Line data Source code
1 : #include "Cryptography.h"
2 :
3 : #include <string.h>
4 :
5 1 : RadioLibAES128::RadioLibAES128() {
6 :
7 1 : }
8 :
9 : /*
10 : * CMAC streaming API
11 : *
12 : * Usage:
13 : * RadioLibCMAC_State st;
14 : * RadioLibAES128_initCMACState(&RadioLibAES128Instance, &st);
15 : * RadioLibAES128_updateCMACState(&RadioLibAES128Instance, &st, chunk1, len1);
16 : * RadioLibAES128_updateCMACState(&RadioLibAES128Instance, &st, chunk2, len2);
17 : * uint8_t mac[16];
18 : * RadioLibAES128_finishCMACState(&RadioLibAES128Instance, &st, mac);
19 : */
20 :
21 4 : void RadioLibAES128::initCMAC(RadioLibCmacState* st) {
22 4 : if(!st) {
23 0 : return;
24 : }
25 4 : memset(st->X, 0x00, RADIOLIB_AES128_BLOCK_SIZE);
26 4 : memset(st->buffer, 0x00, RADIOLIB_AES128_BLOCK_SIZE);
27 4 : st->buffer_len = 0;
28 4 : st->subkeys_generated = false;
29 : }
30 :
31 4 : void RadioLibAES128::updateCMAC(RadioLibCmacState* st, const uint8_t* data, size_t len) {
32 4 : if(!st || (!data && len != 0)) {
33 0 : return;
34 : }
35 :
36 : // ensure subkeys are present
37 4 : if(!st->subkeys_generated) {
38 4 : this->generateSubkeys(st->k1, st->k2);
39 4 : st->subkeys_generated = true;
40 : }
41 :
42 : uint8_t tmp[RADIOLIB_AES128_BLOCK_SIZE];
43 4 : size_t offset = 0;
44 :
45 12 : while(len > 0) {
46 :
47 : // fill buffer up to one full block
48 8 : size_t to_copy = RADIOLIB_AES128_BLOCK_SIZE - st->buffer_len;
49 8 : if(to_copy > len) {
50 1 : to_copy = len;
51 : }
52 :
53 : // copy the data into the buffer
54 8 : memcpy(&st->buffer[st->buffer_len], &data[offset], to_copy);
55 8 : st->buffer_len += to_copy;
56 8 : offset += to_copy;
57 8 : len -= to_copy;
58 :
59 : // if we now have a full block AND there is still more input remaining,
60 : // this block is NOT the final one, so process it.
61 8 : if(st->buffer_len == RADIOLIB_AES128_BLOCK_SIZE && len > 0) {
62 5 : this->blockXor(tmp, st->buffer, st->X);
63 5 : this->encryptECB(tmp, RADIOLIB_AES128_BLOCK_SIZE, st->X);
64 5 : st->buffer_len = 0;
65 : }
66 : }
67 : }
68 :
69 4 : void RadioLibAES128::finishCMAC(RadioLibCmacState* st, uint8_t* out) {
70 4 : if(!st || !out) {
71 0 : return;
72 : }
73 :
74 : // ensure subkeys are present
75 4 : if(!st->subkeys_generated) {
76 0 : this->generateSubkeys(st->k1, st->k2);
77 0 : st->subkeys_generated = true;
78 : }
79 :
80 : uint8_t last[RADIOLIB_AES128_BLOCK_SIZE];
81 : uint8_t Y[RADIOLIB_AES128_BLOCK_SIZE];
82 :
83 4 : if(st->buffer_len == RADIOLIB_AES128_BLOCK_SIZE) {
84 2 : this->blockXor(last, st->buffer, st->k1);
85 : } else {
86 2 : memset(last, 0x00, RADIOLIB_AES128_BLOCK_SIZE);
87 2 : if(st->buffer_len > 0) {
