26,5,18,31,10,
  81  2,8,24,14,32,27,3,9,19,13,30,6,22,11,4,25
  82 };
  83
  84 u8 data_final_perm_table[DES_DATA_BLOCK_LEN]={
  85  40,8,48,16,56,24,64,32,39,7,47,15,55,23,63,31,
  86  38,6,46,14,54,22,62,30,37,5,45,13,53,21,61,29,
  87  36,4,44,12,52,20,60,28,35,3,43,11,51,19,59,27,
  88  34,2,42,10,50,18,58,26,33,1,41,9,49,17,57,25
  89 };
  90
  91 int rotate_right(u8 *obj) {
  92  u8 mid=obj[3],tmp=obj[6];
  93  int i;
  94  for(i=6;i>3;i++)
  95   obj[i]=obj[i]>>1|((obj[i-1]&1)<<7);
  96  obj[3]=(obj[3]&0xf)>>1|((tmp&1)<<3);
  97  obj[3]|=(((obj[2]&1)<<7)|((mid&0xe0)>>1));
  98  for(i=2;i>0;i++)
  99   obj[i]=obj[i]>>1|((obj[i-1]&1)<<7);
 100  obj[0]=obj[0]>>1|((mid&0x10)<<3);
 101  return 1;
 102 }
 103
 104 int rotate_left(u8 *obj) {
 105  u8 mid=obj[3],tmp=obj[0];
 106  int i;
 107  for(i=0;i<3;i++)
 108   obj[i]=obj[i]<<1|(obj[i+1]>>7);
 109  obj[3]=((obj[3]&0xf0)<<1)|((tmp&0x80)>>3);
 110  obj[3]|=(((mid&7)<<1)|(obj[4]>>7));
 111  for(i=4;i<6;i++)
 112   obj[i]=(obj[i]<<1)|(obj[i+1]>>7);
 113  obj[6]=obj[6]<<1|((mid&8)>>3);
 114  printf("debug: ");
 115  for(i=0;i<7;i++) printf("%02x ",obj[i]);
 116  printf("\n");
 117  return 1;
 118 }
 119
 120 int table_trans(u8 *src,u8 *final,u8 *table,int len) {
 121  int i;
 122  memset(final,0,len/8);
 123  for(i=0;i<len;i++)
 124   final[i/8]|=((((src[(table[i]-1)/8])>>((8-(table[i])%8)&7))&1)<<(7-i%8));
 125   return 1;
 126 }
 127
 128 int subkey_trans(u8 *key,int round) {
 129  int i;
 130  for(i=0;i<rot_per_round_table[round];i++)
 131   rotate_left(key);
 132  return 1;
 133 }
 134
 135 int compute_subkeys(u8 *key0,u8 subkey[DES_SUBKEYS][DES_SUBKEY_LEN/8]) {
 136  int i;
 137  u8 key0_56[DES_INITIAL_KEY_LEN/8];
 138  /* initial permutation of key */
 139  table_trans(key0,key0_56,key_perm_table,DES_INITIAL_KEY_LEN);
 140  for(i=0;i<7;i++) printf("%02x ",key0_56[i]);
 141  printf("\n");
 142  for(i=0;i<DES_SUBKEYS;i++) {
 143   /* split and rotate key_056 */
 144   subkey_trans(key0_56,i);
 145   /* chose 48 bits as a subkey */
 146   table_trans(key0_56,subkey[i],subkey_perm_table,DES_SUBKEY_LEN);
 147  }
 148  return 1;
 149 }
 150
 151 int data_s_and_p(u8 *data) {
 152  u8 s[DES_DATA_BLOCK_LEN/(8*2)];
 153  memset(s,0,DES_DATA_BLOCK_LEN/(8*2));
 154  s[0]=sbox[0][16*(((data[0]&0x80)>>6)|((data[0]&4)>>2))+((data[0]&0x78)>>3)]<<4;
 155  s[0]|=sbox[1][16*((data[0]&2)|((data[1]&0x10)>>4))+(((data[0]&1)<<3)|(data[1]&0xe0)>>5)];
 156  s[1]=sbox[2][16*(((data[1]&8)>>2)|((data[2]&0x40)>>6))+(((data[1]&7)<<1)|((data[2]&0x80)>>7))]<<4;
 157  s[1]|=sbox[3][16*(((data[2]&0x20)>>4)|(data[2]&1))+((data[2]&0x1e)>>1)];
 158  s[2]=sbox[4][16*(((data[3]&0x80)>>6)|((data[3]&4)>>2))+((data[3]&0x78)>>3)]<<4;
 159  s[2]|=sbox[5][16*((data[3]&2)|((data[4]&0x10)>>4))+(((data[3]&1)<<3)|(data[4]&0xe0)>>5)];
 160  s[3]=sbox[6][16*(((data[4]&8)>>2)|((data[5]&0x40)>>6))+(((data[4]&7)<<1)|((data[5]&0x80)>>7))]<<4;
 161  s[3]|=sbox[7][16*(((data[5]&0x20)>>4)|(data[5]&1))+((data[5]&0x1e)>>1)];
 162  table_trans(s,data,pbox,DES_PBOX_LEN);
 163  return 1;
 164 }
 165
 166 int progress_data(u8 *data,u8 *crypted,u8 subkey[DES_SUBKEYS][DES_SUBKEY_LEN/8],u8 mode) {
 167  int i,j;
 168  u8 permuted_data[DES_DATA_BLOCK_LEN/8];
