Add Keccak-f[1600] primitive operating on byte vectors.
authorTaylor R Campbell <campbell@mumble.net>
Tue, 12 Sep 2017 03:34:42 +0000 (03:34 +0000)
committerTaylor R Campbell <campbell@mumble.net>
Tue, 12 Sep 2017 03:34:42 +0000 (03:34 +0000)
Won't break any speed records with all the copying and byte order
conversion but will work at least and be handy for exploration.

src/microcode/keccak.c [new file with mode: 0644]
src/microcode/keccak.h [new file with mode: 0644]
src/microcode/makegen/files-core.scm
src/microcode/prkeccak.c [new file with mode: 0644]
tests/check.scm
tests/microcode/test-keccak.scm [new file with mode: 0644]

diff --git a/src/microcode/keccak.c b/src/microcode/keccak.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..feeb0f8
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,178 @@
+/*-
+ * Copyright (c) 2015 Taylor R. Campbell
+ * All rights reserved.
+ *
+ * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
+ * modification, are permitted provided that the following conditions
+ * are met:
+ * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
+ *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
+ * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
+ *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
+ *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
+ *
+ * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
+ * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
+ * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
+ * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
+ * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
+ * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
+ * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
+ * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
+ * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
+ * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
+ * SUCH DAMAGE.
+ */
+
+#define        _POSIX_C_SOURCE 200809L
+
+#include <stdint.h>
+
+#include "keccak.h"
+
+#define        secret  /* can't use in variable-time operations, should zero */
+
+#define        FOR5(X, STMT) do                                                      \
+{                                                                            \
+       (X) = 0; STMT;                                                        \
+       (X) = 1; STMT;                                                        \
+       (X) = 2; STMT;                                                        \
+       (X) = 3; STMT;                                                        \
+       (X) = 4; STMT;                                                        \
+} while (0)
+
+static inline secret uint64_t
+rol64(secret uint64_t v, unsigned c)
+{
+
+       return ((v << c) | (v >> (64 - c)));
+}
+
+static inline void
+keccakf1600_theta(secret uint64_t A[25])
+{
+       secret uint64_t C0, C1, C2, C3, C4;
+       unsigned y;
+
+       C0 = C1 = C2 = C3 = C4 = 0;
+       FOR5(y, {
+               C0 ^= A[0 + 5*y];
+               C1 ^= A[1 + 5*y];
+               C2 ^= A[2 + 5*y];
+               C3 ^= A[3 + 5*y];
+               C4 ^= A[4 + 5*y];
+       });
+       FOR5(y, {
+               A[0 + 5*y] ^= C4 ^ rol64(C1, 1);
+               A[1 + 5*y] ^= C0 ^ rol64(C2, 1);
+               A[2 + 5*y] ^= C1 ^ rol64(C3, 1);
+               A[3 + 5*y] ^= C2 ^ rol64(C4, 1);
+               A[4 + 5*y] ^= C3 ^ rol64(C0, 1);
+       });
+}
+
+static inline void
+keccakf1600_rho_pi(secret uint64_t A[25])
+{
+       secret uint64_t T, U;
+
+       /*
+        * Permute by (x,y) |---> (y, 2x + 3y mod 5) starting at (1,0),
+        * rotate the ith element by (i + 1)(i + 2)/2 mod 64.
+        */
+       U = A[ 1];                       T = U;
+       U = A[10]; A[10] = rol64(T,  1); T = U;
+       U = A[ 7]; A[ 7] = rol64(T,  3); T = U;
+       U = A[11]; A[11] = rol64(T,  6); T = U;
+       U = A[17]; A[17] = rol64(T, 10); T = U;
+       U = A[18]; A[18] = rol64(T, 15); T = U;
+       U = A[ 3]; A[ 3] = rol64(T, 21); T = U;
+       U = A[ 5]; A[ 5] = rol64(T, 28); T = U;
+       U = A[16]; A[16] = rol64(T, 36); T = U;
+       U = A[ 8]; A[ 8] = rol64(T, 45); T = U;
+       U = A[21]; A[21] = rol64(T, 55); T = U;
+       U = A[24]; A[24] = rol64(T,  2); T = U;
+       U = A[ 4]; A[ 4] = rol64(T, 14); T = U;
+       U = A[15]; A[15] = rol64(T, 27); T = U;
+       U = A[23]; A[23] = rol64(T, 41); T = U;
+       U = A[19]; A[19] = rol64(T, 56); T = U;
+       U = A[13]; A[13] = rol64(T,  8); T = U;
+       U = A[12]; A[12] = rol64(T, 25); T = U;
+       U = A[ 2]; A[ 2] = rol64(T, 43); T = U;
+       U = A[20]; A[20] = rol64(T, 62); T = U;
+       U = A[14]; A[14] = rol64(T, 18); T = U;
+       U = A[22]; A[22] = rol64(T, 39); T = U;
+       U = A[ 9]; A[ 9] = rol64(T, 61); T = U;
