aesni: Implement CMAC mode to provide a signer/prf
Compared to the cmac plugin using AESNI-CBC as backend, this improves performance of AES-CMAC by ~45%.
This commit is contained in:
@@ -18,6 +18,7 @@ libstrongswan_aesni_la_SOURCES = \
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aesni_ctr.h aesni_ctr.c \
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aesni_ctr.h aesni_ctr.c \
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aesni_ccm.h aesni_ccm.c \
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aesni_ccm.h aesni_ccm.c \
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||||||
aesni_xcbc.h aesni_xcbc.c \
|
aesni_xcbc.h aesni_xcbc.c \
|
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|
aesni_cmac.h aesni_cmac.c \
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aesni_plugin.h aesni_plugin.c
|
aesni_plugin.h aesni_plugin.c
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||||||
libstrongswan_aesni_la_LDFLAGS = -module -avoid-version
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libstrongswan_aesni_la_LDFLAGS = -module -avoid-version
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@@ -0,0 +1,383 @@
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/*
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* Copyright (C) 2012 Tobias Brunner
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* Hochschule fuer Technik Rapperswil
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* Copyright (C) 2015 Martin Willi
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* Copyright (C) 2015 revosec AG
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*
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* This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
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* under the terms of the GNU General Public License as published by the
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* Free Software Foundation; either version 2 of the License, or (at your
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|
* option) any later version. See <http://www.fsf.org/copyleft/gpl.txt>.
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*
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||||||
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* This program is distributed in the hope that it will be useful, but
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|
* WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY
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|
* or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the GNU General Public License
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|
* for more details.
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*/
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#include "aesni_cmac.h"
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#include "aesni_key.h"
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#include <crypto/prfs/mac_prf.h>
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#include <crypto/signers/mac_signer.h>
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typedef struct private_mac_t private_mac_t;
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/**
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* Private data of a mac_t object.
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*/
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struct private_mac_t {
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/**
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|
* Public interface.
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*/
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mac_t public;
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/**
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* Key schedule for key K
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*/
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aesni_key_t *k;
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||||||
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/**
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||||||
|
* K1
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*/
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||||||
|
__m128i k1;
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||||||
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/**
|
||||||
|
* K2
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||||||
|
*/
|
||||||
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__m128i k2;
|
||||||
|
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||||||
|
/**
|
||||||
|
* T
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||||||
|
*/
|
||||||
|
__m128i t;
|
||||||
|
|
||||||
|
/**
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||||||
|
* remaining, unprocessed bytes in append mode
|
||||||
|
*/
|
||||||
|
u_char rem[AES_BLOCK_SIZE];
|
||||||
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||||||
|
/**
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||||||
|
* number of bytes in remaining
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||||||
|
*/
|
||||||
|
int rem_size;
|
||||||
|
};
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||||||
|
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||||||
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METHOD(mac_t, get_mac, bool,
|
||||||
|
private_mac_t *this, chunk_t data, u_int8_t *out)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
__m128i k0, k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7, k8, k9, k10;
|
||||||
|
__m128i t, l, *bi;
|
||||||
|
u_int blocks, rem, i;
|
||||||
|
|
||||||
|
if (!this->k)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
return FALSE;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
