343 lines
12 KiB
C
343 lines
12 KiB
C
#include <stdio.h>
|
||
|
||
// uint8_t, uint64_t
|
||
#include <stdint.h>
|
||
// memcpy
|
||
#include <string.h>
|
||
|
||
// Длинна блока в байтах(16 байт = 128 бит)
|
||
#define KUZNECHIK_BLOCK_SIZE 16
|
||
|
||
// Один блок (чанк) задается как массив двух беззнаковых целых по 64 бита
|
||
typedef uint64_t chunk[2];
|
||
|
||
// Таблица прямого нелинейного преобразования согластно ГОСТ 34.12-2015
|
||
const uint8_t Pi[] = {
|
||
0xFC, 0xEE, 0xDD, 0x11, 0xCF, 0x6E, 0x31, 0x16, 0xFB, 0xC4, 0xFA, 0xDA, 0x23, 0xC5, 0x04, 0x4D,
|
||
0xE9, 0x77, 0xF0, 0xDB, 0x93, 0x2E, 0x99, 0xBA, 0x17, 0x36, 0xF1, 0xBB, 0x14, 0xCD, 0x5F, 0xC1,
|
||
0xF9, 0x18, 0x65, 0x5A, 0xE2, 0x5C, 0xEF, 0x21, 0x81, 0x1C, 0x3C, 0x42, 0x8B, 0x01, 0x8E, 0x4F,
|
||
0x05, 0x84, 0x02, 0xAE, 0xE3, 0x6A, 0x8F, 0xA0, 0x06, 0x0B, 0xED, 0x98, 0x7F, 0xD4, 0xD3, 0x1F,
|
||
0xEB, 0x34, 0x2C, 0x51, 0xEA, 0xC8, 0x48, 0xAB, 0xF2, 0x2A, 0x68, 0xA2, 0xFD, 0x3A, 0xCE, 0xCC,
|
||
0xB5, 0x70, 0x0E, 0x56, 0x08, 0x0C, 0x76, 0x12, 0xBF, 0x72, 0x13, 0x47, 0x9C, 0xB7, 0x5D, 0x87,
|
||
0x15, 0xA1, 0x96, 0x29, 0x10, 0x7B, 0x9A, 0xC7, 0xF3, 0x91, 0x78, 0x6F, 0x9D, 0x9E, 0xB2, 0xB1,
|
||
0x32, 0x75, 0x19, 0x3D, 0xFF, 0x35, 0x8A, 0x7E, 0x6D, 0x54, 0xC6, 0x80, 0xC3, 0xBD, 0x0D, 0x57,
|
||
0xDF, 0xF5, 0x24, 0xA9, 0x3E, 0xA8, 0x43, 0xC9, 0xD7, 0x79, 0xD6, 0xF6, 0x7C, 0x22, 0xB9, 0x03,
|
||
0xE0, 0x0F, 0xEC, 0xDE, 0x7A, 0x94, 0xB0, 0xBC, 0xDC, 0xE8, 0x28, 0x50, 0x4E, 0x33, 0x0A, 0x4A,
|
||
0xA7, 0x97, 0x60, 0x73, 0x1E, 0x00, 0x62, 0x44, 0x1A, 0xB8, 0x38, 0x82, 0x64, 0x9F, 0x26, 0x41,
|
||
0xAD, 0x45, 0x46, 0x92, 0x27, 0x5E, 0x55, 0x2F, 0x8C, 0xA3, 0xA5, 0x7D, 0x69, 0xD5, 0x95, 0x3B,
|
||
0x07, 0x58, 0xB3, 0x40, 0x86, 0xAC, 0x1D, 0xF7, 0x30, 0x37, 0x6B, 0xE4, 0x88, 0xD9, 0xE7, 0x89,
|
||
0xE1, 0x1B, 0x83, 0x49, 0x4C, 0x3F, 0xF8, 0xFE, 0x8D, 0x53, 0xAA, 0x90, 0xCA, 0xD8, 0x85, 0x61,
|
||
0x20, 0x71, 0x67, 0xA4, 0x2D, 0x2B, 0x09, 0x5B, 0xCB, 0x9B, 0x25, 0xD0, 0xBE, 0xE5, 0x6C, 0x52,
|
||
0x59, 0xA6, 0x74, 0xD2, 0xE6, 0xF4, 0xB4, 0xC0, 0xD1, 0x66, 0xAF, 0xC2, 0x39, 0x4B, 0x63, 0xB6
|
||
};
|
||
|
||
// Таблица обратного нелинейного преобразования
|
||
static const uint8_t Pi_reverse[] = {
|
||
0xA5, 0x2D, 0x32, 0x8F, 0x0E, 0x30, 0x38, 0xC0, 0x54, 0xE6, 0x9E, 0x39, 0x55, 0x7E, 0x52, 0x91,
|
||
0x64, 0x03, 0x57, 0x5A, 0x1C, 0x60, 0x07, 0x18, 0x21, 0x72, 0xA8, 0xD1, 0x29, 0xC6, 0xA4, 0x3F,
|
||
0xE0, 0x27, 0x8D, 0x0C, 0x82, 0xEA, 0xAE, 0xB4, 0x9A, 0x63, 0x49, 0xE5, 0x42, 0xE4, 0x15, 0xB7,
|
||
0xC8, 0x06, 0x70, 0x9D, 0x41, 0x75, 0x19, 0xC9, 0xAA, 0xFC, 0x4D, 0xBF, 0x2A, 0x73, 0x84, 0xD5,
|
||
0xC3, 0xAF, 0x2B, 0x86, 0xA7, 0xB1, 0xB2, 0x5B, 0x46, 0xD3, 0x9F, 0xFD, 0xD4, 0x0F, 0x9C, 0x2F,
|
||
