shachain: allow overriding of number of bits, add cmdline tool.
[ccan] / ccan / crypto / sha256 / sha256.c
1 /* MIT (BSD) license - see LICENSE file for details */
2 /* SHA256 core code translated from the Bitcoin project's C++:
3  *
4  * src/crypto/sha256.cpp commit 417532c8acb93c36c2b6fd052b7c11b6a2906aa2
5  * Copyright (c) 2014 The Bitcoin Core developers
6  * Distributed under the MIT software license, see the accompanying
7  * file COPYING or http://www.opensource.org/licenses/mit-license.php.
8  */
9 #include <ccan/crypto/sha256/sha256.h>
10 #include <ccan/endian/endian.h>
11 #include <ccan/compiler/compiler.h>
12 #include <stdbool.h>
13 #include <assert.h>
14 #include <string.h>
15
16 static void invalidate_sha256(struct sha256_ctx *ctx)
17 {
18 #ifdef CCAN_CRYPTO_SHA256_USE_OPENSSL
19         ctx->c.md_len = 0;
20 #else
21         ctx->bytes = (size_t)-1;
22 #endif
23 }
24
25 static void check_sha256(struct sha256_ctx *ctx UNUSED)
26 {
27 #ifdef CCAN_CRYPTO_SHA256_USE_OPENSSL
28         assert(ctx->c.md_len != 0);
29 #else
30         assert(ctx->bytes != (size_t)-1);
31 #endif
32 }
33
34 #ifdef CCAN_CRYPTO_SHA256_USE_OPENSSL
35 void sha256_init(struct sha256_ctx *ctx)
36 {
37         SHA256_Init(&ctx->c);
38 }
39
40 void sha256_update(struct sha256_ctx *ctx, const void *p, size_t size)
41 {
42         check_sha256(ctx);
43         SHA256_Update(&ctx->c, p, size);
44 }
45
46 void sha256_done(struct sha256_ctx *ctx, struct sha256 *res)
47 {
48         SHA256_Final(res->u.u8, &ctx->c);
49         invalidate_sha256(ctx);
50 }
51 #else
52 static uint32_t Ch(uint32_t x, uint32_t y, uint32_t z)
53 {
54         return z ^ (x & (y ^ z));
55 }
56 static uint32_t Maj(uint32_t x, uint32_t y, uint32_t z)
57 {
58         return (x & y) | (z & (x | y));
59 }
60 static uint32_t Sigma0(uint32_t x)
61 {
62         return (x >> 2 | x << 30) ^ (x >> 13 | x << 19) ^ (x >> 22 | x << 10);
63 }
64 static uint32_t Sigma1(uint32_t x)
65 {
66         return (x >> 6 | x << 26) ^ (x >> 11 | x << 21) ^ (x >> 25 | x << 7);
67 }
68 static uint32_t sigma0(uint32_t x)
69 {
70         return (x >> 7 | x << 25) ^ (x >> 18 | x << 14) ^ (x >> 3);
71 }
72 static uint32_t sigma1(uint32_t x)
73 {
74         return (x >> 17 | x << 15) ^ (x >> 19 | x << 13) ^ (x >> 10);
75 }
76
77 /** One round of SHA-256. */
78 static void Round(uint32_t a, uint32_t b, uint32_t c, uint32_t *d, uint32_t e, uint32_t f, uint32_t g, uint32_t *h, uint32_t k, uint32_t w)
79 {
80         uint32_t t1 = *h + Sigma1(e) + Ch(e, f, g) + k + w;
81         uint32_t t2 = Sigma0(a) + Maj(a, b, c);
82         *d += t1;
83         *h = t1 + t2;
84 }
85
86 /** Perform one SHA-256 transformation, processing a 64-byte chunk. */
87 static void Transform(uint32_t *s, const uint32_t *chunk)
88 {
89         uint32_t a = s[0], b = s[1], c = s[2], d = s[3], e = s[4], f = s[5], g = s[6], h = s[7];
90         uint32_t w0, w1, w2, w3, w4, w5, w6, w7, w8, w9, w10, w11, w12, w13, w14, w15;
91
92         Round(a, b, c, &d, e, f, g, &h, 0x428a2f98, w0 = be32_to_cpu(chunk[0]));
93         Round(h, a, b, &c, d, e, f, &g, 0x71374491, w1 = be32_to_cpu(chunk[1]));
94         Round(g, h, a, &b, c, d, e, &f, 0xb5c0fbcf, w2 = be32_to_cpu(chunk[2]));
95         Round(f, g, h, &a, b, c, d, &e, 0xe9b5dba5, w3 = be32_to_cpu(chunk[3]));
96         Round(e, f, g, &h, a, b, c, &d, 0x3956c25b, w4 = be32_to_cpu(chunk[4]));
