lib/sha.c

   1 /* sha.c - Functions to compute the SHA1 hash (message-digest) of files
   2    or blocks of memory.  Complies to the NIST specification FIPS-180-1.
   3
   4    Copyright (C) 2000, 2001, 2003 Scott G. Miller
   5
   6    Credits:
   7       Robert Klep <robert@ilse.nl>  -- Expansion function fix
   8 */
   9
  10 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  11 # include <config.h>
  12 #endif
  13
  14 #include "sha.h"
  15
  16 #include <sys/types.h>
  17
  18 #include <stdlib.h>
  19 #include <string.h>
  20
  21 #include "unlocked-io.h"
  22
  23 /*
  24   Not-swap is a macro that does an endian swap on architectures that are
  25   big-endian, as SHA needs some data in a little-endian format
  26 */
  27
  28 #ifdef WORDS_BIGENDIAN
  29 # define NOTSWAP(n) (n)
  30 # define SWAP(n)                                                        \
  31     (((n) << 24) | (((n) & 0xff00) << 8) | (((n) >> 8) & 0xff00) | ((n) >> 24))
  32 #else
  33 # define NOTSWAP(n)                                                         \
  34     (((n) << 24) | (((n) & 0xff00) << 8) | (((n) >> 8) & 0xff00) | ((n) >> 24))
  35 # define SWAP(n) (n)
  36 #endif
  37
  38 #define BLOCKSIZE 4096
  39 /* Ensure that BLOCKSIZE is a multiple of 64.  */
  40 #if BLOCKSIZE % 64 != 0
  41 /* FIXME-someday (soon?): use #error instead of this kludge.  */
  42 "invalid BLOCKSIZE"
  43 #endif
  44
  45 /* This array contains the bytes used to pad the buffer to the next
  46    64-byte boundary.  (RFC 1321, 3.1: Step 1)  */
  47 static const unsigned char fillbuf[64] = { 0x80, 0 /* , 0, 0, ...  */ };
  48
  49
  50 /*
  51   Takes a pointer to a 160 bit block of data (five 32 bit ints) and
  52   intializes it to the start constants of the SHA1 algorithm.  This
  53   must be called before using hash in the call to sha_hash
  54 */
  55 void
  56 sha_init_ctx (struct sha_ctx *ctx)
  57 {
  58   ctx->A = 0x67452301;
  59   ctx->B = 0xefcdab89;
  60   ctx->C = 0x98badcfe;
  61   ctx->D = 0x10325476;
  62   ctx->E = 0xc3d2e1f0;
  63
  64   ctx->total[0] = ctx->total[1] = 0;
  65   ctx->buflen = 0;
  66 }
  67
  68 /* Put result from CTX in first 20 bytes following RESBUF.  The result
  69    must be in little endian byte order.
  70
  71    IMPORTANT: On some systems it is required that RESBUF is correctly
  72    aligned for a 32 bits value.  */
  73 void *
  74 sha_read_ctx (const struct sha_ctx *ctx, void *resbuf)
  75 {
  76   ((md5_uint32 *) resbuf)[0] = NOTSWAP (ctx->A);
  77   ((md5_uint32 *) resbuf)[1] = NOTSWAP (ctx->B);
  78   ((md5_uint32 *) resbuf)[2] = NOTSWAP (ctx->C);
  79   ((md5_uint32 *) resbuf)[3] = NOTSWAP (ctx->D);
  80   ((md5_uint32 *) resbuf)[4] = NOTSWAP (ctx->E);
  81
  82   return resbuf;
  83 }
  84
  85 /* Process the remaining bytes in the internal buffer and the usual
  86    prolog according to the standard and write the result to RESBUF.
