using System; using Org.BouncyCastle.Crypto.Parameters; namespace Org.BouncyCastle.Crypto.Engines { /** * an implementation of the AES (Rijndael)), from FIPS-197. *

* For further details see: http://csrc.nist.gov/encryption/aes/. * * This implementation is based on optimizations from Dr. Brian Gladman's paper and C code at * http://fp.gladman.plus.com/cryptography_technology/rijndael/ * * There are three levels of tradeoff of speed vs memory * Because java has no preprocessor), they are written as three separate classes from which to choose * * The fastest uses 8Kbytes of static tables to precompute round calculations), 4 256 word tables for encryption * and 4 for decryption. * * The middle performance version uses only one 256 word table for each), for a total of 2Kbytes), * adding 12 rotate operations per round to compute the values contained in the other tables from * the contents of the first * * The slowest version uses no static tables at all and computes the values in each round *

*

* This file contains the fast version with 8Kbytes of static tables for round precomputation *

*/ public class AesFastEngine : IBlockCipher { // The S box private static readonly byte[] S = { (byte)99, (byte)124, (byte)119, (byte)123, (byte)242, (byte)107, (byte)111, (byte)197, (byte)48, (byte)1, (byte)103, (byte)43, (byte)254, (byte)215, (byte)171, (byte)118, (byte)202, (byte)130, (byte)201, (byte)125, (byte)250, (byte)89, (byte)71, (byte)240, (byte)173, (byte)212, (byte)162, (byte)175, (byte)156, (byte)164, (byte)114, (byte)192, (byte)183, (byte)253, (byte)147, (byte)38, (byte)54, (byte)63, (byte)247, (byte)204, (byte)52, (byte)165, (byte)229, (byte)241, (byte)113, (byte)216, (byte)49, (byte)21, (byte)4, (byte)199, (byte)35, (byte)195, (byte)24, (byte)150, (byte)5, (byte)154, (byte)7, (byte)18, (byte)128, (byte)226, (byte)235, (byte)39, (byte)178, (byte)117, (byte)9, (byte)131, (byte)44, (byte)26, (byte)27, (byte)110, (byte)90, (byte)160, (byte)82, (byte)59, (byte)214, (byte)179, (byte)41, (byte)227, (byte)47, (byte)132, (byte)83, (byte)209, (byte)0, (byte)237, (byte)32, (byte)252, (byte)177, (byte)91, (byte)106, (byte)203, (byte)190, (byte)57, (byte)74, (byte)76, (byte)88, (byte)207, (byte)208, (byte)239, (byte)170, (byte)251, (byte)67, (byte)77, (byte)51, (byte)133, (byte)69, (byte)249, (byte)2, (byte)127, (byte)80, (byte)60, (byte)159, (byte)168, (byte)81, (byte)163, (byte)64, (byte)143, (byte)146, (byte)157, (byte)56, (byte)245, (byte)188, (byte)182, (byte)218, (byte)33, (byte)16, (byte)255, (byte)243, (byte)210, (byte)205, (byte)12, (byte)19, (byte)236, (byte)95, (byte)151, (byte)68, (byte)23, (byte)196, (byte)167, (byte)126, (byte)61, (byte)100, (byte)93, (byte)25, (byte)115, (byte)96, (byte)129, (byte)79, (byte)220, (byte)34, (byte)42, (byte)144, (byte)136, (byte)70, (byte)238, (byte)184, (byte)20, (byte)222, (byte)94, (byte)11, (byte)219, (byte)224