88 1 : memcpy(last, st->buffer, st->buffer_len);
89 : }
90 2 : last[st->buffer_len] = 0x80;
91 2 : this->blockXor(last, last, st->k2);
92 : }
93 :
94 4 : this->blockXor(Y, last, st->X);
95 4 : this->encryptECB(Y, RADIOLIB_AES128_BLOCK_SIZE, out);
96 : }
97 :
98 4 : void RadioLibAES128::generateCMAC(const uint8_t* in, size_t len, uint8_t* cmac) {
99 : RadioLibCmacState st;
100 4 : this->initCMAC(&st);
101 4 : this->updateCMAC(&st, in, len);
102 4 : this->finishCMAC(&st, cmac);
103 4 : }
104 :
105 0 : bool RadioLibAES128::verifyCMAC(const uint8_t* in, size_t len, const uint8_t* cmac) {
106 : uint8_t cmacReal[RADIOLIB_AES128_BLOCK_SIZE];
107 0 : this->generateCMAC(in, len, cmacReal);
108 0 : for(size_t i = 0; i < RADIOLIB_AES128_BLOCK_SIZE; i++) {
109 0 : if((cmacReal[i] != cmac[i])) {
110 0 : return(false);
111 : }
112 : }
113 0 : return(true);
114 : }
115 :
116 17 : void RadioLibAES128::blockXor(uint8_t* dst, const uint8_t* a, const uint8_t* b) {
117 289 : for(uint8_t j = 0; j < RADIOLIB_AES128_BLOCK_SIZE; j++) {
118 272 : dst[j] = a[j] ^ b[j];
119 : }
120 17 : }
121 :
122 8 : void RadioLibAES128::blockLeftshift(uint8_t* dst, const uint8_t* src) {
123 8 : uint8_t ovf = 0x00;
124 136 : for(int8_t i = RADIOLIB_AES128_BLOCK_SIZE - 1; i >= 0; i--) {
125 128 : dst[i] = src[i] << 1;
126 128 : dst[i] |= ovf;
127 128 : ovf = (src[i] & 0x80) ? 1 : 0;
128 : }
129 8 : }
130 :
131 4 : void RadioLibAES128::generateSubkeys(uint8_t* key1, uint8_t* key2) {
132 4 : const uint8_t const_Zero[] = {
133 : 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
134 : 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
135 : 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
136 : 0x00, 0x00, 0x00, 0x00
137 : };
138 :
139 4 : const uint8_t const_Rb[] = {
140 : 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
141 : 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
142 : 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
143 : 0x00, 0x00, 0x00, 0x87
144 : };
145 :
146 : uint8_t L[RADIOLIB_AES128_BLOCK_SIZE];
147 4 : this->encryptECB(const_Zero, RADIOLIB_AES128_BLOCK_SIZE, L);
148 4 : this->blockLeftshift(key1, L);
149 4 : if(L[0] & 0x80) {
150 0 : this->blockXor(key1, key1, const_Rb);
151 : }
152 :
153 4 : this->blockLeftshift(key2, key1);
154 4 : if(key1[0] & 0x80) {
155 4 : this->blockXor(key2, key2, const_Rb);
156 : }
157 4 : }
158 :
159 : #if !RADIOLIB_CUSTOM_AES128
160 :
161 : // AES lookup tables
162 : static const uint8_t aesSbox[] RADIOLIB_NONVOLATILE = {
163 : 0x63, 0x7c, 0x77, 0x7b, 0xf2, 0x6b, 0x6f, 0xc5,
164 : 0x30, 0x01, 0x67, 0x2b, 0xfe, 0xd7, 0xab, 0x76,
165 : 0xca, 0x82, 0xc9, 0x7d, 0xfa, 0x59, 0x47, 0xf0,