  87
  88    IMPORTANT: On some systems it is required that RESBUF is correctly
  89    aligned for a 32 bits value.  */
  90 void *
  91 sha_finish_ctx (struct sha_ctx *ctx, void *resbuf)
  92 {
  93   /* Take yet unprocessed bytes into account.  */
  94   md5_uint32 bytes = ctx->buflen;
  95   size_t pad;
  96
  97   /* Now count remaining bytes.  */
  98   ctx->total[0] += bytes;
  99   if (ctx->total[0] < bytes)
 100     ++ctx->total[1];
 101
 102   pad = bytes >= 56 ? 64 + 56 - bytes : 56 - bytes;
 103   memcpy (&ctx->buffer[bytes], fillbuf, pad);
 104
 105   /* Put the 64-bit file length in *bits* at the end of the buffer.  */
 106   *(md5_uint32 *) &ctx->buffer[bytes + pad + 4] = NOTSWAP (ctx->total[0] << 3);
 107   *(md5_uint32 *) &ctx->buffer[bytes + pad] = NOTSWAP ((ctx->total[1] << 3) |
 108                                                     (ctx->total[0] >> 29));
 109
 110   /* Process last bytes.  */
 111   sha_process_block (ctx->buffer, bytes + pad + 8, ctx);
 112
 113   return sha_read_ctx (ctx, resbuf);
 114 }
 115
 116 /* Compute SHA1 message digest for bytes read from STREAM.  The
 117    resulting message digest number will be written into the 16 bytes
 118    beginning at RESBLOCK.  */
 119 int
 120 sha_stream (FILE *stream, void *resblock)
 121 {
 122   struct sha_ctx ctx;
 123   char buffer[BLOCKSIZE + 72];
 124   size_t sum;
 125
 126   /* Initialize the computation context.  */
 127   sha_init_ctx (&ctx);
 128
 129   /* Iterate over full file contents.  */
 130   while (1)
 131     {
 132       /* We read the file in blocks of BLOCKSIZE bytes.  One call of the
 133          computation function processes the whole buffer so that with the
 134          next round of the loop another block can be read.  */
 135       size_t n;
 136       sum = 0;
 137
 138       /* Read block.  Take care for partial reads.  */
 139       while (1)
 140         {
 141           n = fread (buffer + sum, 1, BLOCKSIZE - sum, stream);
 142
 143           sum += n;
 144
 145           if (sum == BLOCKSIZE)
 146             break;
 147
 148           if (n == 0)
 149             {
 150               /* Check for the error flag IFF N == 0, so that we don't
 151                  exit the loop after a partial read due to e.g., EAGAIN
 152                  or EWOULDBLOCK.  */
 153               if (ferror (stream))
 154                 return 1;
 155               goto process_partial_block;
 156             }
 157
 158           /* We've read at least one byte, so ignore errors.  But always
 159              check for EOF, since feof may be true even though N > 0.
 160              Otherwise, we could end up calling fread after EOF.  */
 161           if (feof (stream))
 162             goto process_partial_block;
 163         }
 164
 165       /* Process buffer with BLOCKSIZE bytes.  Note that
 166                         BLOCKSIZE % 64 == 0
 167        */
 168       sha_process_block (buffer, BLOCKSIZE, &ctx);
 169     }
 170
 171  process_partial_block:;
 172
 173   /* Process any remaining bytes.  */
 174   if (sum > 0)
 175     sha_process_bytes (buffer, sum, &ctx);
 176
 177   /* Construct result in desired memory.  */
 178   sha_finish_ctx (&ctx, resblock);
 179   return 0;
 180 }
 181
 182 /* Compute MD5 message digest for LEN bytes beginning at BUFFER.  The
 183    result is always in little endian byte order, so that a byte-wise
 184    output yields to the wanted ASCII representation of the message
 185    digest.  */
 186 void *
 187 sha_buffer (const char *buffer, size_t len, void *resblock)
 188 {
 189   struct sha_ctx ctx;
 190
 191   /* Initialize the computation context.  */
 192   sha_init_ctx (&ctx);
 193
 194   /* Process whole buffer but last len % 64 bytes.  */
 195   sha_process_bytes (buffer, len, &ctx);
 196
 197   /* Put result in desired memory area.  */
 198   return sha_finish_ctx (&ctx, resblock);
 199 }
 200
 201 void
 202 sha_process_bytes (const void *buffer, size_t len, struct sha_ctx *ctx)
 203 {
 204   /* When we already have some bits in our internal buffer concatenate