, (byte)50, (byte)58, (byte)10, (byte)73, (byte)6, (byte)36, (byte)92, (byte)194, (byte)211, (byte)172, (byte)98, (byte)145, (byte)149, (byte)228, (byte)121, (byte)231, (byte)200, (byte)55, (byte)109, (byte)141, (byte)213, (byte)78, (byte)169, (byte)108, (byte)86, (byte)244, (byte)234, (byte)101, (byte)122, (byte)174, (byte)8, (byte)186, (byte)120, (byte)37, (byte)46, (byte)28, (byte)166, (byte)180, (byte)198, (byte)232, (byte)221, (byte)116, (byte)31, (byte)75, (byte)189, (byte)139, (byte)138, (byte)112, (byte)62, (byte)181, (byte)102, (byte)72, (byte)3, (byte)246, (byte)14, (byte)97, (byte)53, (byte)87, (byte)185, (byte)134, (byte)193, (byte)29, (byte)158, (byte)225, (byte)248, (byte)152, (byte)17, (byte)105, (byte)217, (byte)142, (byte)148, (byte)155, (byte)30, (byte)135, (byte)233, (byte)206, (byte)85, (byte)40, (byte)223, (byte)140, (byte)161, (byte)137, (byte)13, (byte)191, (byte)230, (byte)66, (byte)104, (byte)65, (byte)153, (byte)45, (byte)15, (byte)176, (byte)84, (byte)187, (byte)22, }; // The inverse S-box private static readonly byte[] Si = { (byte)82, (byte)9, (byte)106, (byte)213, (byte)48, (byte)54, (byte)165, (byte)56, (byte)191, (byte)64, (byte)163, (byte)158, (byte)129, (byte)243, (byte)215, (byte)251, (byte)124, (byte)227, (byte)57, (byte)130, (byte)155, (byte)47, (byte)255, (byte)135, (byte)52, (byte)142, (byte)67, (byte)68, (byte)196, (byte)222, (byte)233, (byte)203, (byte)84, (byte)123, (byte)148, (byte)50, (byte)166, (byte)194, (byte)35, (byte)61, (byte)238, (byte)76, (byte)149, (byte)11, (byte)66, (byte)250, (byte)195, (byte)78, (byte)8, (byte)46, (byte)161, (byte)102, (byte)40, (byte)217, (byte)36, (byte)178, (byte)118, (byte)91, (byte)162, (byte)73, (byte)109, (byte)139, (byte)209, (byte)37, (byte)114, (byte)248, (byte)246, (byte)100, (byte)134, (byte)104, (byte)152, (byte)22, (byte)212, (byte)164, (byte)92, (byte)204, (byte)93, (byte)101, (byte)182, (byte)146, (byte)108, (byte)112, (byte)72, (byte)80, (byte)253, (byte)237, (byte)185, (byte)218, (byte)94, (byte)21, (byte)70, (byte)87, (byte)167, (byte)141, (byte)157, (byte)132, (byte)144, (byte)216, (byte)171, (byte)0, (byte)140, (byte)188, (byte)211, (byte)10, (byte)247, (byte)228, (byte)88, (byte)5, (byte)184, (byte)179, (byte)69, (byte)6, (byte)208, (byte)44, (byte)30, (byte)143, (byte)202, (byte)63, (byte)15, (byte)2, (byte)193, (byte)175, (byte)189, (byte)3, (byte)1, (byte)19, (byte)138, (byte)107, (byte)58, (byte)145, (byte)17, (byte)65, (byte)79, (byte)103, (byte)220, (byte)234, (byte)151, (byte)242, (byte)207, (byte)206, (byte)240, (byte)180, (byte)230, (byte)115, (byte)150, (byte)172, (byte)116, (byte)34, (byte)231, (byte)173, (byte)53, (byte)133, (byte)226, (byte)249, (byte)55, (byte)232, (byte)28, (byte)117, (byte)223, (byte)110, (byte)71, (byte)241, (byte)26, (byte)113, (byte)29, (byte)41, (byte)197, (byte)137, (byte)111, (byte)183, (byte)98, (byte)14, (byte)170