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;;;; aes.lisp -- implementation of the Rijndael block cipher
;;;
;;; Currently limited to 128-bit block sizes, although the full range of
;;; key sizes is supported.
(in-package :crypto)
;;; FIXME: is it work it to combine these into one large array and
;;; subscript into that rather than having separate arrays? CMUCL
;;; and SBCL don't seem to want to keep the constant in a register,
;;; preferring to reload it at every reference, so a single large
;;; array scheme might not be the best for them (yet)
(declaim (type (simple-array (unsigned-byte 32) (256))
Te0 Te1 Te2 Te3 Te4 Td0 Td1 Td2 Td3 Td4))
(defconst Te0
#32@(#xc66363a5 #xf87c7c84 #xee777799 #xf67b7b8d
#xfff2f20d #xd66b6bbd #xde6f6fb1 #x91c5c554
#x60303050 #x02010103 #xce6767a9 #x562b2b7d
#xe7fefe19 #xb5d7d762 #x4dababe6 #xec76769a
#x8fcaca45 #x1f82829d #x89c9c940 #xfa7d7d87
#xeffafa15 #xb25959eb #x8e4747c9 #xfbf0f00b
#x41adadec #xb3d4d467 #x5fa2a2fd #x45afafea
#x239c9cbf #x53a4a4f7 #xe4727296 #x9bc0c05b
#x75b7b7c2 #xe1fdfd1c #x3d9393ae #x4c26266a
#x6c36365a #x7e3f3f41 #xf5f7f702 #x83cccc4f
#x6834345c #x51a5a5f4 #xd1e5e534 #xf9f1f108
#xe2717193 #xabd8d873 #x62313153 #x2a15153f
#x0804040c #x95c7c752 #x46232365 #x9dc3c35e
#x30181828 #x379696a1 #x0a05050f #x2f9a9ab5
#x0e070709 #x24121236 #x1b80809b #xdfe2e23d
#xcdebeb26 #x4e272769 #x7fb2b2cd #xea75759f
#x1209091b #x1d83839e #x582c2c74 #x341a1a2e
#x361b1b2d #xdc6e6eb2 #xb45a5aee #x5ba0a0fb
#xa45252f6 #x763b3b4d #xb7d6d661 #x7db3b3ce
#x5229297b #xdde3e33e #x5e2f2f71 #x13848497
#xa65353f5 #xb9d1d168 #x00000000 #xc1eded2c
#x40202060 #xe3fcfc1f #x79b1b1c8 #xb65b5bed
#xd46a6abe #x8dcbcb46 #x67bebed9 #x7239394b
#x944a4ade #x984c4cd4 #xb05858e8 #x85cfcf4a
#xbbd0d06b #xc5efef2a #x4faaaae5 #xedfbfb16
#x864343c5 #x9a4d4dd7 #x66333355 #x11858594
#x8a4545cf #xe9f9f910 #x04020206 #xfe7f7f81
#xa05050f0 #x783c3c44 #x259f9fba #x4ba8a8e3
#xa25151f3 #x5da3a3fe #x804040c0 #x058f8f8a
#x3f9292ad #x219d9dbc #x70383848 #xf1f5f504
#x63bcbcdf #x77b6b6c1 #xafdada75 #x42212163
#x20101030 #xe5ffff1a #xfdf3f30e #xbfd2d26d
#x81cdcd4c #x180c0c14 #x26131335 #xc3ecec2f
#xbe5f5fe1 #x359797a2 #x884444cc #x2e171739
#x93c4c457 #x55a7a7f2 #xfc7e7e82 #x7a3d3d47
#xc86464ac #xba5d5de7 #x3219192b #xe6737395
#xc06060a0 #x19818198 #x9e4f4fd1 #xa3dcdc7f
#x44222266 #x542a2a7e #x3b9090ab #x0b888883
#x8c4646ca #xc7eeee29 #x6bb8b8d3 #x2814143c
#xa7dede79 #xbc5e5ee2 #x160b0b1d #xaddbdb76
#xdbe0e03b #x64323256 #x743a3a4e #x140a0a1e
#x924949db #x0c06060a #x4824246c #xb85c5ce4