97         Round(d, e, f, &g, h, a, b, &c, 0x59f111f1, w5 = be32_to_cpu(chunk[5]));
98         Round(c, d, e, &f, g, h, a, &b, 0x923f82a4, w6 = be32_to_cpu(chunk[6]));
99         Round(b, c, d, &e, f, g, h, &a, 0xab1c5ed5, w7 = be32_to_cpu(chunk[7]));
100         Round(a, b, c, &d, e, f, g, &h, 0xd807aa98, w8 = be32_to_cpu(chunk[8]));
101         Round(h, a, b, &c, d, e, f, &g, 0x12835b01, w9 = be32_to_cpu(chunk[9]));
102         Round(g, h, a, &b, c, d, e, &f, 0x243185be, w10 = be32_to_cpu(chunk[10]));
103         Round(f, g, h, &a, b, c, d, &e, 0x550c7dc3, w11 = be32_to_cpu(chunk[11]));
104         Round(e, f, g, &h, a, b, c, &d, 0x72be5d74, w12 = be32_to_cpu(chunk[12]));
105         Round(d, e, f, &g, h, a, b, &c, 0x80deb1fe, w13 = be32_to_cpu(chunk[13]));
106         Round(c, d, e, &f, g, h, a, &b, 0x9bdc06a7, w14 = be32_to_cpu(chunk[14]));
107         Round(b, c, d, &e, f, g, h, &a, 0xc19bf174, w15 = be32_to_cpu(chunk[15]));
108
109         Round(a, b, c, &d, e, f, g, &h, 0xe49b69c1, w0 += sigma1(w14) + w9 + sigma0(w1));
110         Round(h, a, b, &c, d, e, f, &g, 0xefbe4786, w1 += sigma1(w15) + w10 + sigma0(w2));
111         Round(g, h, a, &b, c, d, e, &f, 0x0fc19dc6, w2 += sigma1(w0) + w11 + sigma0(w3));
112         Round(f, g, h, &a, b, c, d, &e, 0x240ca1cc, w3 += sigma1(w1) + w12 + sigma0(w4));
113         Round(e, f, g, &h, a, b, c, &d, 0x2de92c6f, w4 += sigma1(w2) + w13 + sigma0(w5));
114         Round(d, e, f, &g, h, a, b, &c, 0x4a7484aa, w5 += sigma1(w3) + w14 + sigma0(w6));
115         Round(c, d, e, &f, g, h, a, &b, 0x5cb0a9dc, w6 += sigma1(w4) + w15 + sigma0(w7));
116         Round(b, c, d, &e, f, g, h, &a, 0x76f988da, w7 += sigma1(w5) + w0 + sigma0(w8));
117         Round(a, b, c, &d, e, f, g, &h, 0x983e5152, w8 += sigma1(w6) + w1 + sigma0(w9));
118         Round(h, a, b, &c, d, e, f, &g, 0xa831c66d, w9 += sigma1(w7) + w2 + sigma0(w10));
119         Round(g, h, a, &b, c, d, e, &f, 0xb00327c8, w10 += sigma1(w8) + w3 + sigma0(w11));
120         Round(f, g, h, &a, b, c, d, &e, 0xbf597fc7, w11 += sigma1(w9) + w4 + sigma0(w12));
121         Round(e, f, g, &h, a, b, c, &d, 0xc6e00bf3, w12 += sigma1(w10) + w5 + sigma0(w13));
122         Round(d, e, f, &g, h, a, b, &c, 0xd5a79147, w13 += sigma1(w11) + w6 + sigma0(w14));
123         Round(c, d, e, &f, g, h, a, &b, 0x06ca6351, w14 += sigma1(w12) + w7 + sigma0(w15));
124         Round(b, c, d, &e, f, g, h, &a, 0x14292967, w15 += sigma1(w13) + w8 + sigma0(w0));
125
126         Round(a, b, c, &d, e, f, g, &h, 0x27b70a85, w0 += sigma1(w14) + w9 + sigma0(w1));
127         Round(h, a, b, &c, d, e, f, &g, 0x2e1b2138, w1 += sigma1(w15) + w10 + sigma0(w2));
128         Round(g, h, a, &b, c, d, e, &f, 0x4d2c6dfc, w2 += sigma1(w0) + w11 + sigma0(w3));
129         Round(f, g, h, &a, b, c, d, &e, 0x53380d13, w3 += sigma1(w1) + w12 + sigma0(w4));
130         Round(e, f, g, &h, a, b, c, &d, 0x650a7354, w4 += sigma1(w2) + w13 + sigma0(w5));
131         Round(d, e, f, &g, h, a, b, &c, 0x766a0abb, w5 += sigma1(w3) + w14 + sigma0(w6));
132         Round(c, d, e, &f, g, h, a, &b, 0x81c2c92e, w6 += sigma1(w4) + w15 + sigma0(w7));
133         Round(b, c, d, &e, f, g, h, &a, 0x92722c85, w7 += sigma1(w5) + w0 + sigma0(w8));
134         Round(a, b, c, &d, e, f, g, &h, 0xa2bfe8a1, w8 += sigma1(w6) + w1 + sigma0(w9));