166 : 0xad, 0xd4, 0xa2, 0xaf, 0x9c, 0xa4, 0x72, 0xc0,
167 : 0xb7, 0xfd, 0x93, 0x26, 0x36, 0x3f, 0xf7, 0xcc,
168 : 0x34, 0xa5, 0xe5, 0xf1, 0x71, 0xd8, 0x31, 0x15,
169 : 0x04, 0xc7, 0x23, 0xc3, 0x18, 0x96, 0x05, 0x9a,
170 : 0x07, 0x12, 0x80, 0xe2, 0xeb, 0x27, 0xb2, 0x75,
171 : 0x09, 0x83, 0x2c, 0x1a, 0x1b, 0x6e, 0x5a, 0xa0,
172 : 0x52, 0x3b, 0xd6, 0xb3, 0x29, 0xe3, 0x2f, 0x84,
173 : 0x53, 0xd1, 0x00, 0xed, 0x20, 0xfc, 0xb1, 0x5b,
174 : 0x6a, 0xcb, 0xbe, 0x39, 0x4a, 0x4c, 0x58, 0xcf,
175 : 0xd0, 0xef, 0xaa, 0xfb, 0x43, 0x4d, 0x33, 0x85,
176 : 0x45, 0xf9, 0x02, 0x7f, 0x50, 0x3c, 0x9f, 0xa8,
177 : 0x51, 0xa3, 0x40, 0x8f, 0x92, 0x9d, 0x38, 0xf5,
178 : 0xbc, 0xb6, 0xda, 0x21, 0x10, 0xff, 0xf3, 0xd2,
179 : 0xcd, 0x0c, 0x13, 0xec, 0x5f, 0x97, 0x44, 0x17,
180 : 0xc4, 0xa7, 0x7e, 0x3d, 0x64, 0x5d, 0x19, 0x73,
181 : 0x60, 0x81, 0x4f, 0xdc, 0x22, 0x2a, 0x90, 0x88,
182 : 0x46, 0xee, 0xb8, 0x14, 0xde, 0x5e, 0x0b, 0xdb,
183 : 0xe0, 0x32, 0x3a, 0x0a, 0x49, 0x06, 0x24, 0x5c,
184 : 0xc2, 0xd3, 0xac, 0x62, 0x91, 0x95, 0xe4, 0x79,
185 : 0xe7, 0xc8, 0x37, 0x6d, 0x8d, 0xd5, 0x4e, 0xa9,
186 : 0x6c, 0x56, 0xf4, 0xea, 0x65, 0x7a, 0xae, 0x08,
187 : 0xba, 0x78, 0x25, 0x2e, 0x1c, 0xa6, 0xb4, 0xc6,
188 : 0xe8, 0xdd, 0x74, 0x1f, 0x4b, 0xbd, 0x8b, 0x8a,
189 : 0x70, 0x3e, 0xb5, 0x66, 0x48, 0x03, 0xf6, 0x0e,
190 : 0x61, 0x35, 0x57, 0xb9, 0x86, 0xc1, 0x1d, 0x9e,
191 : 0xe1, 0xf8, 0x98, 0x11, 0x69, 0xd9, 0x8e, 0x94,
192 : 0x9b, 0x1e, 0x87, 0xe9, 0xce, 0x55, 0x28, 0xdf,
193 : 0x8c, 0xa1, 0x89, 0x0d, 0xbf, 0xe6, 0x42, 0x68,
194 : 0x41, 0x99, 0x2d, 0x0f, 0xb0, 0x54, 0xbb, 0x16
195 : };
196 :
197 : static const uint8_t aesSboxInv[] RADIOLIB_NONVOLATILE = {
198 : 0x52, 0x09, 0x6a, 0xd5, 0x30, 0x36, 0xa5, 0x38,
199 : 0xbf, 0x40, 0xa3, 0x9e, 0x81, 0xf3, 0xd7, 0xfb,
200 : 0x7c, 0xe3, 0x39, 0x82, 0x9b, 0x2f, 0xff, 0x87,
201 : 0x34, 0x8e, 0x43, 0x44, 0xc4, 0xde, 0xe9, 0xcb,
202 : 0x54, 0x7b, 0x94, 0x32, 0xa6, 0xc2, 0x23, 0x3d,
203 : 0xee, 0x4c, 0x95, 0x0b, 0x42, 0xfa, 0xc3, 0x4e,
204 : 0x08, 0x2e, 0xa1, 0x66, 0x28, 0xd9, 0x24, 0xb2,
205 : 0x76, 0x5b, 0xa2, 0x49, 0x6d, 0x8b, 0xd1, 0x25,
206 : 0x72, 0xf8, 0xf6, 0x64, 0x86, 0x68, 0x98, 0x16,
207 : 0xd4, 0xa4, 0x5c, 0xcc, 0x5d, 0x65, 0xb6, 0x92,
208 : 0x6c, 0x70, 0x48, 0x50, 0xfd, 0xed, 0xb9, 0xda,
209 : 0x5e, 0x15, 0x46, 0x57, 0xa7, 0x8d, 0x9d, 0x84,
210 : 0x90, 0xd8, 0xab, 0x00, 0x8c, 0xbc, 0xd3, 0x0a,
211 : 0xf7, 0xe4, 0x58, 0x05, 0xb8, 0xb3, 0x45, 0x06,
212 : 0xd0, 0x2c, 0x1e, 0x8f, 0xca, 0x3f, 0x0f, 0x02,
213 : 0xc1, 0xaf, 0xbd, 0x03, 0x01, 0x13, 0x8a, 0x6b,
214 : 0x3a, 0x91, 0x11, 0x41, 0x4f, 0x67, 0xdc, 0xea,
215 : 0x97, 0xf2, 0xcf, 0xce, 0xf0, 0xb4, 0xe6, 0x73,
216 : 0x96, 0xac, 0x74, 0x22, 0xe7, 0xad, 0x35, 0x85,