k0 = this->k->schedule[0];
|
||||||
|
k1 = this->k->schedule[1];
|
||||||
|
k2 = this->k->schedule[2];
|
||||||
|
k3 = this->k->schedule[3];
|
||||||
|
k4 = this->k->schedule[4];
|
||||||
|
k5 = this->k->schedule[5];
|
||||||
|
k6 = this->k->schedule[6];
|
||||||
|
k7 = this->k->schedule[7];
|
||||||
|
k8 = this->k->schedule[8];
|
||||||
|
k9 = this->k->schedule[9];
|
||||||
|
k10 = this->k->schedule[10];
|
||||||
|
|
||||||
|
t = this->t;
|
||||||
|
|
||||||
|
if (this->rem_size + data.len > AES_BLOCK_SIZE)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
/* T := 0x00000000000000000000000000000000 (initially)
|
||||||
|
* for each block M_i (except the last)
|
||||||
|
* X := T XOR M_i;
|
||||||
|
* T := AES-128(K, X);
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||||||
|
*/
|
||||||
|
|
||||||
|
/* append data to remaining bytes, process block M_1 */
|
||||||
|
memcpy(this->rem + this->rem_size, data.ptr,
|
||||||
|
AES_BLOCK_SIZE - this->rem_size);
|
||||||
|
data = chunk_skip(data, AES_BLOCK_SIZE - this->rem_size);
|
||||||
|
|
||||||
|
t = _mm_xor_si128(t, _mm_loadu_si128((__m128i*)this->rem));
|
||||||
|
|
||||||
|
t = _mm_xor_si128(t, k0);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k1);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k2);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k3);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k4);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k5);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k6);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k7);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k8);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k9);
|
||||||
|
t = _mm_aesenclast_si128(t, k10);
|
||||||
|
|
||||||
|
/* process blocks M_2 ... M_n-1 */
|
||||||
|
bi = (__m128i*)data.ptr;
|
||||||
|
rem = data.len % AES_BLOCK_SIZE;
|
||||||
|
blocks = data.len / AES_BLOCK_SIZE;
|
||||||
|
if (!rem && blocks)
|
||||||
|
{ /* don't do last block */
|
||||||
|
rem = AES_BLOCK_SIZE;
|
||||||
|
blocks--;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/* process blocks M[2] ... M[n-1] */
|
||||||
|
for (i = 0; i < blocks; i++)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
t = _mm_xor_si128(t, _mm_loadu_si128(bi + i));
|
||||||
|
|
||||||
|
t = _mm_xor_si128(t, k0);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k1);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k2);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k3);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k4);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k5);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k6);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k7);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k8);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k9);
|
||||||
|
t = _mm_aesenclast_si128(t, k10);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/* store remaining bytes of block M_n */
|
||||||
|
memcpy(this->rem, data.ptr + data.len - rem, rem);
|
||||||
|
this->rem_size = rem;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
else
|
||||||
|
{
|
||||||
|
/* no complete block (or last block), just copy into remaining */
|
||||||
|
memcpy(this->rem + this->rem_size, data.ptr, data.len);
|
||||||
|
this->rem_size += data.len;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
if (out)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
/* if last block is complete
|
||||||
|
* M_last := M_n XOR K1;
|
||||||
|
* else
|
||||||
|
* M_last := padding(M_n) XOR K2;
|
||||||
|
*/
|
||||||
|
if (this->rem_size == AES_BLOCK_SIZE)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
l = _mm_loadu_si128((__m128i*)this->rem);
|
||||||
|
l = _mm_xor_si128(l, this->k1);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
else
|
||||||
|
{
|
||||||
|
/* padding(x) = x || 10^i where i is 128-8*r-1
|
||||||
|
* That is, padding(x) is the concatenation of x and a single '1',
|
||||||
|
* followed by the minimum number of '0's, so that the total length is
|
||||||
|
* equal to 128 bits.
|
||||||
|
*/
|
||||||
|
if (this->rem_size < AES_BLOCK_SIZE)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
memset(this->rem + this->rem_size, 0,
|
||||||
|
AES_BLOCK_SIZE - this->rem_size);
|
||||||
|
this->rem[this->rem_size] = 0x80;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
l = _mm_loadu_si128((__m128i*)this->rem);
|
||||||
|
l = _mm_xor_si128(l, this->k2);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
/* T := M_last XOR T;
|
||||||
|
* T := AES-128(K,T);
|
||||||
|
*/
|
||||||
|
t = _mm_xor_si128(l, t);
|
||||||
|
|
||||||
|
t = _mm_xor_si128(t, k0);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k1);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k2);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k3);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k4);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k5);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k6);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k7);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k8);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k9);
|
||||||
|
t = _mm_aesenclast_si128(t, k10);
|
||||||
|
|
||||||
|
_mm_storeu_si128((__m128i*)out, t);
|
||||||
|
|
||||||
|
/* reset state */
|
||||||
|
t = _mm_setzero_si128();
|
||||||
|
this->rem_size = 0;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
this->t = t;
|
||||||
|
return TRUE;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
METHOD(mac_t, get_mac_size, size_t,
|
||||||
|
private_mac_t *this)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
return AES_BLOCK_SIZE;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/**
|
||||||
|
* Left-shift the given chunk by one bit.