 205      both inputs first.  */
 206   if (ctx->buflen != 0)
 207     {
 208       size_t left_over = ctx->buflen;
 209       size_t add = 128 - left_over > len ? len : 128 - left_over;
 210
 211       memcpy (&ctx->buffer[left_over], buffer, add);
 212       ctx->buflen += add;
 213
 214       if (ctx->buflen > 64)
 215         {
 216           sha_process_block (ctx->buffer, ctx->buflen & ~63, ctx);
 217
 218           ctx->buflen &= 63;
 219           /* The regions in the following copy operation cannot overlap.  */
 220           memcpy (ctx->buffer, &ctx->buffer[(left_over + add) & ~63],
 221                   ctx->buflen);
 222         }
 223
 224       buffer = (const char *) buffer + add;
 225       len -= add;
 226     }
 227
 228   /* Process available complete blocks.  */
 229   if (len >= 64)
 230     {
 231 #if !_STRING_ARCH_unaligned
 232 /* To check alignment gcc has an appropriate operator.  Other
 233    compilers don't.  */
 234 # if __GNUC__ >= 2
 235 #  define UNALIGNED_P(p) (((md5_uintptr) p) % __alignof__ (md5_uint32) != 0)
 236 # else
 237 #  define UNALIGNED_P(p) (((md5_uintptr) p) % sizeof (md5_uint32) != 0)
 238 # endif
 239       if (UNALIGNED_P (buffer))
 240         while (len > 64)
 241           {
 242             sha_process_block (memcpy (ctx->buffer, buffer, 64), 64, ctx);
 243             buffer = (const char *) buffer + 64;
 244             len -= 64;
 245           }
 246       else
 247 #endif
 248         {
 249           sha_process_block (buffer, len & ~63, ctx);
 250           buffer = (const char *) buffer + (len & ~63);
 251           len &= 63;
 252         }
 253     }
 254
 255   /* Move remaining bytes in internal buffer.  */
 256   if (len > 0)
 257     {
 258       size_t left_over = ctx->buflen;
 259
 260       memcpy (&ctx->buffer[left_over], buffer, len);
 261       left_over += len;
 262       if (left_over >= 64)
 263         {
 264           sha_process_block (ctx->buffer, 64, ctx);
 265           left_over -= 64;
 266           memcpy (ctx->buffer, &ctx->buffer[64], left_over);
 267         }
 268       ctx->buflen = left_over;
 269     }
 270 }
 271
 272 /* --- Code below is the primary difference between md5.c and sha.c --- */
 273
 274 /* SHA1 round constants */
 275 #define K1 0x5a827999L
 276 #define K2 0x6ed9eba1L
 277 #define K3 0x8f1bbcdcL
 278 #define K4 0xca62c1d6L
 279
 280 /* Round functions.  Note that F2 is the same as F4.  */
 281 #define F1(B,C,D) ( D ^ ( B & ( C ^ D ) ) )
 282 #define F2(B,C,D) (B ^ C ^ D)
 283 #define F3(B,C,D) ( ( B & C ) | ( D & ( B | C ) ) )
 284 #define F4(B,C,D) (B ^ C ^ D)
 285
 286 /* Process LEN bytes of BUFFER, accumulating context into CTX.
 287    It is assumed that LEN % 64 == 0.
 288    Most of this code comes from GnuPG's cipher/sha1.c.  */
 289
 290 void
 291 sha_process_block (const void *buffer, size_t len, struct sha_ctx *ctx)
 292 {
 293   const md5_uint32 *words = buffer;
 294   size_t nwords = len / sizeof (md5_uint32);
 295   const md5_uint32 *endp = words + nwords;
 296   md5_uint32 x[16];
 297   md5_uint32 a = ctx->A;
 298   md5_uint32 b = ctx->B;
 299   md5_uint32 c = ctx->C;
 300   md5_uint32 d = ctx->D;
 301   md5_uint32 e = ctx->E;
 302
 303   /* First increment the byte count.  RFC 1321 specifies the possible
 304      length of the file up to 2^64 bits.  Here we only compute the
 305      number of bytes.  Do a double word increment.  */
 306   ctx->total[0] += len;
 307   if (ctx->total[0] < len)
 308     ++ctx->total[1];
 309
 310 #define M(I) ( tm =   x[I&0x0f] ^ x[(I-14)&0x0f] \
 311                     ^ x[(I-8)&0x0f] ^ x[(I-3)&0x0f] \
 312                , (x[I&0x0f] = rol(tm, 1)) )
 313
 314 #define R(A,B,C,D,E,F,K,M)  do { E += rol( A, 5 )     \
 315                                       + F( B, C, D )  \
 316                                       + K             \
 317                                       + M;            \
 318                                  B = rol( B, 30 );    \
 319                                } while(0)
 320
 321   while (words < endp)
 322     {
