sha1.c

   1 /*
   2  * Copyright (C) 2007-2009 Andre Noll <maan@tuebingen.mpg.de>
   3  *
   4  * Licensed under the GPL v2. For licencing details see COPYING.
   5  */
   6
   7 /** \file sha1.c Secure Hash Algorithm, taken from the git source code 2009/11. */
   8
   9 #include "log.h"
  10
  11 /*
  12  * SHA1 routine optimized to do word accesses rather than byte accesses,
  13  * and to avoid unnecessary copies into the context array.
  14  *
  15  * This was initially based on the Mozilla SHA1 implementation, although
  16  * none of the original Mozilla code remains.
  17  */
  18 #include <string.h>
  19 #include <arpa/inet.h>
  20
  21 typedef struct {
  22         unsigned int H[5];
  23         unsigned int W[16];
  24         unsigned long long size;
  25 } blk_SHA_CTX;
  26
  27 #if defined(__GNUC__) && (defined(__i386__) || defined(__x86_64__))
  28
  29 /*
  30  * Force usage of rol or ror by selecting the one with the smaller constant.
  31  * It _can_ generate slightly smaller code (a constant of 1 is special), but
  32  * perhaps more importantly it's possibly faster on any uarch that does a
  33  * rotate with a loop.
  34  */
  35
  36 #define SHA_ASM(op, x, n) ({ unsigned int __res; __asm__(op " %1,%0":"=r" (__res):"i" (n), "0" (x)); __res; })
  37 #define SHA_ROL(x,n)    SHA_ASM("rol", x, n)
  38 #define SHA_ROR(x,n)    SHA_ASM("ror", x, n)
  39
  40 #else
  41
  42 #define SHA_ROT(X,l,r)  (((X) << (l)) | ((X) >> (r)))
  43 #define SHA_ROL(X,n)    SHA_ROT(X,n,32-(n))
  44 #define SHA_ROR(X,n)    SHA_ROT(X,32-(n),n)
  45
  46 #endif
  47
  48 /*
  49  * If you have 32 registers or more, the compiler can (and should)
  50  * try to change the array[] accesses into registers. However, on
  51  * machines with less than ~25 registers, that won't really work,
  52  * and at least gcc will make an unholy mess of it.
  53  *
  54  * So to avoid that mess which just slows things down, we force
  55  * the stores to memory to actually happen (we might be better off
  56  * with a 'W(t)=(val);asm("":"+m" (W(t))' there instead, as
  57  * suggested by Artur Skawina - that will also make gcc unable to
  58  * try to do the silly "optimize away loads" part because it won't
  59  * see what the value will be).
  60  *
  61  * Ben Herrenschmidt reports that on PPC, the C version comes close
  62  * to the optimized asm with this (ie on PPC you don't want that
  63  * 'volatile', since there are lots of registers).
  64  *
  65  * On ARM we get the best code generation by forcing a full memory barrier
  66  * between each SHA_ROUND, otherwise gcc happily get wild with spilling and
  67  * the stack frame size simply explode and performance goes down the drain.
  68  */
  69
  70 #if defined(__i386__) || defined(__x86_64__)
  71   #define setW(x, val) (*(volatile unsigned int *)&W(x) = (val))
  72 #elif defined(__GNUC__) && defined(__arm__)
  73   #define setW(x, val) do { W(x) = (val); __asm__("":::"memory"); } while (0)
  74 #else
  75   #define setW(x, val) (W(x) = (val))
  76 #endif
  77
  78 /*
  79  * Performance might be improved if the CPU architecture is OK with
  80  * unaligned 32-bit loads and a fast ntohl() is available.
  81  * Otherwise fall back to byte loads and shifts which is portable,
  82  * and is faster on architectures with memory alignment issues.
  83  */
  84
  85 #if defined(__i386__) || defined(__x86_64__) || \
  86     defined(__ppc__) || defined(__ppc64__) || \
  87     defined(__powerpc__) || defined(__powerpc64__) || \
  88     defined(__s390__) || defined(__s390x__)
  89
  90 #define get_be32(p)     ntohl(*(unsigned int *)(p))
  91 #define put_be32(p, v)  do { *(unsigned int *)(p) = htonl(v); } while (0)
  92
  93 #else
  94
  95 #define get_be32(p)     ( \
  96         (*((unsigned char *)(p) + 0) << 24) | \
  97         (*((unsigned char *)(p) + 1) << 16) | \
  98         (*((unsigned char *)(p) + 2) <<  8) | \
  99         (*((unsigned char *)(p) + 3) <<  0) )
 100 #define put_be32(p, v)  do { \
 101         unsigned int __v = (v); \
 102         *((unsigned char *)(p) + 0) = __v >> 24; \
 103         *((unsigned char *)(p) + 1) = __v >> 16; \
 104         *((unsigned char *)(p) + 2) = __v >>  8; \
 105         *((unsigned char *)(p) + 3) = __v >>  0; } while (0)
 106
 107 #endif
 108
 109 /* This "rolls" over the 512-bit array */
 110 #define W(x) (array[(x)&15])
 111
 112 /*
 113  * Where do we get the source from? The first 16 iterations get it from
 114  * the input data, the next mix it from the 512-bit array.