+       U = A[ 6]; A[ 6] = rol64(T, 20); T = U;
+                  A[ 1] = rol64(T, 44);
+}
+
+static inline void
+keccakf1600_chi(secret uint64_t A[25])
+{
+       secret uint64_t B0, B1, B2, B3, B4;
+       unsigned y;
+
+       FOR5(y, {
+               B0 = A[0 + 5*y];
+               B1 = A[1 + 5*y];
+               B2 = A[2 + 5*y];
+               B3 = A[3 + 5*y];
+               B4 = A[4 + 5*y];
+               A[0 + 5*y] ^= ~B1 & B2;
+               A[1 + 5*y] ^= ~B2 & B3;
+               A[2 + 5*y] ^= ~B3 & B4;
+               A[3 + 5*y] ^= ~B4 & B0;
+               A[4 + 5*y] ^= ~B0 & B1;
+       });
+}
+
+static void
+keccakf1600_round(secret uint64_t A[25])
+{
+
+       keccakf1600_theta(A);
+       keccakf1600_rho_pi(A);
+       keccakf1600_chi(A);
+}
+
+void
+keccakf1600(secret uint64_t A[25])
+{
+       /*
+        * RC[i] = \sum_{j = 0,...,6} rc(j + 7i) 2^(2^j - 1),
+        * rc(t) = (x^t mod x^8 + x^6 + x^5 + x^4 + 1) mod x in GF(2)[x]
+        */
+       static const uint64_t RC[24] = {
+               0x0000000000000001ULL,
+               0x0000000000008082ULL,
+               0x800000000000808aULL,
+               0x8000000080008000ULL,
+               0x000000000000808bULL,
+               0x0000000080000001ULL,
+               0x8000000080008081ULL,
+               0x8000000000008009ULL,
+               0x000000000000008aULL,
+               0x0000000000000088ULL,
+               0x0000000080008009ULL,
+               0x000000008000000aULL,
+               0x000000008000808bULL,
+               0x800000000000008bULL,
+               0x8000000000008089ULL,
+               0x8000000000008003ULL,
+               0x8000000000008002ULL,
+               0x8000000000000080ULL,
+               0x000000000000800aULL,
+               0x800000008000000aULL,
+               0x8000000080008081ULL,
+               0x8000000000008080ULL,
+               0x0000000080000001ULL,
+               0x8000000080008008ULL,
+       };
+       unsigned i;
+
+       for (i = 0; i < 24; i++) {
+               keccakf1600_round(A);
+               A[0] ^= RC[i];
+       }
+}
diff --git a/src/microcode/keccak.h b/src/microcode/keccak.h
new file mode 100644 (file)
index 0000000..51a8e02
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,34 @@
+/*-
+ * Copyright (c) 2015 Taylor R. Campbell
+ * All rights reserved.
+ *
+ * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
+ * modification, are permitted provided that the following conditions
+ * are met:
+ * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
+ *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
+ * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
+ *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
+ *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
+ *
+ * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
+ * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
+ * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
+ * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
+ * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
+ * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
+ * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
+ * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
+ * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
+ * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
+ * SUCH DAMAGE.
+ */
+
+#ifndef        KECCAK_H
+#define        KECCAK_H
+
+#include <stdint.h>
+
+void   keccakf1600(uint64_t A[25]);
+
+#endif /* KECCAK_H */
index 32493b0e1c886fb2ba6c398f18a13f3b8bf9a245..a78032e7e7339c06a2d914308416ea7264fde6aa 100644 (file)
@@ -53,6 +53,7 @@ USA.
 "intern"
 "interp"
 "intprm"
+"keccak"
 "list"
 "lookprm"
 "lookup"
@@ -65,6 +66,7 @@ USA.
 "outf"
 "prim"
 "primutl"
+"prkeccak"
 "ptrvec"
 "purify"
 "purutl"
diff --git a/src/microcode/prkeccak.c b/src/microcode/prkeccak.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..2e13b79
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,86 @@
+/* -*-C-*-
+
+Copyright (C) 1986, 1987, 1988, 1989, 1990, 1991, 1992, 1993, 1994,
+    1995, 1996, 1997, 1998, 1999, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004, 2005,
+    2006, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011, 2012, 2013, 2014, 2015, 2016,
+    2017 Massachusetts Institute of Technology
+
+This file is part of MIT/GNU Scheme.
+
+MIT/GNU Scheme is free software; you can redistribute it and/or modify
+it under the terms of the GNU General Public License as published by
+the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or (at
+your option) any later version.
+
+MIT/GNU Scheme is distributed in the hope that it will be useful, but
+WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
+MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
+General Public License for more details.