217 : 0xe2, 0xf9, 0x37, 0xe8, 0x1c, 0x75, 0xdf, 0x6e,
218 : 0x47, 0xf1, 0x1a, 0x71, 0x1d, 0x29, 0xc5, 0x89,
219 : 0x6f, 0xb7, 0x62, 0x0e, 0xaa, 0x18, 0xbe, 0x1b,
220 : 0xfc, 0x56, 0x3e, 0x4b, 0xc6, 0xd2, 0x79, 0x20,
221 : 0x9a, 0xdb, 0xc0, 0xfe, 0x78, 0xcd, 0x5a, 0xf4,
222 : 0x1f, 0xdd, 0xa8, 0x33, 0x88, 0x07, 0xc7, 0x31,
223 : 0xb1, 0x12, 0x10, 0x59, 0x27, 0x80, 0xec, 0x5f,
224 : 0x60, 0x51, 0x7f, 0xa9, 0x19, 0xb5, 0x4a, 0x0d,
225 : 0x2d, 0xe5, 0x7a, 0x9f, 0x93, 0xc9, 0x9c, 0xef,
226 : 0xa0, 0xe0, 0x3b, 0x4d, 0xae, 0x2a, 0xf5, 0xb0,
227 : 0xc8, 0xeb, 0xbb, 0x3c, 0x83, 0x53, 0x99, 0x61,
228 : 0x17, 0x2b, 0x04, 0x7e, 0xba, 0x77, 0xd6, 0x26,
229 : 0xe1, 0x69, 0x14, 0x63, 0x55, 0x21, 0x0c, 0x7d
230 : };
231 :
232 : static const uint8_t aesRcon[] = { 0x8d, 0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80, 0x1b, 0x36 };
233 :
234 1 : RadioLibSoftwareAES128::RadioLibSoftwareAES128() : RadioLibAES128() {
235 :
236 1 : }
237 :
238 4 : void RadioLibSoftwareAES128::init(uint8_t* key) {
239 4 : this->keyPtr = key;
240 4 : this->keyExpansion(this->roundKey, key);
241 4 : }
242 :
243 13 : size_t RadioLibSoftwareAES128::encryptECB(const uint8_t* in, size_t len, uint8_t* out) {
244 13 : size_t num_blocks = len / RADIOLIB_AES128_BLOCK_SIZE;
245 13 : if(len % RADIOLIB_AES128_BLOCK_SIZE) {
246 0 : num_blocks++;
247 : }
248 :
249 13 : memset(out, 0x00, RADIOLIB_AES128_BLOCK_SIZE * num_blocks);
250 13 : memcpy(out, in, len);
251 :
252 26 : for(size_t i = 0; i < num_blocks; i++) {
253 13 : this->cipher((state_t*)(out + (RADIOLIB_AES128_BLOCK_SIZE * i)), this->roundKey);
254 : }
255 :
256 13 : return(num_blocks*RADIOLIB_AES128_BLOCK_SIZE);
257 : }
258 :
259 0 : size_t RadioLibSoftwareAES128::decryptECB(const uint8_t* in, size_t len, uint8_t* out) {
260 0 : size_t num_blocks = len / RADIOLIB_AES128_BLOCK_SIZE;
261 0 : if(len % RADIOLIB_AES128_BLOCK_SIZE) {
262 0 : num_blocks++;
263 : }
264 :
265 0 : memset(out, 0x00, RADIOLIB_AES128_BLOCK_SIZE * num_blocks);
266 0 : memcpy(out, in, len);
267 :
268 0 : for(size_t i = 0; i < num_blocks; i++) {
269 0 : this->decipher((state_t*)(out + (RADIOLIB_AES128_BLOCK_SIZE * i)), this->roundKey);
270 : }
271 :
272 0 : return(num_blocks*RADIOLIB_AES128_BLOCK_SIZE);
273 : }
274 :
275 4 : void RadioLibSoftwareAES128::keyExpansion(uint8_t* roundKey, const uint8_t* key) {
276 : uint8_t tmp[4];
277 :
278 : // the first round key is the key itself
279 20 : for(uint8_t i = 0; i < RADIOLIB_AES128_N_K; i++) {
280 80 : for(uint8_t j = 0; j < 4; j++) {
281 64 : roundKey[(i * 4) + j] = key[(i * 4) + j];
282 : }
283 : }
284 :
285 : // All other round keys are found from the previous round keys.
