Steal rust-crypto's Poly1305 implementation wholesale
authorMatt Corallo <git@bluematt.me>
Fri, 14 Dec 2018 18:29:55 +0000 (13:29 -0500)
committerMatt Corallo <git@bluematt.me>
Thu, 20 Dec 2018 01:02:36 +0000 (20:02 -0500)
src/util/chacha20poly1305rfc.rs
src/util/mod.rs
src/util/poly1305.rs [new file with mode: 0644]

index 3468e576dbe48ce1c08a67408b0a0f0782a7614d..4f8d0b92661115d9c21010531061357468c734b5 100644 (file)
 #[cfg(not(feature = "fuzztarget"))]
 mod real_chachapoly {
        use util::chacha20::ChaCha20;
+       use util::poly1305::Poly1305;
 
        use crypto::aead::{AeadEncryptor,AeadDecryptor};
        use crypto::symmetriccipher::SynchronousStreamCipher;
        use crypto::mac::Mac;
        use crypto::util::fixed_time_eq;
-       use crypto::poly1305::Poly1305;
 
        use util::byte_utils;
 
index c31d7be4826a63b0b298e1ff091b8f14d886d3eb..1a6eb80493404e88a591005d17d1f2480118f7b4 100644 (file)
@@ -6,6 +6,7 @@ pub mod ser;
 
 pub(crate) mod byte_utils;
 pub(crate) mod chacha20;
+pub(crate) mod poly1305;
 pub(crate) mod chacha20poly1305rfc;
 pub(crate) mod internal_traits;
 pub(crate) mod rng;
diff --git a/src/util/poly1305.rs b/src/util/poly1305.rs
new file mode 100644 (file)
index 0000000..5e62414
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,359 @@
+// Licensed under the Apache License, Version 2.0 <LICENSE-APACHE or
+// http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0> or the MIT license
+// <LICENSE-MIT or http://opensource.org/licenses/MIT>, at your
+// option. This file may not be copied, modified, or distributed
+// except according to those terms.
+
+// This is a port of Andrew Moons poly1305-donna
+// https://github.com/floodyberry/poly1305-donna
+
+use std::cmp::min;
+use util::byte_utils::{slice_to_le32, le32_to_array};
+
+use crypto::mac::{Mac, MacResult};
+
+#[derive(Clone, Copy)]
+pub struct Poly1305 {
+       r         : [u32; 5],
+       h         : [u32; 5],
+       pad       : [u32; 4],
+       leftover  : usize,
+       buffer    : [u8; 16],
+       finalized : bool,
+}
+
+impl Poly1305 {
+       pub fn new(key: &[u8]) -> Poly1305 {
+               assert!(key.len() == 32);
+               let mut poly = Poly1305{ r: [0u32; 5], h: [0u32; 5], pad: [0u32; 4], leftover: 0, buffer: [0u8; 16], finalized: false };
+
+               // r &= 0xffffffc0ffffffc0ffffffc0fffffff
+               poly.r[0] = (slice_to_le32(&key[0..4])       ) & 0x3ffffff;
+               poly.r[1] = (slice_to_le32(&key[3..7])   >> 2) & 0x3ffff03;
+               poly.r[2] = (slice_to_le32(&key[6..10])  >> 4) & 0x3ffc0ff;
+               poly.r[3] = (slice_to_le32(&key[9..13])  >> 6) & 0x3f03fff;
+               poly.r[4] = (slice_to_le32(&key[12..16]) >> 8) & 0x00fffff;
+
+               poly.pad[0] = slice_to_le32(&key[16..20]);
+               poly.pad[1] = slice_to_le32(&key[20..24]);
+               poly.pad[2] = slice_to_le32(&key[24..28]);
+               poly.pad[3] = slice_to_le32(&key[28..32]);
+
+               poly
+       }
+
+       fn block(&mut self, m: &[u8]) {
+               let hibit : u32 = if self.finalized { 0 } else { 1 << 24 };
+
+               let r0 = self.r[0];
+               let r1 = self.r[1];
+               let r2 = self.r[2];
+               let r3 = self.r[3];
+               let r4 = self.r[4];
+
+               let s1 = r1 * 5;
+               let s2 = r2 * 5;
+               let s3 = r3 * 5;
+               let s4 = r4 * 5;
+
+               let mut h0 = self.h[0];
+               let mut h1 = self.h[1];
+               let mut h2 = self.h[2];
+               let mut h3 = self.h[3];
+               let mut h4 = self.h[4];
+
+               // h += m
+               h0 += (slice_to_le32(&m[0..4])       ) & 0x3ffffff;
+               h1 += (slice_to_le32(&m[3..7])   >> 2) & 0x3ffffff;
+               h2 += (slice_to_le32(&m[6..10])  >> 4) & 0x3ffffff;
+               h3 += (slice_to_le32(&m[9..13])  >> 6) & 0x3ffffff;
+               h4 += (slice_to_le32(&m[12..16]) >> 8) | hibit;
+
+               // h *= r