, (byte)24, (byte)190, (byte)27, (byte)252, (byte)86, (byte)62, (byte)75, (byte)198, (byte)210, (byte)121, (byte)32, (byte)154, (byte)219, (byte)192, (byte)254, (byte)120, (byte)205, (byte)90, (byte)244, (byte)31, (byte)221, (byte)168, (byte)51, (byte)136, (byte)7, (byte)199, (byte)49, (byte)177, (byte)18, (byte)16, (byte)89, (byte)39, (byte)128, (byte)236, (byte)95, (byte)96, (byte)81, (byte)127, (byte)169, (byte)25, (byte)181, (byte)74, (byte)13, (byte)45, (byte)229, (byte)122, (byte)159, (byte)147, (byte)201, (byte)156, (byte)239, (byte)160, (byte)224, (byte)59, (byte)77, (byte)174, (byte)42, (byte)245, (byte)176, (byte)200, (byte)235, (byte)187, (byte)60, (byte)131, (byte)83, (byte)153, (byte)97, (byte)23, (byte)43, (byte)4, (byte)126, (byte)186, (byte)119, (byte)214, (byte)38, (byte)225, (byte)105, (byte)20, (byte)99, (byte)85, (byte)33, (byte)12, (byte)125, }; // vector used in calculating key schedule (powers of x in GF(256)) private static readonly int[] rcon = { 0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80, 0x1b, 0x36, 0x6c, 0xd8, 0xab, 0x4d, 0x9a, 0x2f, 0x5e, 0xbc, 0x63, 0xc6, 0x97, 0x35, 0x6a, 0xd4, 0xb3, 0x7d, 0xfa, 0xef, 0xc5, 0x91 }; // precomputation tables of calculations for rounds private static readonly int[] T0 = { unchecked((int) 0xa56363c6), unchecked((int) 0x847c7cf8), unchecked((int) 0x997777ee), unchecked((int) 0x8d7b7bf6), unchecked((int) 0x0df2f2ff), unchecked((int) 0xbd6b6bd6), unchecked((int) 0xb16f6fde), unchecked((int) 0x54c5c591), unchecked((int) 0x50303060), unchecked((int) 0x03010102), unchecked((int) 0xa96767ce), unchecked((int) 0x7d2b2b56), unchecked((int) 0x19fefee7), unchecked((int) 0x62d7d7b5), unchecked((int) 0xe6abab4d), unchecked((int) 0x9a7676ec), unchecked((int) 0x45caca8f), unchecked((int) 0x9d82821f), unchecked((int) 0x40c9c989), unchecked((int) 0x877d7dfa), unchecked((int) 0x15fafaef), unchecked((int) 0xeb5959b2), unchecked((int) 0xc947478e), unchecked((int) 0x0bf0f0fb), unchecked((int) 0xecadad41), unchecked((int) 0x67d4d4b3), unchecked((int) 0xfda2a25f), unchecked((int) 0xeaafaf45), unchecked((int) 0xbf9c9c23), unchecked((int) 0xf7a4a453), unchecked((int) 0x967272e4), unchecked((int) 0x5bc0c09b), unchecked((int) 0xc2b7b775), unchecked((int) 0x1cfdfde1), unchecked((int) 0xae93933d), 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unchecked((int) 0x382c3424), unchecked((int) 0xc25f40a3), unchecked((int) 0x1672c31d), unchecked((int) 0xbc0c25e2), unchecked((int) 0x288b493c), unchecked((int) 0xff41950d), unchecked((int) 0x397101a8), unchecked((int) 0x08deb30c), unchecked((int) 0xd89ce4b4), unchecked((int) 0x6490c156), unchecked((int) 0x7b6184cb), unchecked((int) 0xd570b632), unchecked((int) 0x48745c6c), unchecked((int) 0xd04257b8)}; private int Shift( int r, int shift) { return ((int) ( ( (uint) r >> shift) | (uint) (r << (32 - shift)) )); } /* multiply four bytes in GF(2^8) by 