135         Round(h, a, b, &c, d, e, f, &g, 0xa81a664b, w9 += sigma1(w7) + w2 + sigma0(w10));
136         Round(g, h, a, &b, c, d, e, &f, 0xc24b8b70, w10 += sigma1(w8) + w3 + sigma0(w11));
137         Round(f, g, h, &a, b, c, d, &e, 0xc76c51a3, w11 += sigma1(w9) + w4 + sigma0(w12));
138         Round(e, f, g, &h, a, b, c, &d, 0xd192e819, w12 += sigma1(w10) + w5 + sigma0(w13));
139         Round(d, e, f, &g, h, a, b, &c, 0xd6990624, w13 += sigma1(w11) + w6 + sigma0(w14));
140         Round(c, d, e, &f, g, h, a, &b, 0xf40e3585, w14 += sigma1(w12) + w7 + sigma0(w15));
141         Round(b, c, d, &e, f, g, h, &a, 0x106aa070, w15 += sigma1(w13) + w8 + sigma0(w0));
142
143         Round(a, b, c, &d, e, f, g, &h, 0x19a4c116, w0 += sigma1(w14) + w9 + sigma0(w1));
144         Round(h, a, b, &c, d, e, f, &g, 0x1e376c08, w1 += sigma1(w15) + w10 + sigma0(w2));
145         Round(g, h, a, &b, c, d, e, &f, 0x2748774c, w2 += sigma1(w0) + w11 + sigma0(w3));
146         Round(f, g, h, &a, b, c, d, &e, 0x34b0bcb5, w3 += sigma1(w1) + w12 + sigma0(w4));
147         Round(e, f, g, &h, a, b, c, &d, 0x391c0cb3, w4 += sigma1(w2) + w13 + sigma0(w5));
148         Round(d, e, f, &g, h, a, b, &c, 0x4ed8aa4a, w5 += sigma1(w3) + w14 + sigma0(w6));
149         Round(c, d, e, &f, g, h, a, &b, 0x5b9cca4f, w6 += sigma1(w4) + w15 + sigma0(w7));
150         Round(b, c, d, &e, f, g, h, &a, 0x682e6ff3, w7 += sigma1(w5) + w0 + sigma0(w8));
151         Round(a, b, c, &d, e, f, g, &h, 0x748f82ee, w8 += sigma1(w6) + w1 + sigma0(w9));
152         Round(h, a, b, &c, d, e, f, &g, 0x78a5636f, w9 += sigma1(w7) + w2 + sigma0(w10));
153         Round(g, h, a, &b, c, d, e, &f, 0x84c87814, w10 += sigma1(w8) + w3 + sigma0(w11));
154         Round(f, g, h, &a, b, c, d, &e, 0x8cc70208, w11 += sigma1(w9) + w4 + sigma0(w12));
155         Round(e, f, g, &h, a, b, c, &d, 0x90befffa, w12 += sigma1(w10) + w5 + sigma0(w13));
156         Round(d, e, f, &g, h, a, b, &c, 0xa4506ceb, w13 += sigma1(w11) + w6 + sigma0(w14));
157         Round(c, d, e, &f, g, h, a, &b, 0xbef9a3f7, w14 + sigma1(w12) + w7 + sigma0(w15));
158         Round(b, c, d, &e, f, g, h, &a, 0xc67178f2, w15 + sigma1(w13) + w8 + sigma0(w0));
159
160         s[0] += a;
161         s[1] += b;
162         s[2] += c;
163         s[3] += d;
164         s[4] += e;
165         s[5] += f;
166         s[6] += g;
167         s[7] += h;
168 }
169
170 static bool alignment_ok(const void *p UNUSED, size_t n UNUSED)
171 {
172 #if HAVE_UNALIGNED_ACCESS
173         return true;
174 #else
175         return ((size_t)p % n == 0);
176 #endif
177 }
178
179 static void add(struct sha256_ctx *ctx, const void *p, size_t len)
180 {
181         const unsigned char *data = p;
182         size_t bufsize = ctx->bytes % 64;
183
184         if (bufsize + len >= 64) {
185                 /* Fill the buffer, and process it. */
186                 memcpy(ctx->buf.u8 + bufsize, data, 64 - bufsize);
187                 ctx->bytes += 64 - bufsize;
188                 data += 64 - bufsize;
189                 len -= 64 - bufsize;
190                 Transform(ctx->s, ctx->buf.u32);
191                 bufsize = 0;
192         }
193
194         while (len >= 64) {
195                 /* Process full chunks directly from the source. */
196                 if (alignment_ok(data, sizeof(uint32_t)))