+               let     d0 = (h0 as u64 * r0 as u64) + (h1 as u64 * s4 as u64) + (h2 as u64 * s3 as u64) + (h3 as u64 * s2 as u64) + (h4 as u64 * s1 as u64);
+               let mut d1 = (h0 as u64 * r1 as u64) + (h1 as u64 * r0 as u64) + (h2 as u64 * s4 as u64) + (h3 as u64 * s3 as u64) + (h4 as u64 * s2 as u64);
+               let mut d2 = (h0 as u64 * r2 as u64) + (h1 as u64 * r1 as u64) + (h2 as u64 * r0 as u64) + (h3 as u64 * s4 as u64) + (h4 as u64 * s3 as u64);
+               let mut d3 = (h0 as u64 * r3 as u64) + (h1 as u64 * r2 as u64) + (h2 as u64 * r1 as u64) + (h3 as u64 * r0 as u64) + (h4 as u64 * s4 as u64);
+               let mut d4 = (h0 as u64 * r4 as u64) + (h1 as u64 * r3 as u64) + (h2 as u64 * r2 as u64) + (h3 as u64 * r1 as u64) + (h4 as u64 * r0 as u64);
+
+               // (partial) h %= p
+               let mut c : u32;
+                               c = (d0 >> 26) as u32; h0 = d0 as u32 & 0x3ffffff;
+               d1 += c as u64; c = (d1 >> 26) as u32; h1 = d1 as u32 & 0x3ffffff;
+               d2 += c as u64; c = (d2 >> 26) as u32; h2 = d2 as u32 & 0x3ffffff;
+               d3 += c as u64; c = (d3 >> 26) as u32; h3 = d3 as u32 & 0x3ffffff;
+               d4 += c as u64; c = (d4 >> 26) as u32; h4 = d4 as u32 & 0x3ffffff;
+               h0 += c * 5;    c = h0 >> 26; h0 = h0 & 0x3ffffff;
+               h1 += c;
+
+               self.h[0] = h0;
+               self.h[1] = h1;
+               self.h[2] = h2;
+               self.h[3] = h3;
+               self.h[4] = h4;
+       }
+
+       fn finish(&mut self) {
+               if self.leftover > 0 {
+                       self.buffer[self.leftover] = 1;
+                       for i in self.leftover+1..16 {
+                               self.buffer[i] = 0;
+                       }
+                       self.finalized = true;
+                       let tmp = self.buffer;
+                       self.block(&tmp);
+               }
+
+               // fully carry h
+               let mut h0 = self.h[0];
+               let mut h1 = self.h[1];
+               let mut h2 = self.h[2];
+               let mut h3 = self.h[3];
+               let mut h4 = self.h[4];
+
+               let mut c : u32;
+                            c = h1 >> 26; h1 = h1 & 0x3ffffff;
+               h2 +=     c; c = h2 >> 26; h2 = h2 & 0x3ffffff;
+               h3 +=     c; c = h3 >> 26; h3 = h3 & 0x3ffffff;
+               h4 +=     c; c = h4 >> 26; h4 = h4 & 0x3ffffff;
+               h0 += c * 5; c = h0 >> 26; h0 = h0 & 0x3ffffff;
+               h1 +=     c;
+
+               // compute h + -p
+               let mut g0 = h0.wrapping_add(5); c = g0 >> 26; g0 &= 0x3ffffff;
+               let mut g1 = h1.wrapping_add(c); c = g1 >> 26; g1 &= 0x3ffffff;
+               let mut g2 = h2.wrapping_add(c); c = g2 >> 26; g2 &= 0x3ffffff;
+               let mut g3 = h3.wrapping_add(c); c = g3 >> 26; g3 &= 0x3ffffff;
+               let mut g4 = h4.wrapping_add(c).wrapping_sub(1 << 26);
+
+               // select h if h < p, or h + -p if h >= p
+               let mut mask = (g4 >> (32 - 1)).wrapping_sub(1);
+               g0 &= mask;
+               g1 &= mask;
+               g2 &= mask;
+               g3 &= mask;
+               g4 &= mask;
+               mask = !mask;
+               h0 = (h0 & mask) | g0;
+               h1 = (h1 & mask) | g1;
+               h2 = (h2 & mask) | g2;
+               h3 = (h3 & mask) | g3;
+               h4 = (h4 & mask) | g4;
+
+               // h = h % (2^128)
+               h0 = ((h0      ) | (h1 << 26)) & 0xffffffff;
+               h1 = ((h1 >>  6) | (h2 << 20)) & 0xffffffff;
+               h2 = ((h2 >> 12) | (h3 << 14)) & 0xffffffff;
+               h3 = ((h3 >> 18) | (h4 <<  8)) & 0xffffffff;
+
+               // h = mac = (h + pad) % (2^128)
+               let mut f : u64;
+               f = h0 as u64 + self.pad[0] as u64            ; h0 = f as u32;
+               f = h1 as u64 + self.pad[1] as u64 + (f >> 32); h1 = f as u32;
+               f = h2 as u64 + self.pad[2] as u64 + (f >> 32); h2 = f as u32;