'x' {02} in parallel */ private const int m1 = unchecked((int) 0x80808080); private const int m2 = unchecked((int) 0x7f7f7f7f); private const int m3 = unchecked((int) 0x0000001b); private int FFmulX(int x) { return ( (int) ( ((x & m2) << 1) ^ (( (uint)(x & m1) >> 7) * m3) ) ); } /* The following defines provide alternative definitions of FFmulX that might give improved performance if a fast 32-bit multiply is not available. private int FFmulX(int x) { int u = x & m1; u |= (u >> 1); return ((x & m2) << 1) ^ ((u >>> 3) | (u >>> 6)); } private static final int m4 = 0x1b1b1b1b; private int FFmulX(int x) { int u = x & m1; return ((x & m2) << 1) ^ ((u - (u >>> 7)) & m4); } */ private int Inv_Mcol(int x) { int f2 = FFmulX(x); int f4 = FFmulX(f2); int f8 = FFmulX(f4); int f9 = x ^ f8; return f2 ^ f4 ^ f8 ^ Shift(f2 ^ f9, 8) ^ Shift(f4 ^ f9, 16) ^ Shift(f9, 24); } private int SubWord(int x) { return (S[x&255]&255 | ((S[(x>>8)&255]&255)<<8) | ((S[(x>>16)&255]&255)<<16) | S[(x>>24)&255]<<24); } /** * Calculate the necessary round keys * The number of calculations depends on key size and block size * AES specified a fixed block size of 128 bits and key sizes 128/192/256 bits * This code is written assuming those are the only possible values */ private int[,] GenerateWorkingKey( byte[] key, bool forEncryption) { int KC = key.Length / 4; // key length in words int t; if ((KC != 4) && (KC != 6) && (KC != 8)) { throw new ArgumentException("Key length not 128/192/256 bits."); } ROUNDS = KC + 6; // This is not always true for the generalized Rijndael that allows larger block sizes int[,] W = new int[ROUNDS+1,4]; // 4 words in a block // // copy the key into the round key array // t = 0; for (int i = 0; i < key.Length; t++) { W[t >> 2,t & 3] = (key[i]&0xff) | ((key[i+1]&0xff) << 8) | ((key[i+2]&0xff) << 16) | (key[i+3] << 24); i+=4; } // // while not enough round key material calculated // calculate new values // int k = (ROUNDS + 1) << 2; for (int i = KC; (i < k); i++) { int temp = W[(i-1)>>2,(i-1)&3]; if ((i % KC) == 0) { temp = SubWord(Shift(temp, 8)) ^ rcon[(i / KC)-1]; } else if ((KC > 6) && ((i % KC) == 4)) { temp = SubWord(temp); } W[i>>2,i&3] = W[(i - KC)>>2,(i-KC)&3] ^ temp; } if (!forEncryption) { for (int j = 1; j < ROUNDS; j++) { for (int i = 0; i < 4; i++){ W[j,i] = Inv_Mcol(W[j,i]); } } } return W; } private int ROUNDS; private int[,] WorkingKey; private int C0, C1, C2, C3; private bool forEncryption; private const int BLOCK_SIZE = 16; /** * default constructor - 128 bit block size. */ public AesFastEngine() { } /** * initialise an AES cipher. * * @param forEncryption whether or not we are for encryption. * @param parameters the parameters required to set up the cipher. * @exception ArgumentException if the parameters argument is * inappropriate. */ public void Init( bool forEncryption, ICipherParameters parameters) { if (!