 323       md5_uint32 tm;
 324       int t;
 325       /* FIXME: see sha1.c for a better implementation.  */
 326       for (t = 0; t < 16; t++)
 327         {
 328           x[t] = NOTSWAP (*words);
 329           words++;
 330         }
 331
 332       R( a, b, c, d, e, F1, K1, x[ 0] );
 333       R( e, a, b, c, d, F1, K1, x[ 1] );
 334       R( d, e, a, b, c, F1, K1, x[ 2] );
 335       R( c, d, e, a, b, F1, K1, x[ 3] );
 336       R( b, c, d, e, a, F1, K1, x[ 4] );
 337       R( a, b, c, d, e, F1, K1, x[ 5] );
 338       R( e, a, b, c, d, F1, K1, x[ 6] );
 339       R( d, e, a, b, c, F1, K1, x[ 7] );
 340       R( c, d, e, a, b, F1, K1, x[ 8] );
 341       R( b, c, d, e, a, F1, K1, x[ 9] );
 342       R( a, b, c, d, e, F1, K1, x[10] );
 343       R( e, a, b, c, d, F1, K1, x[11] );
 344       R( d, e, a, b, c, F1, K1, x[12] );
 345       R( c, d, e, a, b, F1, K1, x[13] );
 346       R( b, c, d, e, a, F1, K1, x[14] );
 347       R( a, b, c, d, e, F1, K1, x[15] );
 348       R( e, a, b, c, d, F1, K1, M(16) );
 349       R( d, e, a, b, c, F1, K1, M(17) );
 350       R( c, d, e, a, b, F1, K1, M(18) );
 351       R( b, c, d, e, a, F1, K1, M(19) );
 352       R( a, b, c, d, e, F2, K2, M(20) );
 353       R( e, a, b, c, d, F2, K2, M(21) );
 354       R( d, e, a, b, c, F2, K2, M(22) );
 355       R( c, d, e, a, b, F2, K2, M(23) );
 356       R( b, c, d, e, a, F2, K2, M(24) );
 357       R( a, b, c, d, e, F2, K2, M(25) );
 358       R( e, a, b, c, d, F2, K2, M(26) );
 359       R( d, e, a, b, c, F2, K2, M(27) );
 360       R( c, d, e, a, b, F2, K2, M(28) );
 361       R( b, c, d, e, a, F2, K2, M(29) );
 362       R( a, b, c, d, e, F2, K2, M(30) );
 363       R( e, a, b, c, d, F2, K2, M(31) );
 364       R( d, e, a, b, c, F2, K2, M(32) );
 365       R( c, d, e, a, b, F2, K2, M(33) );
 366       R( b, c, d, e, a, F2, K2, M(34) );
 367       R( a, b, c, d, e, F2, K2, M(35) );
 368       R( e, a, b, c, d, F2, K2, M(36) );
 369       R( d, e, a, b, c, F2, K2, M(37) );
 370       R( c, d, e, a, b, F2, K2, M(38) );
 371       R( b, c, d, e, a, F2, K2, M(39) );
 372       R( a, b, c, d, e, F3, K3, M(40) );
 373       R( e, a, b, c, d, F3, K3, M(41) );
 374       R( d, e, a, b, c, F3, K3, M(42) );
 375       R( c, d, e, a, b, F3, K3, M(43) );
 376       R( b, c, d, e, a, F3, K3, M(44) );
 377       R( a, b, c, d, e, F3, K3, M(45) );
 378       R( e, a, b, c, d, F3, K3, M(46) );
 379       R( d, e, a, b, c, F3, K3, M(47) );
 380       R( c, d, e, a, b, F3, K3, M(48) );
 381       R( b, c, d, e, a, F3, K3, M(49) );
 382       R( a, b, c, d, e, F3, K3, M(50) );
 383       R( e, a, b, c, d, F3, K3, M(51) );
 384       R( d, e, a, b, c, F3, K3, M(52) );
 385       R( c, d, e, a, b, F3, K3, M(53) );
 386       R( b, c, d, e, a, F3, K3, M(54) );
 387       R( a, b, c, d, e, F3, K3, M(55) );
 388       R( e, a, b, c, d, F3, K3, M(56) );
 389       R( d, e, a, b, c, F3, K3, M(57) );
 390       R( c, d, e, a, b, F3, K3, M(58) );
 391       R( b, c, d, e, a, F3, K3, M(59) );
 392       R( a, b, c, d, e, F4, K4, M(60) );
 393       R( e, a, b, c, d, F4, K4, M(61) );
 394       R( d, e, a, b, c, F4, K4, M(62) );
 395       R( c, d, e, a, b, F4, K4, M(63) );
 396       R( b, c, d, e, a, F4, K4, M(64) );
 397       R( a, b, c, d, e, F4, K4, M(65) );
 398       R( e, a, b, c, d, F4, K4, M(66) );
 399       R( d, e, a, b, c, F4, K4, M(67) );
 400       R( c, d, e, a, b, F4, K4, M(68) );
 401       R( b, c, d, e, a, F4, K4, M(69) );
 402       R( a, b, c, d, e, F4, K4, M(70) );
 403       R( e, a, b, c, d, F4, K4, M(71) );
 404       R( d, e, a, b, c, F4, K4, M(72) );
 405       R( c, d, e, a, b, F4, K4, M(73) );
 406       R( b, c, d, e, a, F4, K4, M(74) );
 407       R( a, b, c, d, e, F4, K4, M(75) );
 408       R( e, a, b, c, d, F4, K4, M(76) );
 409       R( d, e, a, b, c, F4, K4, M(77) );
 410       R( c, d, e, a, b, F4, K4, M(78) );
 411       R( b, c, d, e, a, F4, K4, M(79) );
 412
 413       a = ctx->A += a;
 414       b = ctx->B += b;
 415       c = ctx->C += c;
 416       d = ctx->D += d;
 417       e = ctx->E += e;
 418     }
 419 }