197                         Transform(ctx->s, (const uint32_t *)data);
198                 else {
199                         memcpy(ctx->buf.u8, data, sizeof(ctx->buf));
200                         Transform(ctx->s, ctx->buf.u32);
201                 }
202                 ctx->bytes += 64;
203                 data += 64;
204                 len -= 64;
205         }
206             
207         if (len) {
208                 /* Fill the buffer with what remains. */
209                 memcpy(ctx->buf.u8 + bufsize, data, len);
210                 ctx->bytes += len;
211         }
212 }
213
214 void sha256_init(struct sha256_ctx *ctx)
215 {
216         struct sha256_ctx init = SHA256_INIT;
217         *ctx = init;
218 }
219
220 void sha256_update(struct sha256_ctx *ctx, const void *p, size_t size)
221 {
222         check_sha256(ctx);
223         add(ctx, p, size);
224 }
225
226 void sha256_done(struct sha256_ctx *ctx, struct sha256 *res)
227 {
228         static const unsigned char pad[64] = {0x80};
229         uint64_t sizedesc;
230         size_t i;
231
232         sizedesc = cpu_to_be64((uint64_t)ctx->bytes << 3);
233         /* Add '1' bit to terminate, then all 0 bits, up to next block - 8. */
234         add(ctx, pad, 1 + ((128 - 8 - (ctx->bytes % 64) - 1) % 64));
235         /* Add number of bits of data (big endian) */
236         add(ctx, &sizedesc, 8);
237         for (i = 0; i < sizeof(ctx->s) / sizeof(ctx->s[0]); i++)
238                 res->u.u32[i] = cpu_to_be32(ctx->s[i]);
239         invalidate_sha256(ctx);
240 }
241 #endif
242
243 void sha256(struct sha256 *sha, const void *p, size_t size)
244 {
245         struct sha256_ctx ctx;
246
247         sha256_init(&ctx);
248         sha256_update(&ctx, p, size);
249         sha256_done(&ctx, sha);
250 }
251         
252 void sha256_u8(struct sha256_ctx *ctx, uint8_t v)
253 {
254         sha256_update(ctx, &v, sizeof(v));
255 }
256
257 void sha256_u16(struct sha256_ctx *ctx, uint16_t v)
258 {
259         sha256_update(ctx, &v, sizeof(v));
260 }
261
262 void sha256_u32(struct sha256_ctx *ctx, uint32_t v)
263 {
264         sha256_update(ctx, &v, sizeof(v));
265 }
266
267 void sha256_u64(struct sha256_ctx *ctx, uint64_t v)
268 {
269         sha256_update(ctx, &v, sizeof(v));
270 }
271
272 /* Add as little-endian */
273 void sha256_le16(struct sha256_ctx *ctx, uint16_t v)
274 {
275         leint16_t lev = cpu_to_le16(v);
276         sha256_update(ctx, &lev, sizeof(lev));
277 }
278         
279 void sha256_le32(struct sha256_ctx *ctx, uint32_t v)
280 {
281         leint32_t lev = cpu_to_le32(v);
282         sha256_update(ctx, &lev, sizeof(lev));
283 }
284         
285 void sha256_le64(struct sha256_ctx *ctx, uint64_t v)
286 {
287         leint64_t lev = cpu_to_le64(v);
288         sha256_update(ctx, &lev, sizeof(lev));
289 }
290
291 /* Add as big-endian */
292 void sha256_be16(struct sha256_ctx *ctx, uint16_t v)
293 {
294         beint16_t bev = cpu_to_be16(v);
295         sha256_update(ctx, &bev, sizeof(bev));
296 }
297         
298 void sha256_be32(struct sha256_ctx *ctx, uint32_t v)
299 {
300         beint32_t bev = cpu_to_be32(v);
301         sha256_update(ctx, &bev, sizeof(bev));
302 }
303         
304 void sha256_be64(struct sha256_ctx *ctx, uint64_t v)
305 {
306         beint64_t bev = cpu_to_be64(v);
307         sha256_update(ctx, &bev, sizeof(bev));
308 }