sha1.c

   1 /* sha.c - Implementation of the Secure Hash Algorithm
   2  *
   3  * Copyright (C) 1995, A.M. Kuchling
   4  *
   5  * Distribute and use freely; there are no restrictions on further
   6  * dissemination and usage except those imposed by the laws of your
   7  * country of residence.
   8  *
   9  * Adapted to pike and some cleanup by Niels Möller.
  10  */
  11
  12 /* $Id: sha1.c,v 1.6 2006/01/08 09:08:29 imipak Exp $ */
  13
  14 /* SHA: NIST's Secure Hash Algorithm */
  15
  16 /* Based on SHA code originally posted to sci.crypt by Peter Gutmann
  17    in message <30ajo5$oe8@ccu2.auckland.ac.nz>.
  18    Modified to test for endianness on creation of SHA objects by AMK.
  19    Also, the original specification of SHA was found to have a weakness
  20    by NSA/NIST.  This code implements the fixed version of SHA.
  21 */
  22
  23 /* Here's the first paragraph of Peter Gutmann's posting:
  24
  25 The following is my SHA (FIPS 180) code updated to allow use of the "fixed"
  26 SHA, thanks to Jim Gillogly and an anonymous contributor for the information on
  27 what's changed in the new version.  The fix is a simple change which involves
  28 adding a single rotate in the initial expansion function.  It is unknown
  29 whether this is an optimal solution to the problem which was discovered in the
  30 SHA or whether it's simply a bandaid which fixes the problem with a minimum of
  31 effort (for example the reengineering of a great many Capstone chips).
  32 */
  33
  34 #include <string.h>
  35 #include "sha1.h"
  36
  37 void sha_copy(struct sha_ctx *dest, struct sha_ctx *src)
  38 {
  39         unsigned int i;
  40
  41         dest->count_l=src->count_l;
  42         dest->count_h=src->count_h;
  43         for(i=0; i<SHA_DIGESTLEN; i++)
  44         {
  45                 dest->digest[i]=src->digest[i];
  46         }
  47         for(i=0; i < src->index; i++)
  48         {
  49                 dest->block[i] = src->block[i];
  50         }
  51         dest->index = src->index;
  52 }
  53
  54
  55 /* The SHA f()-functions.  The f1 and f3 functions can be optimized to
  56    save one boolean operation each - thanks to Rich Schroeppel,
  57    rcs@cs.arizona.edu for discovering this */
  58
  59 #define f1(x,y,z)   ( z ^ ( x & ( y ^ z ) ) )           /* Rounds  0-19 */
  60 #define f2(x,y,z)   ( x ^ y ^ z )                       /* Rounds 20-39 */
  61 #define f3(x,y,z)   ( ( x & y ) | ( z & ( x | y ) ) )   /* Rounds 40-59 */
  62 #define f4(x,y,z)   ( x ^ y ^ z )                       /* Rounds 60-79 */
  63
  64 /* The SHA Mysterious Constants */
  65
  66 #define K1  0x5A827999L                                 /* Rounds  0-19 */
  67 #define K2  0x6ED9EBA1L                                 /* Rounds 20-39 */
  68 #define K3  0x8F1BBCDCL                                 /* Rounds 40-59 */
  69 #define K4  0xCA62C1D6L                                 /* Rounds 60-79 */
  70
  71 /* SHA initial values */
  72
  73 #define h0init  0x67452301L
  74 #define h1init  0xEFCDAB89L
  75 #define h2init  0x98BADCFEL
  76 #define h3init  0x10325476L
  77 #define h4init  0xC3D2E1F0L
  78
  79 /* 32-bit rotate left - kludged with shifts */
  80
  81 #define ROTL(n,X)  ( ( (X) << (n) ) | ( (X) >> ( 32 - (n) ) ) )
  82
  83 /* The initial expanding function.  The hash function is defined over an
  84    80-word expanded input array W, where the first 16 are copies of the input
  85    data, and the remaining 64 are defined by
  86
  87         W[ i ] = W[ i - 16 ] ^ W[ i - 14 ] ^ W[ i - 8 ] ^ W[ i - 3 ]
  88
  89    This implementation generates these values on the fly in a circular
  90    buffer - thanks to Colin Plumb, colin@nyx10.cs.du.edu for this
  91    optimization.