#x9fc2c25d #xbdd3d36e #x43acacef #xc46262a6
#x399191a8 #x319595a4 #xd3e4e437 #xf279798b
#xd5e7e732 #x8bc8c843 #x6e373759 #xda6d6db7
#x018d8d8c #xb1d5d564 #x9c4e4ed2 #x49a9a9e0
#xd86c6cb4 #xac5656fa #xf3f4f407 #xcfeaea25
#xca6565af #xf47a7a8e #x47aeaee9 #x10080818
#x6fbabad5 #xf0787888 #x4a25256f #x5c2e2e72
#x381c1c24 #x57a6a6f1 #x73b4b4c7 #x97c6c651
#xcbe8e823 #xa1dddd7c #xe874749c #x3e1f1f21
#x964b4bdd #x61bdbddc #x0d8b8b86 #x0f8a8a85
#xe0707090 #x7c3e3e42 #x71b5b5c4 #xcc6666aa
#x904848d8 #x06030305 #xf7f6f601 #x1c0e0e12
#xc26161a3 #x6a35355f #xae5757f9 #x69b9b9d0
#x17868691 #x99c1c158 #x3a1d1d27 #x279e9eb9
#xd9e1e138 #xebf8f813 #x2b9898b3 #x22111133
#xd26969bb #xa9d9d970 #x078e8e89 #x339494a7
#x2d9b9bb6 #x3c1e1e22 #x15878792 #xc9e9e920
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#x13c2f68d #xb8e890d8 #xf75e2e39 #xaff582c3
#x80be9f5d #x937c69d0 #x2da96fd5 #x12b3cf25
#x993bc8ac #x7da71018 #x636ee89c #xbb7bdb3b
#x7809cd26 #x18f46e59 #xb701ec9a #x9aa8834f
#x6e65e695 #xe67eaaff #xcf0821bc #xe8e6ef15
#x9bd9bae7 #x36ce4a6f #x09d4ea9f #x7cd629b0
#xb2af31a4 #x23312a3f #x9430c6a5 #x66c035a2
#xbc37744e #xcaa6fc82 #xd0b0e090 #xd81533a7
#x984af104 #xdaf741ec #x500e7fcd #xf62f1791
#xd68d764d #xb04d43ef #x4d54ccaa #x04dfe496
#xb5e39ed1 #x881b4c6a #x1fb8c12c #x517f4665
#xea049d5e #x355d018c #x7473fa87 #x412efb0b
#x1d5ab367 #xd25292db #x5633e910 #x47136dd6
#x618c9ad7 #x0c7a37a1 #x148e59f8 #x3c89eb13
#x27eecea9 #xc935b761 #xe5ede11c #xb13c7a47
#xdf599cd2 #x733f55f2 #xce791814 #x37bf73c7
#xcdea53f7 #xaa5b5ffd #x6f14df3d #xdb867844
#xf381caaf #xc43eb968 #x342c3824 #x405fc2a3
#xc372161d #x250cbce2 #x498b283c #x9541ff0d
#x017139a8 #xb3de080c #xe49cd8b4 #xc1906456
#x84617bcb #xb670d532 #x5c74486c #x5742d0b8))
(defconst Td3
#32@(#xf4a75051 #x4165537e #x17a4c31a #x275e963a
#xab6bcb3b #x9d45f11f #xfa58abac #xe303934b
#x30fa5520 #x766df6ad #xcc769188 #x024c25f5
#xe5d7fc4f #x2acbd7c5 #x35448026 #x62a38fb5
#xb15a49de #xba1b6725 #xea0e9845 #xfec0e15d
#x2f7502c3 #x4cf01281 #x4697a38d #xd3f9c66b
#x8f5fe703 #x929c9515 #x6d7aebbf #x5259da95
#xbe832dd4 #x7421d358 #xe0692949 #xc9c8448e
#xc2896a75 #x8e7978f4 #x583e6b99 #xb971dd27
#xe14fb6be #x88ad17f0 #x20ac66c9 #xce3ab47d
#xdf4a1863 #x1a3182e5 #x51336097 #x537f4562
#x6477e0b1 #x6bae84bb #x81a01cfe #x082b94f9
#x48685870 #x45fd198f #xde6c8794 #x7bf8b752
#x73d323ab #x4b02e272 #x1f8f57e3 #x55ab2a66
#xeb2807b2 #xb5c2032f #xc57b9a86 #x3708a5d3
#x2887f230 #xbfa5b223 #x036aba02 #x16825ced
#xcf1c2b8a #x79b492a7 #x07f2f0f3 #x69e2a14e
#xdaf4cd65 #x05bed506 #x34621fd1 #xa6fe8ac4