286 164 : for(uint8_t i = RADIOLIB_AES128_N_K; i < RADIOLIB_AES128_N_B * (RADIOLIB_AES128_N_R + 1); ++i) {
287 160 : uint8_t j = (i - 1) * 4;
288 800 : for(uint8_t k = 0; k < 4; k++) {
289 640 : tmp[k] = roundKey[j + k];
290 : }
291 :
292 160 : if(i % RADIOLIB_AES128_N_K == 0) {
293 40 : this->rotWord(tmp);
294 40 : this->subWord(tmp);
295 40 : tmp[0] = tmp[0] ^ aesRcon[i/RADIOLIB_AES128_N_K];
296 : }
297 :
298 160 : j = i * 4;
299 160 : uint8_t k = (i - RADIOLIB_AES128_N_K) * 4;
300 800 : for(uint8_t l = 0; l < 4; l++) {
301 640 : roundKey[j + l] = roundKey[k + l] ^ tmp[l];
302 : }
303 : }
304 4 : }
305 :
306 13 : void RadioLibSoftwareAES128::cipher(state_t* state, uint8_t* roundKey) {
307 13 : this->addRoundKey(0, state, roundKey);
308 130 : for(uint8_t round = 1; round < RADIOLIB_AES128_N_R; round++) {
309 117 : this->subBytes(state, aesSbox);
310 117 : this->shiftRows(state, false);
311 117 : this->mixColumns(state, false);
312 117 : this->addRoundKey(round, state, roundKey);
313 : }
314 :
315 13 : this->subBytes(state, aesSbox);
316 13 : this->shiftRows(state, false);
317 13 : this->addRoundKey(RADIOLIB_AES128_N_R, state, roundKey);
318 13 : }
319 :
320 :
321 0 : void RadioLibSoftwareAES128::decipher(state_t* state, uint8_t* roundKey) {
322 0 : this->addRoundKey(RADIOLIB_AES128_N_R, state, roundKey);
323 0 : for(uint8_t round = RADIOLIB_AES128_N_R - 1; round > 0; --round) {
324 0 : this->shiftRows(state, true);
325 0 : this->subBytes(state, aesSboxInv);
326 0 : this->addRoundKey(round, state, roundKey);
327 0 : this->mixColumns(state, true);
328 : }
329 :
330 0 : this->shiftRows(state, true);
331 0 : this->subBytes(state, aesSboxInv);
332 0 : this->addRoundKey(0, state, roundKey);
333 0 : }
334 :
335 40 : void RadioLibSoftwareAES128::subWord(uint8_t* word) {
336 200 : for(size_t i = 0; i < 4; i++) {
337 160 : uint8_t* ptr = const_cast<uint8_t*>(&aesSbox[word[i]]);
338 160 : word[i] = RADIOLIB_NONVOLATILE_READ_BYTE(ptr);
339 : }
340 40 : }
341 :
342 40 : void RadioLibSoftwareAES128::rotWord(uint8_t* word) {
343 : uint8_t tmp[4];
344 40 : memcpy(tmp, word, 4);
345 200 : for(size_t i = 0; i < 4; i++) {
346 160 : word[i] = tmp[(i + 1) % 4];
347 : }
348 40 : }
349 :
350 130 : void RadioLibSoftwareAES128::subBytes(state_t* state, const uint8_t* box) {
351 650 : for(size_t row = 0; row < 4; row++) {
352 2600 : for(size_t col = 0; col < 4; col++) {