0x9B, 0x43, 0xEF, 0xD9, 0x79, 0xB6, 0x53, 0x7F, 0xC1, 0xF0, 0x23, 0xE7, 0x25, 0x5E, 0xB5, 0x1E,
|
||
0xA2, 0xDF, 0xA6, 0xFE, 0xAC, 0x22, 0xF9, 0xE2, 0x4A, 0xBC, 0x35, 0xCA, 0xEE, 0x78, 0x05, 0x6B,
|
||
0x51, 0xE1, 0x59, 0xA3, 0xF2, 0x71, 0x56, 0x11, 0x6A, 0x89, 0x94, 0x65, 0x8C, 0xBB, 0x77, 0x3C,
|
||
0x7B, 0x28, 0xAB, 0xD2, 0x31, 0xDE, 0xC4, 0x5F, 0xCC, 0xCF, 0x76, 0x2C, 0xB8, 0xD8, 0x2E, 0x36,
|
||
0xDB, 0x69, 0xB3, 0x14, 0x95, 0xBE, 0x62, 0xA1, 0x3B, 0x16, 0x66, 0xE9, 0x5C, 0x6C, 0x6D, 0xAD,
|
||
0x37, 0x61, 0x4B, 0xB9, 0xE3, 0xBA, 0xF1, 0xA0, 0x85, 0x83, 0xDA, 0x47, 0xC5, 0xB0, 0x33, 0xFA,
|
||
0x96, 0x6F, 0x6E, 0xC2, 0xF6, 0x50, 0xFF, 0x5D, 0xA9, 0x8E, 0x17, 0x1B, 0x97, 0x7D, 0xEC, 0x58,
|
||
0xF7, 0x1F, 0xFB, 0x7C, 0x09, 0x0D, 0x7A, 0x67, 0x45, 0x87, 0xDC, 0xE8, 0x4F, 0x1D, 0x4E, 0x04,
|
||
0xEB, 0xF8, 0xF3, 0x3E, 0x3D, 0xBD, 0x8A, 0x88, 0xDD, 0xCD, 0x0B, 0x13, 0x98, 0x02, 0x93, 0x80,
|
||
0x90, 0xD0, 0x24, 0x34, 0xCB, 0xED, 0xF4, 0xCE, 0x99, 0x10, 0x44, 0x40, 0x92, 0x3A, 0x01, 0x26,
|
||
0x12, 0x1A, 0x48, 0x68, 0xF5, 0x81, 0x8B, 0xC7, 0xD6, 0x20, 0x0A, 0x08, 0x00, 0x4C, 0xD7, 0x74
|
||
};
|
||
|
||
// Вектор линейного преобразования
|
||
const uint8_t linear_vector[] = {
|
||
0x94, 0x20, 0x85, 0x10, 0xC2, 0xC0, 0x01, 0xFB,
|
||
0x01, 0xC0, 0xC2, 0x10, 0x85, 0x20, 0x94, 0x01
|
||
};
|
||
|
||
// Функция X
|
||
void X(chunk a, chunk b, chunk c)
|
||
{
|
||
c[0] = a[0] ^ b[0];
|
||
c[1] = a[1] ^ b[1];
|
||
}
|
||
|
||
// Функция S
|
||
void S(chunk in_out)
|
||
{
|
||
// Счетчик
|
||
int i;
|
||
// Переход к представлению в байтах
|
||
uint8_t *byte = (int8_t*) in_out;
|
||
for (i = 0; i < KUZNECHIK_BLOCK_SIZE; i++)
|
||
{
|
||
byte[i] = Pi[byte[i]];
|
||
}
|
||
}
|
||
|
||
// Обратная функция S
|
||
void S_reverse(chunk in_out)
|
||
{
|
||
// Счетчик
|
||
int i;
|
||
// Переход к представлению в байтах
|
||
uint8_t *byte = (int8_t*) in_out;
|
||
for (i = 0; i < KUZNECHIK_BLOCK_SIZE; i++)
|
||
{
|
||
byte[i] = Pi_reverse[byte[i]];
|
||
}
|
||
}
|
||
|
||
// Функция умножения в поле Галуа
|
||
uint8_t GF_mult(uint8_t a, uint8_t b)
|
||
{
|
||
uint8_t c;
|
||
|
||
c = 0;
|
||
while (b)
|
||
{
|
||
if (b & 1)
|
||
c ^= a;
|
||
a = (a << 1) ^ (a & 0x80 ? 0xC3 : 0x00);
|
||
b >>= 1;
|
||
}
|
||
|
||
return c;
|
||
}
|
||
|
||
// Функция R
|
||
void R(uint8_t *in_out)
|
||
{
|
||
// Счетчик
|
||
int i;
|
||
// Аккумулятор
|
||
uint8_t acc = in_out[15];
|
||
// Переход к представлению в байтах
|
||
uint8_t *byte = (int8_t*) in_out;
|
||
for (i = 14; i >= 0; i--)
|
||
{
|
||
byte[i + 1] = byte[i];
|
||
acc ^= GF_mult(byte[i], linear_vector[i]);
|
||
}
|
||
byte[0] = acc;
|
||
}
|
||
|
||
// Обратная функция R
|
||
void R_reverse(uint8_t *in_out)
|
||
{
|
||
// Счетчик
|
||
int i;