#x2e539d34 #xf355a0a2 #x8ae13205 #xf6eb75a4
#x83ec390b #x60efaa40 #x719f065e #x6e1051bd
#x218af93e #xdd063d96 #x3e05aedd #xe6bd464d
#x548db591 #xc45d0571 #x06d46f04 #x5015ff60
#x98fb2419 #xbde997d6 #x4043cc89 #xd99e7767
#xe842bdb0 #x898b8807 #x195b38e7 #xc8eedb79
#x7c0a47a1 #x420fe97c #x841ec9f8 #x00000000
#x80868309 #x2bed4832 #x1170ac1e #x5a724e6c
#x0efffbfd #x8538560f #xaed51e3d #x2d392736
#x0fd9640a #x5ca62168 #x5b54d19b #x362e3a24
#x0a67b10c #x57e70f93 #xee96d2b4 #x9b919e1b
#xc0c54f80 #xdc20a261 #x774b695a #x121a161c
#x93ba0ae2 #xa02ae5c0 #x22e0433c #x1b171d12
#x090d0b0e #x8bc7adf2 #xb6a8b92d #x1ea9c814
#xf1198557 #x75074caf #x99ddbbee #x7f60fda3
#x01269ff7 #x72f5bc5c #x663bc544 #xfb7e345b
#x4329768b #x23c6dccb #xedfc68b6 #xe4f163b8
#x31dccad7 #x63851042 #x97224013 #xc6112084
#x4a247d85 #xbb3df8d2 #xf93211ae #x29a16dc7
#x9e2f4b1d #xb230f3dc #x8652ec0d #xc1e3d077
#xb3166c2b #x70b999a9 #x9448fa11 #xe9642247
#xfc8cc4a8 #xf03f1aa0 #x7d2cd856 #x3390ef22
#x494ec787 #x38d1c1d9 #xcaa2fe8c #xd40b3698
#xf581cfa6 #x7ade28a5 #xb78e26da #xadbfa43f
#x3a9de42c #x78920d50 #x5fcc9b6a #x7e466254
#x8d13c2f6 #xd8b8e890 #x39f75e2e #xc3aff582
#x5d80be9f #xd0937c69 #xd52da96f #x2512b3cf
#xac993bc8 #x187da710 #x9c636ee8 #x3bbb7bdb
#x267809cd #x5918f46e #x9ab701ec #x4f9aa883
#x956e65e6 #xffe67eaa #xbccf0821 #x15e8e6ef
#xe79bd9ba #x6f36ce4a #x9f09d4ea #xb07cd629
#xa4b2af31 #x3f23312a #xa59430c6 #xa266c035
#x4ebc3774 #x82caa6fc #x90d0b0e0 #xa7d81533
#x04984af1 #xecdaf741 #xcd500e7f #x91f62f17
#x4dd68d76 #xefb04d43 #xaa4d54cc #x9604dfe4
#xd1b5e39e #x6a881b4c #x2c1fb8c1 #x65517f46
#x5eea049d #x8c355d01 #x877473fa #x0b412efb
#x671d5ab3 #xdbd25292 #x105633e9 #xd647136d
#xd7618c9a #xa10c7a37 #xf8148e59 #x133c89eb
#xa927eece #x61c935b7 #x1ce5ede1 #x47b13c7a
#xd2df599c #xf2733f55 #x14ce7918 #xc737bf73
#xf7cdea53 #xfdaa5b5f #x3d6f14df #x44db8678
#xaff381ca #x68c43eb9 #x24342c38 #xa3405fc2
#x1dc37216 #xe2250cbc #x3c498b28 #x0d9541ff
#xa8017139 #x0cb3de08 #xb4e49cd8 #x56c19064
#xcb84617b #x32b670d5 #x6c5c7448 #xb85742d0))
(defconst Td4
#32@(#x52525252 #x09090909 #x6a6a6a6a #xd5d5d5d5
#x30303030 #x36363636 #xa5a5a5a5 #x38383838
#xbfbfbfbf #x40404040 #xa3a3a3a3 #x9e9e9e9e
#x81818181 #xf3f3f3f3 #xd7d7d7d7 #xfbfbfbfb
#x7c7c7c7c #xe3e3e3e3 #x39393939 #x82828282
#x9b9b9b9b #x2f2f2f2f #xffffffff #x87878787
#x34343434 #x8e8e8e8e #x43434343 #x44444444
#xc4c4c4c4 #xdededede #xe9e9e9e9 #xcbcbcbcb
#x54545454 #x7b7b7b7b #x94949494 #x32323232
#xa6a6a6a6 #xc2c2c2c2 #x23232323 #x3d3d3d3d
#xeeeeeeee #x4c4c4c4c #x95959595 #x0b0b0b0b