353 2080 : uint8_t* ptr = const_cast<uint8_t*>(&box[(*state)[col][row]]);
354 2080 : (*state)[col][row] = RADIOLIB_NONVOLATILE_READ_BYTE(ptr);
355 : }
356 : }
357 130 : }
358 :
359 130 : void RadioLibSoftwareAES128::shiftRows(state_t* state, bool inv) {
360 : uint8_t tmp[4];
361 520 : for(size_t row = 1; row < 4; row++) {
362 1950 : for(size_t col = 0; col < 4; col++) {
363 1560 : if(!inv) {
364 1560 : tmp[col] = (*state)[(row + col) % 4][row];
365 : } else {
366 0 : tmp[(row + col) % 4] = (*state)[col][row];
367 : }
368 : }
369 1950 : for(size_t col = 0; col < 4; col++) {
370 1560 : (*state)[col][row] = tmp[col];
371 : }
372 : }
373 130 : }
374 :
375 117 : void RadioLibSoftwareAES128::mixColumns(state_t* state, bool inv) {
376 : uint8_t tmp[4];
377 117 : uint8_t matmul[][4] = {
378 : { 0x02, 0x03, 0x01, 0x01 },
379 : { 0x01, 0x02, 0x03, 0x01 },
380 : { 0x01, 0x01, 0x02, 0x03 },
381 : { 0x03, 0x01, 0x01, 0x02 }
382 : };
383 117 : if(inv) {
384 0 : uint8_t matmul_inv[][4] = {
385 : { 0x0e, 0x0b, 0x0d, 0x09 },
386 : { 0x09, 0x0e, 0x0b, 0x0d },
387 : { 0x0d, 0x09, 0x0e, 0x0b },
388 : { 0x0b, 0x0d, 0x09, 0x0e }
389 : };
390 0 : memcpy(matmul, matmul_inv, sizeof(matmul_inv));
391 : }
392 :
393 585 : for(size_t col = 0; col < 4; col++) {
394 2340 : for(size_t row = 0; row < 4; row++) {
395 1872 : tmp[row] = (*state)[col][row];
396 : }
397 2340 : for(size_t i = 0; i < 4; i++) {
398 1872 : (*state)[col][i] = 0x00;
399 9360 : for(size_t j = 0; j < 4; j++) {
400 7488 : (*state)[col][i] ^= mul(matmul[i][j], tmp[j]);
401 : }
402 : }
403 : }
404 117 : }
405 :
406 7488 : uint8_t RadioLibSoftwareAES128::mul(uint8_t a, uint8_t b) {
407 : uint8_t sb[4];
408 7488 : uint8_t out = 0;
409 7488 : sb[0] = b;
410 29952 : for(size_t i = 1; i < 4; i++) {
411 22464 : sb[i] = sb[i - 1] << 1;
412 22464 : if (sb[i - 1] & 0x80) {
413 11032 : sb[i] ^= 0x1b;
414 : }
415 : }
416 37440 : for(size_t i = 0; i < 4; i++) {
417 29952 : if(a >> i & 0x01) {
418 9360 : out ^= sb[i];
419 : }
420 : }
421 7488 : return(out);
422 : }
423 :
424 143 : void RadioLibSoftwareAES128::addRoundKey(uint8_t round, state_t* state, const uint8_t* roundKey) {
425 715 : for(size_t row = 0; row < 4; row++) {
426 2860 : for(size_t col = 0; col < 4; col++) {
427 2288 : (*state)[row][col] ^= roundKey[(round * RADIOLIB_AES128_N_B * 4) + (row * RADIOLIB_AES128_N_B) + col];
428 : }
429 : }
430 143 : }
431 :
432 : #endif
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