 115  */
 116 #define SHA_SRC(t) get_be32(data + t)
 117 #define SHA_MIX(t) SHA_ROL(W(t+13) ^ W(t+8) ^ W(t+2) ^ W(t), 1)
 118
 119 #define SHA_ROUND(t, input, fn, constant, A, B, C, D, E) do { \
 120         unsigned int TEMP = input(t); setW(t, TEMP); \
 121         E += TEMP + SHA_ROL(A,5) + (fn) + (constant); \
 122         B = SHA_ROR(B, 2); } while (0)
 123
 124 #define T_0_15(t, A, B, C, D, E)  SHA_ROUND(t, SHA_SRC, (((C^D)&B)^D) , 0x5a827999, A, B, C, D, E )
 125 #define T_16_19(t, A, B, C, D, E) SHA_ROUND(t, SHA_MIX, (((C^D)&B)^D) , 0x5a827999, A, B, C, D, E )
 126 #define T_20_39(t, A, B, C, D, E) SHA_ROUND(t, SHA_MIX, (B^C^D) , 0x6ed9eba1, A, B, C, D, E )
 127 #define T_40_59(t, A, B, C, D, E) SHA_ROUND(t, SHA_MIX, ((B&C)+(D&(B^C))) , 0x8f1bbcdc, A, B, C, D, E )
 128 #define T_60_79(t, A, B, C, D, E) SHA_ROUND(t, SHA_MIX, (B^C^D) ,  0xca62c1d6, A, B, C, D, E )
 129
 130 static void blk_SHA1_Block(blk_SHA_CTX *ctx, const unsigned int *data)
 131 {
 132         unsigned int A,B,C,D,E;
 133         unsigned int array[16];
 134
 135         A = ctx->H[0];
 136         B = ctx->H[1];
 137         C = ctx->H[2];
 138         D = ctx->H[3];
 139         E = ctx->H[4];
 140
 141         /* Round 1 - iterations 0-16 take their input from 'data' */
 142         T_0_15( 0, A, B, C, D, E);
 143         T_0_15( 1, E, A, B, C, D);
 144         T_0_15( 2, D, E, A, B, C);
 145         T_0_15( 3, C, D, E, A, B);
 146         T_0_15( 4, B, C, D, E, A);
 147         T_0_15( 5, A, B, C, D, E);
 148         T_0_15( 6, E, A, B, C, D);
 149         T_0_15( 7, D, E, A, B, C);
 150         T_0_15( 8, C, D, E, A, B);
 151         T_0_15( 9, B, C, D, E, A);
 152         T_0_15(10, A, B, C, D, E);
 153         T_0_15(11, E, A, B, C, D);
 154         T_0_15(12, D, E, A, B, C);
 155         T_0_15(13, C, D, E, A, B);
 156         T_0_15(14, B, C, D, E, A);
 157         T_0_15(15, A, B, C, D, E);
 158
 159         /* Round 1 - tail. Input from 512-bit mixing array */
 160         T_16_19(16, E, A, B, C, D);
 161         T_16_19(17, D, E, A, B, C);
 162         T_16_19(18, C, D, E, A, B);
 163         T_16_19(19, B, C, D, E, A);
 164
 165         /* Round 2 */
 166         T_20_39(20, A, B, C, D, E);
 167         T_20_39(21, E, A, B, C, D);
 168         T_20_39(22, D, E, A, B, C);
 169         T_20_39(23, C, D, E, A, B);
 170         T_20_39(24, B, C, D, E, A);
 171         T_20_39(25, A, B, C, D, E);
 172         T_20_39(26, E, A, B, C, D);
 173         T_20_39(27, D, E, A, B, C);
 174         T_20_39(28, C, D, E, A, B);
 175         T_20_39(29, B, C, D, E, A);
 176         T_20_39(30, A, B, C, D, E);
 177         T_20_39(31, E, A, B, C, D);
 178         T_20_39(32, D, E, A, B, C);
 179         T_20_39(33, C, D, E, A, B);
 180         T_20_39(34, B, C, D, E, A);
 181         T_20_39(35, A, B, C, D, E);
 182         T_20_39(36, E, A, B, C, D);
 183         T_20_39(37, D, E, A, B, C);
 184         T_20_39(38, C, D, E, A, B);
 185         T_20_39(39, B, C, D, E, A);
 186
 187         /* Round 3 */
 188         T_40_59(40, A, B, C, D, E);
 189         T_40_59(41, E, A, B, C, D);
 190         T_40_59(42, D, E, A, B, C);
 191         T_40_59(43, C, D, E, A, B);
 192         T_40_59(44, B, C, D, E, A);
 193         T_40_59(45, A, B, C, D, E);
 194         T_40_59(46, E, A, B, C, D);
 195         T_40_59(47, D, E, A, B, C);
 196         T_40_59(48, C, D, E, A, B);
 197         T_40_59(49, B, C, D, E, A);
 198         T_40_59(50, A, B, C, D, E);
 199         T_40_59(51, E, A, B, C, D);
 200         T_40_59(52, D, E, A, B, C);
 201         T_40_59(53, C, D, E, A, B);
 202         T_40_59(54, B, C, D, E, A);
 203         T_40_59(55, A, B, C, D, E);
 204         T_40_59(56, E, A, B, C, D);