+
+You should have received a copy of the GNU General Public License
+along with MIT/GNU Scheme; if not, write to the Free Software
+Foundation, Inc., 51 Franklin St, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301,
+USA.
+
+*/
+
+#include "keccak.h"
+#include "prims.h"
+#include "scheme.h"
+
+static inline void
+scheme_le64enc (void * buf, uint64_t v)
+{
+  uint8_t * p = buf;
+
+  (p[0]) = ((v >>  0) & 0xff);
+  (p[1]) = ((v >>  8) & 0xff);
+  (p[2]) = ((v >> 16) & 0xff);
+  (p[3]) = ((v >> 24) & 0xff);
+  (p[4]) = ((v >> 32) & 0xff);
+  (p[5]) = ((v >> 40) & 0xff);
+  (p[6]) = ((v >> 48) & 0xff);
+  (p[7]) = ((v >> 56) & 0xff);
+}
+
+static inline uint64_t
+scheme_le64dec(const void * buf)
+{
+  const uint8_t * p = buf;
+  uint64_t v = 0;
+
+  v |= (((uint64_t) (p[0])) <<  0);
+  v |= (((uint64_t) (p[1])) <<  8);
+  v |= (((uint64_t) (p[2])) << 16);
+  v |= (((uint64_t) (p[3])) << 24);
+  v |= (((uint64_t) (p[4])) << 32);
+  v |= (((uint64_t) (p[5])) << 40);
+  v |= (((uint64_t) (p[6])) << 48);
+  v |= (((uint64_t) (p[7])) << 56);
+
+  return v;
+}
+
+DEFINE_PRIMITIVE ("BYTEVECTOR-KECCAK-F1600", Prim_bytevector_keccak_f1600, 1, 1,
+  "(STATE)\n\
+Perform the Keccak-f[1600] permutation on a byte vector.")
+{
+  PRIMITIVE_HEADER (1);
+  {
+    uint64_t S[25];
+    unsigned i;
+    unsigned long n;
+    uint8_t * state;
+
+    state = (arg_bytevector (1, (&n)));
+    if (n != 200)
+      error_bad_range_arg (1);
+
+    for (i = 0; (i < 25); i++)
+      S[i] = (scheme_le64dec (&state[8*i]));
+    keccakf1600 (S);
+    for (i = 0; (i < 25); i++)
+      scheme_le64enc ((&state[8*i]), (S[i]));
+    PRIMITIVE_RETURN (UNSPECIFIC);
+  }
+}
index 28032723be9a08ec97ef2b7ddacfc9135d19a0f9..224eb04401c551dc6157597d8dfe6097d8799500 100644 (file)
@@ -45,6 +45,7 @@ USA.
     "microcode/test-flonum-casts"
     "microcode/test-flonum-casts.scm"
     "microcode/test-flonum-casts.com"
+    "microcode/test-keccak"
     "microcode/test-lookup"
     "runtime/test-arith"
     "runtime/test-bytevector"
diff --git a/tests/microcode/test-keccak.scm b/tests/microcode/test-keccak.scm
new file mode 100644 (file)
index 0000000..b83b2cc
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,41 @@
+#| -*-Scheme-*-
+
+Copyright (C) 1986, 1987, 1988, 1989, 1990, 1991, 1992, 1993, 1994,
+    1995, 1996, 1997, 1998, 1999, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004, 2005,
+    2006, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011, 2012, 2013, 2014, 2015, 2016,
+    2017 Massachusetts Institute of Technology
+
+This file is part of MIT/GNU Scheme.
+
+MIT/GNU Scheme is free software; you can redistribute it and/or modify
+it under the terms of the GNU General Public License as published by
+the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or (at
+your option) any later version.
+
+MIT/GNU Scheme is distributed in the hope that it will be useful, but
+WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
+MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
+General Public License for more details.
+
+You should have received a copy of the GNU General Public License
+along with MIT/GNU Scheme; if not, write to the Free Software
+Foundation, Inc., 51 Franklin St, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301,
+USA.
+
+|#
+
+;;;; Tests of Keccak primitives
+
+(define-test 'SHA3-256-EMPTY
+  (lambda ()
+    (let ((s (make-bytevector 200 0)))
+      (bytevector-u8-set! s 0 #x06)
+      (bytevector-u8-set! s #x87 #x80)
+      ((make-primitive-procedure 'BYTEVECTOR-KECCAK-F1600) s)
+      (assert-equal (bytevector-copy s 0 32)
+                    #u8(                ;SHA3-256("")
+                        #xa7 #xff #xc6 #xf8 #xbf #x1e #xd7 #x66
+                        #x51 #xc1 #x47 #x56 #xa0 #x61 #xd6 #x62
+                        #xf5 #x80 #xff #x4d #xe4 #x3b #x49 #xfa
+                        #x82 #xd8 #x0a #x4b #x80 #xf8 #x43 #x4a
+                        )))))
\ No newline at end of file