+               f = h3 as u64 + self.pad[3] as u64 + (f >> 32); h3 = f as u32;
+
+               self.h[0] = h0;
+               self.h[1] = h1;
+               self.h[2] = h2;
+               self.h[3] = h3;
+       }
+}
+
+impl Mac for Poly1305 {
+       fn input(&mut self, data: &[u8]) {
+               assert!(!self.finalized);
+               let mut m = data;
+
+               if self.leftover > 0 {
+                       let want = min(16 - self.leftover, m.len());
+                       for i in 0..want {
+                               self.buffer[self.leftover+i] = m[i];
+                       }
+                       m = &m[want..];
+                       self.leftover += want;
+
+                       if self.leftover < 16 {
+                               return;
+                       }
+
+                       // self.block(self.buffer[..]);
+                       let tmp = self.buffer;
+                       self.block(&tmp);
+
+                       self.leftover = 0;
+               }
+
+               while m.len() >= 16 {
+                       self.block(&m[0..16]);
+                       m = &m[16..];
+               }
+
+               for i in 0..m.len() {
+                       self.buffer[i] = m[i];
+               }
+               self.leftover = m.len();
+       }
+
+       fn reset(&mut self) {
+               self.h = [0u32; 5];
+               self.leftover = 0;
+               self.finalized = false;
+       }
+
+       fn result(&mut self) -> MacResult {
+               let mut mac = [0u8; 16];
+               self.raw_result(&mut mac);
+               MacResult::new(&mac[..])
+       }
+
+       fn raw_result(&mut self, output: &mut [u8]) {
+               assert!(output.len() >= 16);
+               if !self.finalized{
+                       self.finish();
+               }
+               output[0..4].copy_from_slice(&le32_to_array(self.h[0]));
+               output[4..8].copy_from_slice(&le32_to_array(self.h[1]));
+               output[8..12].copy_from_slice(&le32_to_array(self.h[2]));
+               output[12..16].copy_from_slice(&le32_to_array(self.h[3]));
+       }
+
+       fn output_bytes(&self) -> usize { 16 }
+}
+
+#[cfg(test)]
+mod test {
+       use std::iter::repeat;
+
+       use util::poly1305::Poly1305;
+       use crypto::mac::Mac;
+
+       fn poly1305(key: &[u8], msg: &[u8], mac: &mut [u8]) {
+               let mut poly = Poly1305::new(key);
+               poly.input(msg);
+               poly.raw_result(mac);
+       }
+
+       #[test]
+       fn test_nacl_vector() {
+               let key = [
+                       0xee,0xa6,0xa7,0x25,0x1c,0x1e,0x72,0x91,
+                       0x6d,0x11,0xc2,0xcb,0x21,0x4d,0x3c,0x25,
+                       0x25,0x39,0x12,0x1d,0x8e,0x23,0x4e,0x65,
+                       0x2d,0x65,0x1f,0xa4,0xc8,0xcf,0xf8,0x80,
+               ];
+
+               let msg = [
+                       0x8e,0x99,0x3b,0x9f,0x48,0x68,0x12,0x73,
+                       0xc2,0x96,0x50,0xba,0x32,0xfc,0x76,0xce,
+                       0x48,0x33,0x2e,0xa7,0x16,0x4d,0x96,0xa4,
+                       0x47,0x6f,0xb8,0xc5,0x31,0xa1,0x18,0x6a,
+                       0xc0,0xdf,0xc1,0x7c,0x98,0xdc,0xe8,0x7b,
+                       0x4d,0xa7,0xf0,0x11,0xec,0x48,0xc9,0x72,
+                       0x71,0xd2,0xc2,0x0f,0x9b,0x92,0x8f,0xe2,
+                       0x27,0x0d,0x6f,0xb8,0x63,0xd5,0x17,0x38,
+                       0xb4,0x8e,0xee,0xe3,0x14,0xa7,0xcc,0x8a,
+                       0xb9,0x32,0x16,0x45,0x48,0xe5,0x26,0xae,
+                       0x90,0x22,0x43,0x68,0x51,0x7a,0xcf,0xea,
+                       0xbd,0x6b,0xb3,0x73,0x2b,0xc0,0xe9,0xda,
+                       0x99,0x83,0x2b,0x61,0xca,0x01,0xb6,0xde,
+                       0x56,0x24,0x4a,0x9e,0x88,0xd5,0xf9,0xb3,
+                       0x79,0x73,0xf6,0x22,0xa4,0x3d,0x14,0xa6,
+                       0x59,0x9b,0x1f,0x65,0x4c,0xb4,0x5a,0x74,
+                       0xe3,0x55,0xa5,
