drivers/common/cnxk/roc_aes.c

   1 /* SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
   2  * Copyright (c) 2021 Marvell.
   3  */
   4
   5 #include "roc_api.h"
   6
   7 #define KEY_WORD_LEN     (ROC_CPT_AES_XCBC_KEY_LENGTH / sizeof(uint32_t))
   8 #define KEY_ROUNDS       10                     /* (Nr+1)*Nb */
   9 #define KEY_SCHEDULE_LEN ((KEY_ROUNDS + 1) * 4) /* (Nr+1)*Nb words */
  10
  11 /*
  12  * AES 128 implementation based on NIST FIPS 197 suitable for LittleEndian
  13  * https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/FIPS/NIST.FIPS.197.pdf
  14  */
  15
  16 /* Sbox from NIST FIPS 197 */
  17 static uint8_t Sbox[] = {
  18         0x63, 0x7c, 0x77, 0x7b, 0xf2, 0x6b, 0x6f, 0xc5, 0x30, 0x01, 0x67, 0x2b,
  19         0xfe, 0xd7, 0xab, 0x76, 0xca, 0x82, 0xc9, 0x7d, 0xfa, 0x59, 0x47, 0xf0,
  20         0xad, 0xd4, 0xa2, 0xaf, 0x9c, 0xa4, 0x72, 0xc0, 0xb7, 0xfd, 0x93, 0x26,
  21         0x36, 0x3f, 0xf7, 0xcc, 0x34, 0xa5, 0xe5, 0xf1, 0x71, 0xd8, 0x31, 0x15,
  22         0x04, 0xc7, 0x23, 0xc3, 0x18, 0x96, 0x05, 0x9a, 0x07, 0x12, 0x80, 0xe2,
  23         0xeb, 0x27, 0xb2, 0x75, 0x09, 0x83, 0x2c, 0x1a, 0x1b, 0x6e, 0x5a, 0xa0,
  24         0x52, 0x3b, 0xd6, 0xb3, 0x29, 0xe3, 0x2f, 0x84, 0x53, 0xd1, 0x00, 0xed,
  25         0x20, 0xfc, 0xb1, 0x5b, 0x6a, 0xcb, 0xbe, 0x39, 0x4a, 0x4c, 0x58, 0xcf,
  26         0xd0, 0xef, 0xaa, 0xfb, 0x43, 0x4d, 0x33, 0x85, 0x45, 0xf9, 0x02, 0x7f,
  27         0x50, 0x3c, 0x9f, 0xa8, 0x51, 0xa3, 0x40, 0x8f, 0x92, 0x9d, 0x38, 0xf5,
  28         0xbc, 0xb6, 0xda, 0x21, 0x10, 0xff, 0xf3, 0xd2, 0xcd, 0x0c, 0x13, 0xec,
  29         0x5f, 0x97, 0x44, 0x17, 0xc4, 0xa7, 0x7e, 0x3d, 0x64, 0x5d, 0x19, 0x73,
  30         0x60, 0x81, 0x4f, 0xdc, 0x22, 0x2a, 0x90, 0x88, 0x46, 0xee, 0xb8, 0x14,
  31         0xde, 0x5e, 0x0b, 0xdb, 0xe0, 0x32, 0x3a, 0x0a, 0x49, 0x06, 0x24, 0x5c,
  32         0xc2, 0xd3, 0xac, 0x62, 0x91, 0x95, 0xe4, 0x79, 0xe7, 0xc8, 0x37, 0x6d,
  33         0x8d, 0xd5, 0x4e, 0xa9, 0x6c, 0x56, 0xf4, 0xea, 0x65, 0x7a, 0xae, 0x08,
  34         0xba, 0x78, 0x25, 0x2e, 0x1c, 0xa6, 0xb4, 0xc6, 0xe8, 0xdd, 0x74, 0x1f,
  35         0x4b, 0xbd, 0x8b, 0x8a, 0x70, 0x3e, 0xb5, 0x66, 0x48, 0x03, 0xf6, 0x0e,
  36         0x61, 0x35, 0x57, 0xb9, 0x86, 0xc1, 0x1d, 0x9e, 0xe1, 0xf8, 0x98, 0x11,
  37         0x69, 0xd9, 0x8e, 0x94, 0x9b, 0x1e, 0x87, 0xe9, 0xce, 0x55, 0x28, 0xdf,
  38         0x8c, 0xa1, 0x89, 0x0d, 0xbf, 0xe6, 0x42, 0x68, 0x41, 0x99, 0x2d, 0x0f,
  39         0xb0, 0x54, 0xbb, 0x16,
  40 };
  41
  42 /* Substitute a byte with Sbox[byte]. Do it for a word for 4 bytes */
  43 static uint32_t
  44 sub_word(uint32_t word)
  45 {
  46         word = (Sbox[(word >> 24) & 0xFF] << 24) |
  47                (Sbox[(word >> 16) & 0xFF] << 16) |
  48                (Sbox[(word >> 8) & 0xFF] << 8) | Sbox[word & 0xFF];
  49         return word;
  50 }
  51
  52 /* Rotate a word by one byte */
  53 static uint32_t
  54 rot_word(uint32_t word)
  55 {
  56         return ((word >> 8) & 0xFFFFFF) | (word << 24);
  57 }
  58
  59 /*
  60  * Multiply with power of 2 and polynomial reduce the result using AES
  61  * polynomial
  62  */
  63 static uint8_t
  64 Xtime(uint8_t byte, uint8_t pow)
  65 {
  66         uint32_t w = byte;
  67
  68         while (pow) {
  69                 w = w << 1;
  70                 if (w >> 8)
  71                         w ^= 0x11b;
  72                 pow--;
  73         }
  74
  75         return (uint8_t)w;
  76 }
  77
  78 /*
  79  * Multiply a byte with another number such that the result is polynomial
  80  * reduced in the GF8 space
  81  */
  82 static uint8_t
  83 GF8mul(uint8_t byte, uint32_t mp)
  84 {
  85         uint8_t pow, mul = 0;
  86
  87         while (mp) {
  88                 pow = ffs(mp) - 1;
  89                 mul ^= Xtime(byte, pow);
  90                 mp ^= (1 << pow);
  91         }
  92         return mul;
  93 }
  94
  95 static void
  96 aes_key_expand(const uint8_t *key, uint32_t *ks)