#x42424242 #xfafafafa #xc3c3c3c3 #x4e4e4e4e
#x08080808 #x2e2e2e2e #xa1a1a1a1 #x66666666
#x28282828 #xd9d9d9d9 #x24242424 #xb2b2b2b2
#x76767676 #x5b5b5b5b #xa2a2a2a2 #x49494949
#x6d6d6d6d #x8b8b8b8b #xd1d1d1d1 #x25252525
#x72727272 #xf8f8f8f8 #xf6f6f6f6 #x64646464
#x86868686 #x68686868 #x98989898 #x16161616
#xd4d4d4d4 #xa4a4a4a4 #x5c5c5c5c #xcccccccc
#x5d5d5d5d #x65656565 #xb6b6b6b6 #x92929292
#x6c6c6c6c #x70707070 #x48484848 #x50505050
#xfdfdfdfd #xedededed #xb9b9b9b9 #xdadadada
#x5e5e5e5e #x15151515 #x46464646 #x57575757
#xa7a7a7a7 #x8d8d8d8d #x9d9d9d9d #x84848484
#x90909090 #xd8d8d8d8 #xabababab #x00000000
#x8c8c8c8c #xbcbcbcbc #xd3d3d3d3 #x0a0a0a0a
#xf7f7f7f7 #xe4e4e4e4 #x58585858 #x05050505
#xb8b8b8b8 #xb3b3b3b3 #x45454545 #x06060606
#xd0d0d0d0 #x2c2c2c2c #x1e1e1e1e #x8f8f8f8f
#xcacacaca #x3f3f3f3f #x0f0f0f0f #x02020202
#xc1c1c1c1 #xafafafaf #xbdbdbdbd #x03030303
#x01010101 #x13131313 #x8a8a8a8a #x6b6b6b6b
#x3a3a3a3a #x91919191 #x11111111 #x41414141
#x4f4f4f4f #x67676767 #xdcdcdcdc #xeaeaeaea
#x97979797 #xf2f2f2f2 #xcfcfcfcf #xcececece
#xf0f0f0f0 #xb4b4b4b4 #xe6e6e6e6 #x73737373
#x96969696 #xacacacac #x74747474 #x22222222
#xe7e7e7e7 #xadadadad #x35353535 #x85858585
#xe2e2e2e2 #xf9f9f9f9 #x37373737 #xe8e8e8e8
#x1c1c1c1c #x75757575 #xdfdfdfdf #x6e6e6e6e
#x47474747 #xf1f1f1f1 #x1a1a1a1a #x71717171
#x1d1d1d1d #x29292929 #xc5c5c5c5 #x89898989
#x6f6f6f6f #xb7b7b7b7 #x62626262 #x0e0e0e0e
#xaaaaaaaa #x18181818 #xbebebebe #x1b1b1b1b
#xfcfcfcfc #x56565656 #x3e3e3e3e #x4b4b4b4b
#xc6c6c6c6 #xd2d2d2d2 #x79797979 #x20202020
#x9a9a9a9a #xdbdbdbdb #xc0c0c0c0 #xfefefefe
#x78787878 #xcdcdcdcd #x5a5a5a5a #xf4f4f4f4
#x1f1f1f1f #xdddddddd #xa8a8a8a8 #x33333333
#x88888888 #x07070707 #xc7c7c7c7 #x31313131
#xb1b1b1b1 #x12121212 #x10101010 #x59595959
#x27272727 #x80808080 #xecececec #x5f5f5f5f
#x60606060 #x51515151 #x7f7f7f7f #xa9a9a9a9
#x19191919 #xb5b5b5b5 #x4a4a4a4a #x0d0d0d0d
#x2d2d2d2d #xe5e5e5e5 #x7a7a7a7a #x9f9f9f9f
#x93939393 #xc9c9c9c9 #x9c9c9c9c #xefefefef
#xa0a0a0a0 #xe0e0e0e0 #x3b3b3b3b #x4d4d4d4d
#xaeaeaeae #x2a2a2a2a #xf5f5f5f5 #xb0b0b0b0
#xc8c8c8c8 #xebebebeb #xbbbbbbbb #x3c3c3c3c
#x83838383 #x53535353 #x99999999 #x61616161
#x17171717 #x2b2b2b2b #x04040404 #x7e7e7e7e
#xbabababa #x77777777 #xd6d6d6d6 #x26262626
#xe1e1e1e1 #x69696969 #x14141414 #x63636363
#x55555555 #x21212121 #x0c0c0c0c #x7d7d7d7d))
(declaim (type (simple-array (unsigned-byte 32) (10)) round-constants))
(defconst round-constants
#32@(#x01000000 #x02000000 #x04000000 #x08000000 #x10000000
#x20000000 #x40000000 #x80000000 #x1B000000 #x36000000))