 205         T_40_59(57, D, E, A, B, C);
 206         T_40_59(58, C, D, E, A, B);
 207         T_40_59(59, B, C, D, E, A);
 208
 209         /* Round 4 */
 210         T_60_79(60, A, B, C, D, E);
 211         T_60_79(61, E, A, B, C, D);
 212         T_60_79(62, D, E, A, B, C);
 213         T_60_79(63, C, D, E, A, B);
 214         T_60_79(64, B, C, D, E, A);
 215         T_60_79(65, A, B, C, D, E);
 216         T_60_79(66, E, A, B, C, D);
 217         T_60_79(67, D, E, A, B, C);
 218         T_60_79(68, C, D, E, A, B);
 219         T_60_79(69, B, C, D, E, A);
 220         T_60_79(70, A, B, C, D, E);
 221         T_60_79(71, E, A, B, C, D);
 222         T_60_79(72, D, E, A, B, C);
 223         T_60_79(73, C, D, E, A, B);
 224         T_60_79(74, B, C, D, E, A);
 225         T_60_79(75, A, B, C, D, E);
 226         T_60_79(76, E, A, B, C, D);
 227         T_60_79(77, D, E, A, B, C);
 228         T_60_79(78, C, D, E, A, B);
 229         T_60_79(79, B, C, D, E, A);
 230
 231         ctx->H[0] += A;
 232         ctx->H[1] += B;
 233         ctx->H[2] += C;
 234         ctx->H[3] += D;
 235         ctx->H[4] += E;
 236 }
 237
 238 static void blk_SHA1_Init(blk_SHA_CTX *ctx)
 239 {
 240         ctx->size = 0;
 241
 242         /* Initialize H with the magic constants (see FIPS180 for constants) */
 243         ctx->H[0] = 0x67452301;
 244         ctx->H[1] = 0xefcdab89;
 245         ctx->H[2] = 0x98badcfe;
 246         ctx->H[3] = 0x10325476;
 247         ctx->H[4] = 0xc3d2e1f0;
 248 }
 249
 250 static void blk_SHA1_Update(blk_SHA_CTX *ctx, const void *data, unsigned long len)
 251 {
 252         int lenW = ctx->size & 63;
 253
 254         ctx->size += len;
 255
 256         /* Read the data into W and process blocks as they get full */
 257         if (lenW) {
 258                 int left = 64 - lenW;
 259                 if (len < left)
 260                         left = len;
 261                 memcpy(lenW + (char *)ctx->W, data, left);
 262                 lenW = (lenW + left) & 63;
 263                 len -= left;
 264                 data = ((const char *)data + left);
 265                 if (lenW)
 266                         return;
 267                 blk_SHA1_Block(ctx, ctx->W);
 268         }
 269         while (len >= 64) {
 270                 blk_SHA1_Block(ctx, data);
 271                 data = ((const char *)data + 64);
 272                 len -= 64;
 273         }
 274         if (len)
 275                 memcpy(ctx->W, data, len);
 276 }
 277
 278 static void blk_SHA1_Final(unsigned char hashout[20], blk_SHA_CTX *ctx)
 279 {
 280         static const unsigned char pad[64] = { 0x80 };
 281         unsigned int padlen[2];
 282         int i;
 283
 284         /* Pad with a binary 1 (ie 0x80), then zeroes, then length */
 285         padlen[0] = htonl(ctx->size >> 29);
 286         padlen[1] = htonl(ctx->size << 3);
 287
 288         i = ctx->size & 63;
 289         blk_SHA1_Update(ctx, pad, 1+ (63 & (55 - i)));
 290         blk_SHA1_Update(ctx, padlen, 8);
 291
 292         /* Output hash */
 293         for (i = 0; i < 5; i++)
 294                 put_be32(hashout + i*4, ctx->H[i]);
 295 }
 296
 297 /**
 298  * Compute the sha1 hash.
 299  *
 300  * \param data Pointer to the data to compute the hash value from.
 301  * \param len The length of \a data in bytes.
 302  * \param sha1 Result pointer.
 303  *
 304  * \a sha1 must point to an area at least 20 bytes large.
 305  *
 306  * \sa sha(3), openssl(1).
 307  * */
 308 void sha1_hash(const char *data, unsigned long len, unsigned char *sha1)
 309 {
 310         blk_SHA_CTX c;
 311         blk_SHA1_Init(&c);
 312         blk_SHA1_Update(&c, data, len);
 313         blk_SHA1_Final(sha1, &c);
 314 }