|
||
// Аккумулятор
|
||
uint8_t acc = in_out[0];
|
||
// Переход к представлению в байтах
|
||
uint8_t *byte = (int8_t*) in_out;
|
||
|
||
for (int i = 0; i < 15; i++)
|
||
{
|
||
byte[i] = byte[i + 1];
|
||
acc ^= GF_mult(byte[i], linear_vector[i]);
|
||
}
|
||
|
||
byte[15] = acc;
|
||
}
|
||
|
||
// Функция L
|
||
void L(uint8_t* in_out)
|
||
{
|
||
// Счетчик
|
||
int i;
|
||
for (i = 0; i < KUZNECHIK_BLOCK_SIZE; i++)
|
||
R(in_out);
|
||
}
|
||
|
||
// Обратная функция L
|
||
void L_reverse(uint8_t *in_out)
|
||
{
|
||
// Счетчик
|
||
int i;
|
||
for (int i = 0; i < 16; i++)
|
||
R_reverse(in_out);
|
||
}
|
||
|
||
// Генерация итерационных ключей
|
||
void gen_round_keys(uint8_t* key, chunk* round_keys)
|
||
{
|
||
// Счетчик
|
||
int i;
|
||
|
||
// Константы
|
||
uint8_t cs[32][KUZNECHIK_BLOCK_SIZE] = {};
|
||
|
||
// Генерация констант с помощью L-преобразования номера итерации
|
||
for (i = 0; i < 32; i++)
|
||
{
|
||
cs[i][15] = i + 1;
|
||
L(cs[i]);
|
||
}
|
||
|
||
// Итерационные ключи (четный и нечетный)
|
||
chunk ks[2] = {};
|
||
// Разместим ключ шифрования
|
||
// результат = итерационный ключ = (преобразование к указателю на чанк)[номер чанка][часть чанка]
|
||
round_keys[0][0] = ks[0][0] = ((chunk*) key)[0][0];
|
||
round_keys[0][1] = ks[0][1] = ((chunk*) key)[0][1];
|
||
round_keys[1][0] = ks[1][0] = ((chunk*) key)[1][0];
|
||
round_keys[1][1] = ks[1][1] = ((chunk*) key)[1][1];
|
||
|
||
// Генерация оставшихся ключей с использованием констант
|
||
for (i = 1; i <= 32; i++)
|
||
{
|
||
// Новый ключ
|
||
chunk new_key = {0};
|
||
|
||
// Преобразование X
|
||
// (void*) для избежания предупреждений о неверном типе, передаваемом в функцию
|
||
X(ks[0], (void*)cs[i - 1], new_key);
|
||
// Преобразование S
|
||
S(new_key);
|
||
// Преобразование L
|
||
// (uint8_t*) для избежания предупреждений о неверном типе, передаваемом в функцию
|
||
L((uint8_t*)&new_key);
|
||
// Преобразование X
|
||
X(new_key, ks[1], new_key);
|
||
|
||
// Сдвигаем ключи
|
||
ks[1][0] = ks[0][0];
|
||
ks[1][1] = ks[0][1];
|
||
|
||
// Записываем новый ключ
|
||
ks[0][0] = new_key[0];
|
||
ks[0][1] = new_key[1];
|
||
|
||
// Каждую 8 итерацию сети Фейстеля за исключением нулевой запишем ключи
|
||
if ((i > 0) && (i % 8 == 0))
|
||
{
|
||
round_keys[(i >> 2)][0] = ks[0][0];
|
||
round_keys[(i >> 2)][1] = ks[0][1];
|
||
|
||
round_keys[(i >> 2) + 1][0] = ks[1][0];
|
||
round_keys[(i >> 2) + 1][1] = ks[1][1];
|
||
}
|
||
}
|
||
}
|
||
|
||
// Функция шифрования
|
||
// Поддерживает запись результата в исходный массив
|
||
void kuznechik_encrypt(chunk *round_keys, chunk in, chunk out)
|
||
{
|
||
// Счетчик
|
||
int i;
|
||
// Буфер
|
||
chunk p;
|
||
// Создадим копию входных данных