;;; the actual AES implementation
;;; waste a little space for "common" 128-bit keys, but is anybody really
;;; going to notice?
(deftype aes-round-keys () '(simple-array (unsigned-byte 32) (60)))
(defclass aes-context ()
((encryption-round-keys :initarg :encryption-round-keys
:reader encryption-round-keys
:type (simple-array (unsigned-byte 32) (60)))
(decryption-round-keys :initarg :decryption-round-keys
:reader decryption-round-keys
:type (simple-array (unsigned-byte 32) (60)))
(n-rounds :initarg :n-rounds :reader n-rounds)))
(defun allocate-round-keys (key)
(declare (type (simple-array (unsigned-byte 8) (*)) key))
(ecase (length key)
((16 24 32)
(make-array 60 :element-type '(unsigned-byte 32) :initial-element 0))))
(defun generate-128-bit-round-keys (round-keys key)
(declare (type aes-round-keys round-keys)
(type (simple-array (unsigned-byte 8) (16)) key)
(optimize (speed 3) (space 0) (debug 0)))
(let ((round-key-offset 0))
(declare (type (integer 0 43) round-key-offset))
(macrolet ((rk-ref (x) `(aref round-keys (+ ,x round-key-offset))))
(dotimes (i 4)
(setf (rk-ref i) (fetch-ub32-be key (* 4 i))))
(dotimes (i 10 (values round-keys 10))
(declare (type (integer 0 10) i))
(let ((tmp (rk-ref 3)))
(declare (type (unsigned-byte 32) tmp))
(setf (rk-ref 4)
(logxor (rk-ref 0)
(logand (aref Te4 (third-byte tmp)) #xff000000)
(logand (aref Te4 (second-byte tmp)) #x00ff0000)
(logand (aref Te4 (first-byte tmp)) #x0000ff00)
(logand (aref Te4 (fourth-byte tmp)) #x000000ff)
(aref round-constants i))
(rk-ref 5) (logxor (rk-ref 1) (rk-ref 4))
(rk-ref 6) (logxor (rk-ref 2) (rk-ref 5))
(rk-ref 7) (logxor (rk-ref 3) (rk-ref 6)))
(incf round-key-offset 4))))))
(defun generate-192-bit-round-keys (round-keys key)
(declare (type aes-round-keys round-keys)
(type (simple-array (unsigned-byte 8) (24)) key)
(optimize (speed 3) (space 0) (debug 0)))
(let ((round-key-offset 0))
(declare (type (integer 0 51) round-key-offset))
(macrolet ((rk-ref (x) `(aref round-keys (+ ,x round-key-offset))))
(dotimes (i 6)
(setf (rk-ref i) (fetch-ub32-be key (* 4 i))))
(dotimes (i 8)
(let ((tmp (rk-ref 5)))
(declare (type (unsigned-byte 32) tmp))
(setf (rk-ref 6)
(logxor (rk-ref 0)
(logand (aref Te4 (third-byte tmp)) #xff000000)
(logand (aref Te4 (second-byte tmp)) #x00ff0000)
(logand (aref Te4 (first-byte tmp)) #x0000ff00)
(logand (aref Te4 (fourth-byte tmp)) #x000000ff)
(aref round-constants i))
(rk-ref 7) (logxor (rk-ref 1) (rk-ref 6))
(rk-ref 8) (logxor (rk-ref 2) (rk-ref 7))
(rk-ref 9) (logxor (rk-ref 3) (rk-ref 8)))
(when (= 8 (1+ i))