  97 {
  98         unsigned int i = 4;
  99         uint32_t temp;
 100
 101         /* Skip key in ks */
 102         memcpy(ks, key, KEY_WORD_LEN * sizeof(uint32_t));
 103
 104         while (i < KEY_SCHEDULE_LEN) {
 105                 temp = ks[i - 1];
 106                 if ((i & 0x3) == 0) {
 107                         temp = rot_word(temp);
 108                         temp = sub_word(temp);
 109                         temp ^= (uint32_t)GF8mul(1, 1 << ((i >> 2) - 1));
 110                 }
 111                 ks[i] = ks[i - 4] ^ temp;
 112                 i++;
 113         }
 114 }
 115
 116 /* Shift Rows(columns in state in this implementation) */
 117 static void
 118 shift_word(uint8_t *sRc, uint8_t c, int count)
 119 {
 120         /* rotate across non-consecutive locations */
 121         while (count) {
 122                 uint8_t t = sRc[c];
 123
 124                 sRc[c] = sRc[0x4 + c];
 125                 sRc[0x4 + c] = sRc[0x8 + c];
 126                 sRc[0x8 + c] = sRc[0xc + c];
 127                 sRc[0xc + c] = t;
 128                 count--;
 129         }
 130 }
 131
 132 /* Mix Columns(rows in state in this implementation) */
 133 static void
 134 mix_columns(uint8_t *sRc)
 135 {
 136         uint8_t new_st[4];
 137         int i;
 138
 139         for (i = 0; i < 4; i++)
 140                 new_st[i] = GF8mul(sRc[i], 0x2) ^
 141                             GF8mul(sRc[(i + 1) & 0x3], 0x3) ^
 142                             sRc[(i + 2) & 0x3] ^ sRc[(i + 3) & 0x3];
 143         for (i = 0; i < 4; i++)
 144                 sRc[i] = new_st[i];
 145 }
 146
 147 static void
 148 cipher(uint8_t *in, uint8_t *out, uint32_t *ks)
 149 {
 150         uint32_t state[KEY_WORD_LEN];
 151         unsigned int i, round;
 152
 153         memcpy(state, in, sizeof(state));
 154
 155         /* AddRoundKey(state, w[0, Nb-1]) // See Sec. 5.1.4 */
 156         for (i = 0; i < KEY_WORD_LEN; i++)
 157                 state[i] ^= ks[i];
 158
 159         for (round = 1; round < KEY_ROUNDS; round++) {
 160                 /* SubBytes(state) // See Sec. 5.1.1 */
 161                 for (i = 0; i < KEY_WORD_LEN; i++)
 162                         state[i] = sub_word(state[i]);
 163
 164                 /* ShiftRows(state) // See Sec. 5.1.2 */
 165                 for (i = 0; i < KEY_WORD_LEN; i++)
 166                         shift_word((uint8_t *)state, i, i);
 167
 168                 /* MixColumns(state) // See Sec. 5.1.3 */
 169                 for (i = 0; i < KEY_WORD_LEN; i++)
 170                         mix_columns((uint8_t *)&state[i]);
 171
 172                 /* AddRoundKey(state, w[round*Nb, (round+1)*Nb-1]) */
 173                 for (i = 0; i < KEY_WORD_LEN; i++)
 174                         state[i] ^= ks[round * 4 + i];
 175         }
 176
 177         /* SubBytes(state) */
 178         for (i = 0; i < KEY_WORD_LEN; i++)
 179                 state[i] = sub_word(state[i]);
 180
 181         /* ShiftRows(state) */
 182         for (i = 0; i < KEY_WORD_LEN; i++)
 183                 shift_word((uint8_t *)state, i, i);
 184
 185         /* AddRoundKey(state, w[Nr*Nb, (Nr+1)*Nb-1]) */
 186         for (i = 0; i < KEY_WORD_LEN; i++)
 187                 state[i] ^= ks[KEY_ROUNDS * 4 + i];
 188         memcpy(out, state, KEY_WORD_LEN * sizeof(uint32_t));
 189 }
 190
 191 void
 192 roc_aes_xcbc_key_derive(const uint8_t *auth_key, uint8_t *derived_key)
 193 {
 194         uint32_t aes_ks[KEY_SCHEDULE_LEN] = {0};
 195         uint8_t k1[16] = {[0 ... 15] = 0x01};
 196         uint8_t k2[16] = {[0 ... 15] = 0x02};
 197         uint8_t k3[16] = {[0 ... 15] = 0x03};
 198
 199         aes_key_expand(auth_key, aes_ks);
 200
 201         cipher(k1, derived_key, aes_ks);
 202         derived_key += sizeof(k1);
 203
 204         cipher(k2, derived_key, aes_ks);
 205         derived_key += sizeof(k2);
 206
 207         cipher(k3, derived_key, aes_ks);
 208 }