|
||
memcpy(p, in, sizeof(chunk));
|
||
// В течении 10 итераций
|
||
for (i = 0; i < 10; i++)
|
||
{
|
||
// Преобразование X
|
||
X(p, round_keys[i], p);
|
||
// Для всех итераций кроме последней
|
||
if (i < 9)
|
||
{
|
||
// Преобразование S
|
||
S(p);
|
||
// Преобразование L
|
||
L((uint8_t*)&p);
|
||
}
|
||
}
|
||
// Копируем полученный результат
|
||
memcpy(out, p, sizeof(chunk));
|
||
}
|
||
|
||
void kuznechik_decrypt(chunk *round_keys, chunk in, chunk out)
|
||
{
|
||
// Счетчик
|
||
int i;
|
||
// Буфер
|
||
chunk p;
|
||
// Создадим копию входных данных
|
||
memcpy(p, in, sizeof(chunk));
|
||
|
||
// Преобразование X
|
||
X(p, round_keys[9], p);
|
||
for (i = 8; i >= 0; i--)
|
||
{
|
||
// Преобразование L
|
||
L_reverse((uint8_t*)&p);
|
||
// Преобразование S
|
||
S_reverse(p);
|
||
// Преобразование X
|
||
X(p, round_keys[i], p);
|
||
}
|
||
// Копируем полученный результат
|
||
memcpy(out, p, sizeof(chunk));
|
||
}
|
||
|
||
// Печать чанка
|
||
void print_chunk(chunk p)
|
||
{
|
||
int i;
|
||
for (i = 0; i < sizeof(chunk); i++)
|
||
printf("0x%02X ", ((uint8_t *)p)[i]);
|
||
|
||
printf("\n");
|
||
}
|
||
|
||
int main(int argc, char *argv[])
|
||
{
|
||
// Ключ (256 бит = 32 байт)
|
||
uint8_t key[] = {
|
||
0x88,0x99,0xaa,0xbb,0xcc,0xdd,0xee,0xff,
|
||
0x00,0x11,0x22,0x33,0x44,0x55,0x66,0x77,
|
||
0xfe,0xdc,0xba,0x98,0x76,0x54,0x32,0x10,
|
||
0x01,0x23,0x45,0x67,0x89,0xab,0xcd,0xef
|
||
};
|
||
|
||
// Итерационные ключи
|
||
chunk round_keys[10] = {};
|
||
|
||
// Генерация итерационных ключей
|
||
gen_round_keys(key, round_keys);
|
||
|
||
// Вывод итерационных ключей
|
||
int i;
|
||
printf("Итерацционные ключи:\n");
|
||
for (i = 0; i < 10; i++)
|
||
print_chunk(round_keys[i]);
|
||
|
||
// Открытые данные
|
||
uint8_t data[KUZNECHIK_BLOCK_SIZE] = {
|
||
0x11,0x22,0x33,0x44,0x55,0x66,0x77,0x00,
|
||
0xff,0xee,0xdd,0xcc,0xbb,0xaa,0x99,0x88
|
||
};
|
||
|
||
// Вывод открытых данных
|
||
printf("Открытые данные:\n");
|
||
// (void*) для избежания предупреждений о неверном типе, передаваемом в функцию
|
||
print_chunk((void*)data);
|
||
|
||
// Зашифрованные данные
|
||
chunk encrypted;
|
||
|
||
// Шифрование
|
||
// (void*) для избежания предупреждений о неверном типе, передаваемом в функцию
|
||
kuznechik_encrypt(round_keys, (void*)data, encrypted);
|
||
|
||
// Вывод зашифрованных данных
|
||
printf("Зашифрованные данные:\n");
|
||
print_chunk(encrypted);
|
||
|
||
// Результат расшифровки
|
||
chunk decrypted;
|
||
|
||
// Расшифровка
|
||
kuznechik_decrypt(round_keys, encrypted, decrypted);
|
||
|
||
// Вывод зашифрованных данных
|
||
printf("Расшифрованные данные:\n");
|
||
print_chunk(decrypted);
|
||
|
||
return 0;
|
||
} |