(return-from generate-192-bit-round-keys (values round-keys 12)))
(setf (rk-ref 10) (logxor (rk-ref 4) (rk-ref 9))
(rk-ref 11) (logxor (rk-ref 5) (rk-ref 10)))
(incf round-key-offset 6))))))
(defun generate-256-bit-round-keys (round-keys key)
(declare (type aes-round-keys round-keys)
(type (simple-array (unsigned-byte 8) (32)) key)
(optimize (speed 3) (space 0) (debug 0)))
(let ((round-key-offset 0))
(declare (type (integer 0 59) round-key-offset))
(macrolet ((rk-ref (x) `(aref round-keys (+ ,x round-key-offset))))
(dotimes (i 8)
(setf (rk-ref i) (fetch-ub32-be key (* 4 i))))
(dotimes (i 7)
(let ((tmp (rk-ref 7)))
(declare (type (unsigned-byte 32) tmp))
(setf (rk-ref 8)
(logxor (rk-ref 0)
(logand (aref Te4 (third-byte tmp)) #xff000000)
(logand (aref Te4 (second-byte tmp)) #x00ff0000)
(logand (aref Te4 (first-byte tmp)) #x0000ff00)
(logand (aref Te4 (fourth-byte tmp)) #x000000ff)
(aref round-constants i))
(rk-ref 9) (logxor (rk-ref 1) (rk-ref 8))
(rk-ref 10) (logxor (rk-ref 2) (rk-ref 9))
(rk-ref 11) (logxor (rk-ref 3) (rk-ref 10)))
(when (= 7 (1+ i))
(return-from generate-256-bit-round-keys (values round-keys 14))))
(let ((tmp (rk-ref 11)))
(declare (type (unsigned-byte 32) tmp))
(setf (rk-ref 12)
(logxor (rk-ref 4)
(logand (aref Te4 (fourth-byte tmp)) #xff000000)
(logand (aref Te4 (third-byte tmp)) #x00ff0000)
(logand (aref Te4 (second-byte tmp)) #x0000ff00)
(logand (aref Te4 (first-byte tmp)) #x000000ff))
(rk-ref 13) (logxor (rk-ref 5) (rk-ref 12))
(rk-ref 14) (logxor (rk-ref 6) (rk-ref 13))
(rk-ref 15) (logxor (rk-ref 7) (rk-ref 14)))
(incf round-key-offset 8))))))
(defun generate-round-keys-for-encryption (key)
(declare (type (simple-array (unsigned-byte 8) (*)) key))
(ecase (length key)
(16 (generate-128-bit-round-keys (allocate-round-keys key) key))
(24 (generate-192-bit-round-keys (allocate-round-keys key) key))
(32 (generate-256-bit-round-keys (allocate-round-keys key) key))))
(defun generate-round-keys-for-decryption (key)
(declare (type (simple-array (unsigned-byte 8) (*)) key))
(multiple-value-bind (round-keys n-rounds)
(generate-round-keys-for-encryption key)
(declare (type aes-round-keys round-keys)
(type (unsigned-byte 16) n-rounds))
;; invert the order of the round keys
(do ((i 0 (+ 4 i))
(j (* 4 n-rounds) (- j 4)))
((>= i j))
(declare (type (unsigned-byte 16) i j))
(rotatef (aref round-keys i) (aref round-keys j))
(rotatef (aref round-keys (+ 1 i)) (aref round-keys (+ 1 j)))
(rotatef (aref round-keys (+ 2 i)) (aref round-keys (+ 2 j)))