  92
  93    The updated SHA changes the expanding function by adding a rotate of 1
  94    bit.  Thanks to Jim Gillogly, jim@rand.org, and an anonymous contributor
  95    for this information */
  96
  97 #define expand(W,i) ( W[ i & 15 ] = \
  98                       ROTL( 1, ( W[ i & 15 ] ^ W[ (i - 14) & 15 ] ^ \
  99                                  W[ (i - 8) & 15 ] ^ W[ (i - 3) & 15 ] ) ) )
 100
 101
 102 /* The prototype SHA sub-round.  The fundamental sub-round is:
 103
 104         a' = e + ROTL( 5, a ) + f( b, c, d ) + k + data;
 105         b' = a;
 106         c' = ROTL( 30, b );
 107         d' = c;
 108         e' = d;
 109
 110    but this is implemented by unrolling the loop 5 times and renaming the
 111    variables ( e, a, b, c, d ) = ( a', b', c', d', e' ) each iteration.
 112    This code is then replicated 20 times for each of the 4 functions, using
 113    the next 20 values from the W[] array each time */
 114
 115 #define subRound(a, b, c, d, e, f, k, data) \
 116     ( e += ROTL( 5, a ) + f( b, c, d ) + k + data, b = ROTL( 30, b ) )
 117
 118 /* Initialize the SHA values */
 119
 120 void sha_init(struct sha_ctx *ctx)
 121 {
 122         /* Set the h-vars to their initial values */
 123         ctx->digest[ 0 ] = h0init;
 124         ctx->digest[ 1 ] = h1init;
 125         ctx->digest[ 2 ] = h2init;
 126         ctx->digest[ 3 ] = h3init;
 127         ctx->digest[ 4 ] = h4init;
 128
 129         /* Initialize bit count */
 130         ctx->count_l = ctx->count_h = 0;
 131
 132         /* Initialize buffer */
 133         ctx->index = 0;
 134 }
 135
 136 /* Perform the SHA transformation.  Note that this code, like MD5, seems to
 137    break some optimizing compilers due to the complexity of the expressions
 138    and the size of the basic block.  It may be necessary to split it into
 139    sections, e.g. based on the four subrounds
 140
 141    Note that this function destroys the data area */
 142
 143 static void sha_transform(struct sha_ctx *ctx, unsigned int *data )
 144 {
 145         register unsigned int A, B, C, D, E;     /* Local vars */
 146
 147         /* Set up first buffer and local data buffer */
 148         A = ctx->digest[0];
 149         B = ctx->digest[1];
 150         C = ctx->digest[2];
 151         D = ctx->digest[3];
 152         E = ctx->digest[4];
 153
 154         /* Heavy mangling, in 4 sub-rounds of 20 interations each. */
 155         subRound( A, B, C, D, E, f1, K1, data[ 0] );
 156         subRound( E, A, B, C, D, f1, K1, data[ 1] );
 157         subRound( D, E, A, B, C, f1, K1, data[ 2] );
 158         subRound( C, D, E, A, B, f1, K1, data[ 3] );
 159         subRound( B, C, D, E, A, f1, K1, data[ 4] );
 160         subRound( A, B, C, D, E, f1, K1, data[ 5] );
 161         subRound( E, A, B, C, D, f1, K1, data[ 6] );
 162         subRound( D, E, A, B, C, f1, K1, data[ 7] );
 163         subRound( C, D, E, A, B, f1, K1, data[ 8] );
 164         subRound( B, C, D, E, A, f1, K1, data[ 9] );
 165         subRound( A, B, C, D, E, f1, K1, data[10] );
 166         subRound( E, A, B, C, D, f1, K1, data[11] );
 167         subRound( D, E, A, B, C, f1, K1, data[12] );
 168         subRound( C, D, E, A, B, f1, K1, data[13] );
 169         subRound( B, C, D, E, A, f1, K1, data[14] );
 170         subRound( A, B, C, D, E, f1, K1, data[15] );
 171         subRound( E, A, B, C, D, f1, K1, expand( data, 16 ) );
 172         subRound( D, E, A, B, C, f1, K1, expand( data, 17 ) );
 173         subRound( C, D, E, A, B, f1, K1, expand( data, 18 ) );
 174         subRound( B, C, D, E, A, f1, K1, expand( data, 19 ) );
 175
 176         subRound( A, B, C, D, E, f2, K2, expand( data, 20 ) );
 177         subRound( E, A, B, C, D, f2, K2, expand( data, 21 ) );
 178         subRound( D, E, A, B, C, f2, K2, expand( data, 22 ) );
 179         subRound( C, D, E, A, B, f2, K2, expand( data, 23 ) );
 180         subRound( B, C, D, E, A, f2, K2, expand( data, 24 ) );
 181         subRound( A, B, C, D, E, f2, K2, expand( data, 25 ) );
 182         subRound( E, A, B, C, D, f2, K2, expand( data, 26 ) );