(parameters is KeyParameter)) throw new ArgumentException("invalid parameter passed to AES init - " + parameters.GetType().ToString()); WorkingKey = GenerateWorkingKey(((KeyParameter)parameters).GetKey(), forEncryption); this.forEncryption = forEncryption; } public string AlgorithmName { get { return "AES"; } } public bool IsPartialBlockOkay { get { return false; } } public int GetBlockSize() { return BLOCK_SIZE; } public int ProcessBlock( byte[] input, int inOff, byte[] output, int outOff) { if (WorkingKey == null) { throw new InvalidOperationException("AES engine not initialised"); } if ((inOff + (32 / 2)) > input.Length) { throw new DataLengthException("input buffer too short"); } if ((outOff + (32 / 2)) > output.Length) { throw new DataLengthException("output buffer too short"); } if (forEncryption) { UnPackBlock(input, inOff); EncryptBlock(WorkingKey); PackBlock(output, outOff); } else { UnPackBlock(input, inOff); DecryptBlock(WorkingKey); PackBlock(output, outOff); } return BLOCK_SIZE; } public void Reset() { } private void UnPackBlock( byte[] bytes, int off) { int index = off; C0 = (bytes[index++] & 0xff); C0 |= (bytes[index++] & 0xff) << 8; C0 |= (bytes[index++] & 0xff) << 16; C0 |= bytes[index++] << 24; C1 = (bytes[index++] & 0xff); C1 |= (bytes[index++] & 0xff) << 8; C1 |= (bytes[index++] & 0xff) << 16; C1 |= bytes[index++] << 24; C2 = (bytes[index++] & 0xff); C2 |= (bytes[index++] & 0xff) << 8; C2 |= (bytes[index++] & 0xff) << 16; C2 |= bytes[index++] << 24; C3 = (bytes[index++] & 0xff); C3 |= (bytes[index++] & 0xff) << 8; C3 |= (bytes[index++] & 0xff) << 16; C3 |= bytes[index++] << 24; } private void PackBlock( byte[] bytes, int off) { int index = off; bytes[index++] = (byte)C0; bytes[index++] = (byte)(C0 >> 8); bytes[index++] = (byte)(C0 >> 16); bytes[index++] = (byte)(C0 >> 24); bytes[index++] = (byte)C1; bytes[index++] = (byte)(C1 >> 8); bytes[index++] = (byte)(C1 >> 16); bytes[index++] = (byte)(C1 >> 24); bytes[index++] = (byte)C2; bytes[index++] = (byte)(C2 >> 8); bytes[index++] = (byte)(C2 >> 16); bytes[index++] = (byte)(C2 >> 24); bytes[index++] = (byte)C3; bytes[index++] = (byte)(C3 >> 8); bytes[index++] = (byte)(C3 >> 16); bytes[index++] = (byte)(C3 >> 24); } private void EncryptBlock(int[,] KW) { int r, r0, r1, r2, r3; C0 ^= KW[0,0]; C1 ^= KW[0,1]; C2 ^= KW[0,2]; C3 ^= KW[0,3]; for (r = 1; r < ROUNDS - 1;) { r0 = T0[C0&255] ^ T1[(C1>>8)&255] ^ T2[(C2>>16)&255] ^ T3[(C3>>24)&255] ^ KW[r,0]; r1 = T0[C1&255] ^ T1[(C2>>8)&255] ^ T2[(C3>>16)&255] ^ T3[(C0>>24)&255] ^ KW[r,1]; r2 = T0[C2&255] ^ T1[(C3>>8)&255] ^ T2[(C0>>16)&255] ^ T3[(C1>>24)&255] ^ KW[r,2]; r3 = T0[C3&255] ^ T1[(C0>>8)&255] ^ T2[(C1>>16)&255] ^ T3[(C2>>24)&255] ^ KW[r++,3]; C0 = T0[r0&255] ^ T1[(r1>>8)&255] ^ T2[(r2>>16)&255] ^ T3[(r3>>24)&255] ^ KW[r,0]; C1 = T0[r1&255] ^ T1[(r2>>8)&255] ^ T2[(r3>>16)&255] ^ T3[(r0>>24)&255] ^ KW[r,1]; C2 = T0[r2&255] ^ T1[(r3>>8)&255] ^ T2[(r0>>16)&255] ^ T3[(r1>>24)&255] ^ KW[r,2]; C3 = T0[r3&255] ^ T1[(r0>>8)&255] ^ T2[(r1>>16)&255] ^ T3[(r2>>24)&255] ^ KW[r++,3]; } r0 = T0[C0&255] ^ T1[(C1>>8)&255] ^ T2[(C2>>16)&255] ^ T3[(C3>>24)&255] ^ KW[r,0]; r1 = T0[C1&255] ^ T1[(C2>>8)&255] ^ T2[(C3>>16)&255] ^ T3[(C0>>24)&255] ^ KW[r,1]; r2 = T0[C2&255] ^ T1[(C3>>8)&255] ^ T2[(C0>>16)&255] ^ T3[(C1>>24)&255] ^ KW[r,2]; r3 = T0[C3&255] ^ T1[(C0>>8)&255] ^ T2[(C1>>16)&255] ^ T3[(C2>>24)&255] ^ KW[r++,3]; // the final round's table is a simple function of S so we don't use a whole other four tables for it C0 = (S[r0&255]&255) ^ ((S[(r1>>8)&255]&255)<<8) ^ ((S[(r2>>16)&255]&255)<<16) ^ (S[(r3>>24)&255]<<24) ^ KW[r,0]; C1 = (S[r1&255]&255) ^ ((S[(r2>>8)&255]&255)<<8) ^ ((S[(r3>>16)&255]&255)<<16) ^ (S[(r0>>24)&255]<<24) ^ KW[r,1]; C2 = (S[r2&255]&255) ^ ((S[(r3>>8)&255]&255)<<8) ^ ((S[(r0>>16)&255]&255)<<16) ^ (S[(r1>>24)&255]<<24) ^ KW[r,2]; C3 = (S[r3&255]&255) ^ ((S[(r0>>8)&255]&255)<<8) ^ ((S[(r1>>16)&255]&255)<<16) ^ (S[(r2>>24)&255]<<24) ^ KW[r,3]; } private void DecryptBlock(int[,] KW) { int r, r0, r1, r2, r3; C0 ^= KW[ROUNDS,0]; C1 ^= KW[ROUNDS,1]; C2 ^= KW[ROUNDS,2]; C3 ^= KW[ROUNDS,3]; for (r = ROUNDS-1; r>1;) { r0 = Tinv0[C0&255] ^ Tinv1[(C3>>8)&255] ^ Tinv2[(C2>>16)&255] ^ Tinv3[(C1>>24)&255] ^ KW[r,0]; r1 = Tinv0[C1&255] ^ Tinv1[(C0>>8)&255] ^ Tinv2[(C3>>16)&255] ^ Tinv3[(C2>>24)&255] ^ KW[r,1]; r2 = Tinv0[C2&255] ^ Tinv1[(C1>>8)&255] ^ Tinv2[(C0>>16)&255] ^ Tinv3[(C3>>24)&255] ^ KW[r,2]; r3 = Tinv0[C3&255] ^ Tinv1[(C2>>8)&255] ^ Tinv2[(C1>>16)&255] ^ Tinv3[(C0>>24)&255] ^ KW[r--,3]; C0 = Tinv0[r0&255] ^ Tinv1[(r3>>8)&255] ^ Tinv2[(r2>>16)&255] ^ Tinv3[(r1>>24)&255] ^ KW[r,0]; C1 = Tinv0[r1&255] ^ Tinv1[(r0>>8)&255] ^ Tinv2[(r3>>16)&255] ^ Tinv3[(r2>>24)&255] ^ KW[r,1]; C2 = Tinv0[r2&255] ^ Tinv1[(r1>>8)&255] ^ Tinv2[(r0>>16)&255] ^ Tinv3[(r3>>24)&255] ^ KW[r,2]; C3 = Tinv0[r3&255] ^ Tinv1[(r2>>8)&255] ^ Tinv2[(r1>>16)&255] ^ Tinv3[(r0>>24)&255] ^ KW[r--,3]; } r0 = Tinv0[C0&255] ^ Tinv1[(C3>>8)&255] ^ Tinv2[(C2>>16)&255] ^ Tinv3[(C1>>24)&255] ^ KW[r,0]; r1 = Tinv0[C1&255] ^ Tinv1[(C0>>8)&255] ^ Tinv2[(C3>>16)&255] ^ Tinv3[(C2>>24)&255] ^ KW[r,1]; r2 = Tinv0[C2&255] ^ Tinv1[(C1>>8)&255] ^ Tinv2[(C0>>16)&255] ^ Tinv3[(C3>>24)&255] ^ KW[r,2]; r3 = Tinv0[C3&255] ^ Tinv1[(C2>>8)&255] ^ Tinv2[(C1>>16)&255] ^ Tinv3[(C0>>24)&255] ^ KW[r,3]; // the final round's table is a simple function of Si so we don't use a whole other four tables for it C0 = (Si[r0&255]&255) ^ ((Si[(r3>>8)&255]&255)<<8) ^ ((Si[(r2>>16)&255]&255)<<16) ^ (Si[(r1>>24)&255]<<24) ^ KW[0,0]; C1 = (Si[r1&255]&255) ^ ((Si[(r0>>8)&255]&255)<<8) ^ ((Si[(r3>>16)&255]&255)<<16) ^ (Si[(r2>>24)&255]<<24) ^ KW[0,1]; C2 = (Si[r2&255]&255) ^ ((Si[(r1>>8)&255]&255)<<8) ^ ((Si[(r0>>16)&255]&255)<<16) ^ (Si[(r3>>24)&255]<<24) ^ KW[0,2]; C3 = (Si[r3&255]&255) ^ ((Si[(r2>>8)&255]&255)<<8) ^ ((Si[(r1>>16)&255]&255)<<16) ^ (Si[(r0>>24)&255]<<24) ^ KW[0,3]; } } }