(rotatef (aref round-keys (+ 3 i)) (aref round-keys (+ 3 j))))
;; apply inverse MixColumn transform to all round keys but the first
(macrolet ((rk-ref (x) `(aref round-keys (+ ,x round-keys-offset))))
(do ((i 1 (+ 1 i))
(round-keys-offset 4 (+ 4 round-keys-offset)))
((= i n-rounds) (values round-keys n-rounds))
(declare (type (unsigned-byte 16) round-keys-offset))
(macrolet ((mix-column (x)
`(let ((column (rk-ref ,x)))
(declare (type (unsigned-byte 32) column))
(setf (rk-ref ,x)
(logxor
(aref Td0 (first-byte (aref Te4 (fourth-byte column))))
(aref Td1 (first-byte (aref Te4 (third-byte column))))
(aref Td2 (first-byte (aref Te4 (second-byte column))))
(aref Td3 (first-byte (aref Te4 (first-byte column)))))))))
(mix-column 0) (mix-column 1) (mix-column 2) (mix-column 3))))))
(macrolet ((mix (rk a0 a1 a2 a3 sym0 sym1 sym2 sym3)
`(logxor (aref ,a0 (fourth-byte ,sym0))
(aref ,a1 (third-byte ,sym1))
(aref ,a2 (second-byte ,sym2))
(aref ,a3 (first-byte ,sym3))
(rk-ref ,rk)))
(mix-s-into-t-encrypting (offset)
`(setf t0 (mix ,offset Te0 Te1 Te2 Te3 s0 s1 s2 s3)
t1 (mix (1+ ,offset) Te0 Te1 Te2 Te3 s1 s2 s3 s0)
t2 (mix (+ ,offset 2) Te0 Te1 Te2 Te3 s2 s3 s0 s1)
t3 (mix (+ ,offset 3) Te0 Te1 Te2 Te3 s3 s0 s1 s2)))
(mix-t-into-s-encrypting (offset)
`(setf s0 (mix ,offset Te0 Te1 Te2 Te3 t0 t1 t2 t3)
s1 (mix (1+ ,offset) Te0 Te1 Te2 Te3 t1 t2 t3 t0)
s2 (mix (+ ,offset 2) Te0 Te1 Te2 Te3 t2 t3 t0 t1)
s3 (mix (+ ,offset 3) Te0 Te1 Te2 Te3 t3 t0 t1 t2)))
(mix-s-into-t-decrypting (offset)
`(setf t0 (mix ,offset Td0 Td1 Td2 Td3 s0 s3 s2 s1)
t1 (mix (1+ ,offset) Td0 Td1 Td2 Td3 s1 s0 s3 s2)
t2 (mix (+ ,offset 2) Td0 Td1 Td2 Td3 s2 s1 s0 s3)
t3 (mix (+ ,offset 3) Td0 Td1 Td2 Td3 s3 s2 s1 s0)))
(mix-t-into-s-decrypting (offset)
`(setf s0 (mix ,offset Td0 Td1 Td2 Td3 t0 t3 t2 t1)
s1 (mix (1+ ,offset) Td0 Td1 Td2 Td3 t1 t0 t3 t2)
s2 (mix (+ ,offset 2) Td0 Td1 Td2 Td3 t2 t1 t0 t3)
s3 (mix (+ ,offset 3) Td0 Td1 Td2 Td3 t3 t2 t1 t0)))
(rk-ref (x) `(aref round-keys (+ ,x round-key-offset)))
#+nil (rk-ref (x) `(aref round-keys (+ ,x 0))))
(define-block-encryptor aes 16
(let ((round-keys (encryption-round-keys context))
(n-rounds (n-rounds context)))
(declare (type aes-round-keys round-keys))
(declare (type (integer 0 14) n-rounds))
;; the "optimized implementation" also had a fully unrolled version of
;; this loop hanging around. it might be worthwhile to translate it and
;; see if it actually gains us anything. a wizard would do this with a
;; macro which allows one to easily switch between unrolled and
;; non-unrolled versions. I am not a wizard.