 183         subRound( D, E, A, B, C, f2, K2, expand( data, 27 ) );
 184         subRound( C, D, E, A, B, f2, K2, expand( data, 28 ) );
 185         subRound( B, C, D, E, A, f2, K2, expand( data, 29 ) );
 186         subRound( A, B, C, D, E, f2, K2, expand( data, 30 ) );
 187         subRound( E, A, B, C, D, f2, K2, expand( data, 31 ) );
 188         subRound( D, E, A, B, C, f2, K2, expand( data, 32 ) );
 189         subRound( C, D, E, A, B, f2, K2, expand( data, 33 ) );
 190         subRound( B, C, D, E, A, f2, K2, expand( data, 34 ) );
 191         subRound( A, B, C, D, E, f2, K2, expand( data, 35 ) );
 192         subRound( E, A, B, C, D, f2, K2, expand( data, 36 ) );
 193         subRound( D, E, A, B, C, f2, K2, expand( data, 37 ) );
 194         subRound( C, D, E, A, B, f2, K2, expand( data, 38 ) );
 195         subRound( B, C, D, E, A, f2, K2, expand( data, 39 ) );
 196
 197         subRound( A, B, C, D, E, f3, K3, expand( data, 40 ) );
 198         subRound( E, A, B, C, D, f3, K3, expand( data, 41 ) );
 199         subRound( D, E, A, B, C, f3, K3, expand( data, 42 ) );
 200         subRound( C, D, E, A, B, f3, K3, expand( data, 43 ) );
 201         subRound( B, C, D, E, A, f3, K3, expand( data, 44 ) );
 202         subRound( A, B, C, D, E, f3, K3, expand( data, 45 ) );
 203         subRound( E, A, B, C, D, f3, K3, expand( data, 46 ) );
 204         subRound( D, E, A, B, C, f3, K3, expand( data, 47 ) );
 205         subRound( C, D, E, A, B, f3, K3, expand( data, 48 ) );
 206         subRound( B, C, D, E, A, f3, K3, expand( data, 49 ) );
 207         subRound( A, B, C, D, E, f3, K3, expand( data, 50 ) );
 208         subRound( E, A, B, C, D, f3, K3, expand( data, 51 ) );
 209         subRound( D, E, A, B, C, f3, K3, expand( data, 52 ) );
 210         subRound( C, D, E, A, B, f3, K3, expand( data, 53 ) );
 211         subRound( B, C, D, E, A, f3, K3, expand( data, 54 ) );
 212         subRound( A, B, C, D, E, f3, K3, expand( data, 55 ) );
 213         subRound( E, A, B, C, D, f3, K3, expand( data, 56 ) );
 214         subRound( D, E, A, B, C, f3, K3, expand( data, 57 ) );
 215         subRound( C, D, E, A, B, f3, K3, expand( data, 58 ) );
 216         subRound( B, C, D, E, A, f3, K3, expand( data, 59 ) );
 217
 218         subRound( A, B, C, D, E, f4, K4, expand( data, 60 ) );
 219         subRound( E, A, B, C, D, f4, K4, expand( data, 61 ) );
 220         subRound( D, E, A, B, C, f4, K4, expand( data, 62 ) );
 221         subRound( C, D, E, A, B, f4, K4, expand( data, 63 ) );
 222         subRound( B, C, D, E, A, f4, K4, expand( data, 64 ) );
 223         subRound( A, B, C, D, E, f4, K4, expand( data, 65 ) );
 224         subRound( E, A, B, C, D, f4, K4, expand( data, 66 ) );
 225         subRound( D, E, A, B, C, f4, K4, expand( data, 67 ) );
 226         subRound( C, D, E, A, B, f4, K4, expand( data, 68 ) );
 227         subRound( B, C, D, E, A, f4, K4, expand( data, 69 ) );
 228         subRound( A, B, C, D, E, f4, K4, expand( data, 70 ) );
 229         subRound( E, A, B, C, D, f4, K4, expand( data, 71 ) );
 230         subRound( D, E, A, B, C, f4, K4, expand( data, 72 ) );
 231         subRound( C, D, E, A, B, f4, K4, expand( data, 73 ) );
 232         subRound( B, C, D, E, A, f4, K4, expand( data, 74 ) );
 233         subRound( A, B, C, D, E, f4, K4, expand( data, 75 ) );
 234         subRound( E, A, B, C, D, f4, K4, expand( data, 76 ) );
 235         subRound( D, E, A, B, C, f4, K4, expand( data, 77 ) );
 236         subRound( C, D, E, A, B, f4, K4, expand( data, 78 ) );
 237         subRound( B, C, D, E, A, f4, K4, expand( data, 79 ) );
 238
 239         /* Build message digest */
 240         ctx->digest[0] += A;
 241         ctx->digest[1] += B;
 242         ctx->digest[2] += C;
 243         ctx->digest[3] += D;
 244         ctx->digest[4] += E;
 245 }
 246
 247
 248 static void sha_block(struct sha_ctx *ctx, unsigned char *block)
 249 {
 250         unsigned int data[SHA_DATALEN];
 251         unsigned int i;
 252
 253         /* Update block count */
 254         if (!++ctx->count_l)
 255         {
 256                 ++ctx->count_h;
 257         }
 258