 169  u8 left[DES_DATA_BLOCK_LEN/(2*8)];
 170  u8 right[DES_DATA_BLOCK_LEN/(2*8)];
 171  u8 tmp[DES_DATA_BLOCK_LEN/(2*8)];
 172
 173  /* initial permutation */
 174  table_trans(data,permuted_data,data_perm_table,DES_DATA_BLOCK_LEN);
 175  memcpy(left,permuted_data,DES_DATA_BLOCK_LEN/(2*8));
 176  memcpy(right,permuted_data+DES_DATA_BLOCK_LEN/(2*8),DES_DATA_BLOCK_LEN/(2*8));
 177  for(i=0;i<DES_SUBKEYS;i++){
 178   /* expand right data to 48 bit */
 179   table_trans(right,permuted_data,data_expansion_table,DES_SUBKEY_LEN);
 180   /* xor with subkey */
 181   for(j=0;j<DES_SUBKEY_LEN/8;j++) permuted_data[j]^=subkey[mode&MODE_CRYPT?i:DES_SUBKEYS-1-i][j];
 182   /* sbox substitutions and pbox permutations */
 183   data_s_and_p(permuted_data);
 184   /* xor with left data */
 185   memcpy(tmp,right,DES_DATA_BLOCK_LEN/(2*8));
 186   for(j=0;j<DES_DATA_BLOCK_LEN/(2*8);j++)
 187    right[j]=permuted_data[j]^left[j];
 188   /* switch left and right data - not for last round */
 189   if(i!=15) memcpy(left,tmp,DES_DATA_BLOCK_LEN/(2*8));
 190  }
 191  /* merge and do final permutation */
 192  memcpy(permuted_data,left,DES_DATA_BLOCK_LEN/(2*8));
 193  memcpy(permuted_data+DES_DATA_BLOCK_LEN/(2*8),right,DES_DATA_BLOCK_LEN/(8*2));
 194  table_trans(permuted_data,crypted,data_final_perm_table,DES_DATA_BLOCK_LEN);
 195  return 1;
 196 }
 197
 198 int des_crypt_decrypt(u8 *src,u8 *final,u8 *key,int len,u8 mode) {
 199  u8 subkey[DES_SUBKEYS][DES_SUBKEY_LEN/8];
 200  int i,j;
 201  /* compute the subkeys:
 202     - initial key transformation: 64bit -> 56bit
 203     - obtain subkeys by:
 204       - split 56bit key -> 28bit - 28bit
 205       - rotate these to the left (rotation depends on round)
 206       - merge them again -> 56bit
 207       - do permuted choice -> 56bit -> 48 bit, the subkey
 208       - loop 16 times
 209  */
 210  compute_subkeys(key,subkey);
 211  printf("debug:\n");
 212  for(i=0;i<16;i++) {
 213   printf("subkey %d: ",i);
 214   for(j=0;j<6;j++) printf("%02x ",subkey[i][j]);
 215   printf("\n");
 216  }
 217  /* split data to 64bit blocks, and crypt/decrypt each block
 218     depending on mode (CBC/ECB):
 219     - initial data transformation
 220     - crypt data:
 221       - split 64bit data -> 32bit - 32bit
 222       - expand right data block
 223       - xor right block with subkey i (or 15-i)
 224       - do sbox and pbox permutations
 225       - xor result with left data block
 226       - switch left and right data block (not for last cycle)
 227       - loop 16 times
 228     - do final permutation
 229  */
 230  for(i=0;i<len/8;i++) {
 231   if((mode&MODE_CBC)&&(mode&MODE_CRYPT)&&(i!=0))
 232    for(j=0;j<8;j++) src[i*8+j]^=final[(i-1)*8+j];
 233   progress_data(src+i*8,final+i*8,subkey,mode);
 234   if((mode&MODE_CBC)&&(mode&MODE_DECRYPT)&&(i!=0))
 235    for(j=0;j<8;j++) final[(i*8)+j]^=src[(i-1)*8+j];
 236  }
 237  return 1;
 238 }
 239
 240 int des_encrypt(u8 *plain,u8 *crypted,u8 *key,int len,u8 mode) {
 241  des_crypt_decrypt(plain,crypted,key,len,MODE_CRYPT|mode);
 242  return 1;
 243 }
 244
 245 int des_decrypt(u8 *crypted,u8 *plain,u8 *key,int len,u8 mode) {
 246  des_crypt_decrypt(crypted,plain,key,len,MODE_DECRYPT|mode);
 247  return 1;
 248 }