(with-words ((s0 s1 s2 s3) plaintext plaintext-start)
(let ((t0 0) (t1 0) (t2 0) (t3 0)
(round-key-offset 0))
(declare (type (unsigned-byte 32) t0 t1 t2 t3))
(declare (type (unsigned-byte 16) round-key-offset))
;; initial whitening
(setf s0 (logxor s0 (aref round-keys 0))
s1 (logxor s1 (aref round-keys 1))
s2 (logxor s2 (aref round-keys 2))
s3 (logxor s3 (aref round-keys 3)))
(do ((round (truncate n-rounds 2) (1- round)))
((zerop round))
(declare (type (unsigned-byte 16) round))
(mix-s-into-t-encrypting 4)
(incf round-key-offset 8)
(when (= round 1)
(return-from nil (values)))
(mix-t-into-s-encrypting 0))
;; apply last round and dump cipher state into the ciphertext
(flet ((apply-round-and-store (offset round-key u0 u1 u2 u3)
(declare (type (unsigned-byte 32) round-key u0 u1 u2 u3)
(type (integer 0 15) offset))
(let ((state (logxor (logand (aref Te4 (fourth-byte u0)) #xff000000)
(logand (aref Te4 (third-byte u1)) #x00ff0000)
(logand (aref Te4 (second-byte u2)) #x0000ff00)
(logand (aref Te4 (first-byte u3)) #x000000ff)
round-key)))
(store-ub32 ciphertext offset state))))
(declare (inline apply-round-and-store))
(apply-round-and-store ciphertext-start (rk-ref 0) t0 t1 t2 t3)
(apply-round-and-store (+ ciphertext-start 4) (rk-ref 1) t1 t2 t3 t0)
(apply-round-and-store (+ ciphertext-start 8) (rk-ref 2) t2 t3 t0 t1)
(apply-round-and-store (+ ciphertext-start 12) (rk-ref 3) t3 t0 t1 t2))))))
(define-block-decryptor aes 16
(let ((round-keys (decryption-round-keys context))
(n-rounds (n-rounds context)))
(declare (type aes-round-keys round-keys))
(declare (type (unsigned-byte 16) n-rounds))
(with-words ((s0 s1 s2 s3) ciphertext ciphertext-start)
(let ((t0 0) (t1 0) (t2 0) (t3 0)
(round-key-offset 0))
(declare (type (unsigned-byte 32) t0 t1 t2 t3))
(declare (type (unsigned-byte 16) round-key-offset))
;; initial whitening
(setf s0 (logxor s0 (aref round-keys 0))
s1 (logxor s1 (aref round-keys 1))
s2 (logxor s2 (aref round-keys 2))
s3 (logxor s3 (aref round-keys 3)))
(do ((round (truncate n-rounds 2) (1- round)))
((zerop round))
(declare (type (unsigned-byte 16) round))
(mix-s-into-t-decrypting 4)
(incf round-key-offset 8)
(when (= round 1)
(return-from nil (values)))
(mix-t-into-s-decrypting 0))
;; apply last round and dump cipher state into plaintext
(flet ((apply-round-and-store (offset round-key u0 u1 u2 u3)
(declare (type (unsigned-byte 32) round-key u0 u1 u2 u3)
(type (integer 0 15) offset))
(let ((state (logxor (logand (aref Td4 (fourth-byte u0)) #xff000000)
(logand (aref Td4 (third-byte u1)) #x00ff0000)
(logand (aref Td4 (second-byte u2)) #x0000ff00)
(logand (aref Td4 (first-byte u3)) #x000000ff)
round-key)))
(store-ub32 plaintext offset state))))
(declare (inline apply-round-and-store))
(apply-round-and-store plaintext-start (rk-ref 0) t0 t3 t2 t1)
(apply-round-and-store (+ plaintext-start 4) (rk-ref 1) t1 t0 t3 t2)
(apply-round-and-store (+ plaintext-start 8) (rk-ref 2) t2 t1 t0 t3)
(apply-round-and-store (+ plaintext-start 12) (rk-ref 3) t3 t2 t1 t0))))))
) ; MACROLET
(defun create-aes-context (key)
(multiple-value-bind (encryption-schedule n-rounds)
(generate-round-keys-for-encryption key)
(declare (ignore n-rounds))
;; FIXME: this could be made more efficient
(multiple-value-bind (decryption-schedule n-rounds)
(generate-round-keys-for-decryption key)
(make-instance 'aes-context
:n-rounds n-rounds
:encryption-round-keys encryption-schedule
:decryption-round-keys decryption-schedule))))
(defcipher aes
(:encrypt-function aes-encrypt-block)
(:decrypt-function aes-decrypt-block)
(:block-length 16)
(:key-length (:fixed 16 24 32)))
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