 259         /* Endian independent conversion */
 260         for (i = 0; i<SHA_DATALEN; i++, block += 4)
 261         {
 262                 data[i] = STRING2INT(block);
 263         }
 264
 265         sha_transform(ctx, data);
 266 }
 267
 268 void sha_update(struct sha_ctx *ctx, unsigned char *buffer, unsigned int len)
 269 {
 270         if (ctx->index)
 271         { /* Try to fill partial block */
 272                 unsigned int left = SHA_DATASIZE - ctx->index;
 273                 if (len < left)
 274                 {
 275                         memcpy(ctx->block + ctx->index, buffer, len);
 276                         ctx->index += len;
 277                         return; /* Finished */
 278                 }
 279                 else
 280                 {
 281                         memcpy(ctx->block + ctx->index, buffer, left);
 282                         sha_block(ctx, ctx->block);
 283                         buffer += left;
 284                         len -= left;
 285                 }
 286         }
 287         while (len >= SHA_DATASIZE)
 288         {
 289                 sha_block(ctx, buffer);
 290                 buffer += SHA_DATASIZE;
 291                 len -= SHA_DATASIZE;
 292         }
 293         if ((ctx->index = len))     /* This assignment is intended */
 294         {
 295                 /* Buffer leftovers */
 296                 memcpy(ctx->block, buffer, len);
 297         }
 298 }
 299
 300 /* Final wrapup - pad to SHA_DATASIZE-byte boundary with the bit pattern
 301    1 0* (64-bit count of bits processed, MSB-first) */
 302
 303 void sha_final(struct sha_ctx *ctx)
 304 {
 305         unsigned int data[SHA_DATALEN];
 306         unsigned int i;
 307         unsigned int words;
 308
 309         i = ctx->index;
 310         /* Set the first char of padding to 0x80.  This is safe since there is
 311            always at least one byte free */
 312         ctx->block[i++] = 0x80;
 313
 314         /* Fill rest of word */
 315         for( ; i & 3; i++)
 316         {
 317                 ctx->block[i] = 0;
 318         }
 319         /* i is now a multiple of the word size 4 */
 320         words = i >> 2;
 321         for (i = 0; i < words; i++)
 322         {
 323                 data[i] = STRING2INT(ctx->block + 4*i);
 324         }
 325
 326         if (words > (SHA_DATALEN-2))
 327         { /* No room for length in this block. Process it and
 328            * pad with another one */
 329                 for (i = words ; i < SHA_DATALEN; i++)
 330                 {
 331                         data[i] = 0;
 332                 }
 333                 sha_transform(ctx, data);
 334                 for (i = 0; i < (SHA_DATALEN-2); i++)
 335                 {
 336                         data[i] = 0;
 337                 }
 338         }
 339         else
 340         {
 341                 for (i = words ; i < SHA_DATALEN - 2; i++)
 342                 {
 343                         data[i] = 0;
 344                 }
 345         }
 346         /* Theres 512 = 2^9 bits in one block */
 347         data[SHA_DATALEN-2] = (ctx->count_h << 9) | (ctx->count_l >> 23);
 348         data[SHA_DATALEN-1] = (ctx->count_l << 9) | (ctx->index << 3);
 349         sha_transform(ctx, data);
 350 }
 351
 352 void sha_digest(struct sha_ctx *ctx, unsigned char *s)
 353 {
 354         unsigned int i;
 355
 356         if (s!=NULL)
 357         {
 358                 for (i = 0; i < SHA_DIGESTLEN; i++)
 359                 {
 360                         *s++ =         ctx->digest[i] >> 24;
 361                         *s++ = 0xff & (ctx->digest[i] >> 16);
 362                         *s++ = 0xff & (ctx->digest[i] >> 8);
 363                         *s++ = 0xff &  ctx->digest[i];
 364                 }
 365         }
 366 }
 367
 368 unsigned char *sha(unsigned char *buffer, unsigned int len)
 369 {
 370         static unsigned char buf[SHA_DIGESTSIZE];
 371         SHA_CTX s;
 372         sha_init(&s);
 373         sha_update(&s, buffer, len);
 374         sha_final(&s);
 375         sha_digest(&s, buf);
 376         return buf;
 377 }