+               ];
+
+               let expected = [
+                       0xf3,0xff,0xc7,0x70,0x3f,0x94,0x00,0xe5,
+                       0x2a,0x7d,0xfb,0x4b,0x3d,0x33,0x05,0xd9,
+               ];
+
+               let mut mac = [0u8; 16];
+               poly1305(&key, &msg, &mut mac);
+               assert_eq!(&mac[..], &expected[..]);
+
+               let mut poly = Poly1305::new(&key);
+               poly.input(&msg[0..32]);
+               poly.input(&msg[32..96]);
+               poly.input(&msg[96..112]);
+               poly.input(&msg[112..120]);
+               poly.input(&msg[120..124]);
+               poly.input(&msg[124..126]);
+               poly.input(&msg[126..127]);
+               poly.input(&msg[127..128]);
+               poly.input(&msg[128..129]);
+               poly.input(&msg[129..130]);
+               poly.input(&msg[130..131]);
+               poly.raw_result(&mut mac);
+               assert_eq!(&mac[..], &expected[..]);
+       }
+
+       #[test]
+       fn donna_self_test() {
+               let wrap_key = [
+                       0x02, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
+                       0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
+                       0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
+                       0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
+               ];
+
+               let wrap_msg = [
+                       0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff,
+                       0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff,
+               ];
+
+               let wrap_mac = [
+                       0x03, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
+                       0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
+               ];
+
+               let mut mac = [0u8; 16];
+               poly1305(&wrap_key, &wrap_msg, &mut mac);
+               assert_eq!(&mac[..], &wrap_mac[..]);
+
+               let total_key = [
+                       0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07, 0xff,
+                       0xfe, 0xfd, 0xfc, 0xfb, 0xfa, 0xf9, 0xff, 0xff,
+                       0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0xff,
+                       0xff, 0xff, 0xff, 0xff, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
+               ];
+
+               let total_mac = [
+                       0x64, 0xaf, 0xe2, 0xe8, 0xd6, 0xad, 0x7b, 0xbd,
+                       0xd2, 0x87, 0xf9, 0x7c, 0x44, 0x62, 0x3d, 0x39,
+               ];
+
+               let mut tpoly = Poly1305::new(&total_key);
+               for i in 0..256 {
+                       let key: Vec<u8> = repeat(i as u8).take(32).collect();
+                       let msg: Vec<u8> = repeat(i as u8).take(256).collect();
+                       let mut mac = [0u8; 16];
+                       poly1305(&key[..], &msg[0..i], &mut mac);
+                       tpoly.input(&mac);
+               }
+               tpoly.raw_result(&mut mac);
+               assert_eq!(&mac[..], &total_mac[..]);
+       }
+
+       #[test]
+       fn test_tls_vectors() {
+               // from http://tools.ietf.org/html/draft-agl-tls-chacha20poly1305-04
+               let key = b"this is 32-byte key for Poly1305";
+               let msg = [0u8; 32];
+               let expected = [
+                       0x49, 0xec, 0x78, 0x09, 0x0e, 0x48, 0x1e, 0xc6,
+                       0xc2, 0x6b, 0x33, 0xb9, 0x1c, 0xcc, 0x03, 0x07,
+               ];
+               let mut mac = [0u8; 16];
+               poly1305(key, &msg, &mut mac);
+               assert_eq!(&mac[..], &expected[..]);
+
+               let msg = b"Hello world!";
+               let expected= [
+                       0xa6, 0xf7, 0x45, 0x00, 0x8f, 0x81, 0xc9, 0x16,
+                       0xa2, 0x0d, 0xcc, 0x74, 0xee, 0xf2, 0xb2, 0xf0,
+               ];
+               poly1305(key, msg, &mut mac);
+               assert_eq!(&mac[..], &expected[..]);
+       }
+}