|
||||||
|
*/
|
||||||
|
static void bit_shift(chunk_t chunk)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
size_t i;
|
||||||
|
|
||||||
|
for (i = 0; i < chunk.len; i++)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
chunk.ptr[i] <<= 1;
|
||||||
|
if (i < chunk.len - 1 && chunk.ptr[i + 1] & 0x80)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
chunk.ptr[i] |= 0x01;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
METHOD(mac_t, set_key, bool,
|
||||||
|
private_mac_t *this, chunk_t key)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
__m128i rb, msb, l, a;
|
||||||
|
u_int round;
|
||||||
|
chunk_t k;
|
||||||
|
|
||||||
|
this->t = _mm_setzero_si128();
|
||||||
|
this->rem_size = 0;
|
||||||
|
|
||||||
|
/* we support variable keys as defined in RFC 4615 */
|
||||||
|
if (key.len == AES_BLOCK_SIZE)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
k = key;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
else
|
||||||
|
{ /* use cmac recursively to resize longer or shorter keys */
|
||||||
|
k = chunk_alloca(AES_BLOCK_SIZE);
|
||||||
|
memset(k.ptr, 0, k.len);
|
||||||
|
if (!set_key(this, k) || !get_mac(this, key, k.ptr))
|
||||||
|
{
|
||||||
|
return FALSE;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
DESTROY_IF(this->k);
|
||||||
|
this->k = aesni_key_create(TRUE, k);
|
||||||
|
if (!this->k)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
return FALSE;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/*
|
||||||
|
* Rb = 0x00000000000000000000000000000087
|
||||||
|
* L = 0x00000000000000000000000000000000 encrypted with K
|
||||||
|
* if MSB(L) == 0
|
||||||
|
* K1 = L << 1
|
||||||
|
* else
|
||||||
|
* K1 = (L << 1) XOR Rb
|
||||||
|
* if MSB(K1) == 0
|
||||||
|
* K2 = K1 << 1
|
||||||
|
* else
|
||||||
|
* K2 = (K1 << 1) XOR Rb
|
||||||
|
*/
|
||||||
|
|
||||||
|
rb = _mm_set_epi32(0x87000000, 0, 0, 0);
|
||||||
|
msb = _mm_set_epi32(0, 0, 0, 0x80);
|
||||||
|
|
||||||
|
l = _mm_setzero_si128();
|
||||||
|
|
||||||
|
l = _mm_xor_si128(l, this->k->schedule[0]);
|
||||||
|
for (round = 1; round < this->k->rounds; round++)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
l = _mm_aesenc_si128(l, this->k->schedule[round]);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
l = _mm_aesenclast_si128(l, this->k->schedule[this->k->rounds]);
|
||||||
|
|
||||||
|
this->k1 = l;
|
||||||
|
bit_shift(chunk_from_thing(this->k1));
|
||||||
|
a = _mm_and_si128(l, msb);
|
||||||
|
if (memchr(&a, 0x80, 1))
|
||||||
|
{
|
||||||
|
this->k1 = _mm_xor_si128(this->k1, rb);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
this->k2 = this->k1;
|
||||||
|
bit_shift(chunk_from_thing(this->k2));
|
||||||
|
a = _mm_and_si128(this->k1, msb);
|
||||||
|
if (memchr(&a, 0x80, 1))
|
||||||
|
{
|
||||||
|
this->k2 = _mm_xor_si128(this->k2, rb);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return TRUE;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
METHOD(mac_t, destroy, void,
|
||||||
|
private_mac_t *this)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
DESTROY_IF(this->k);
|
||||||
|
memwipe(&this->k1, sizeof(this->k1));
|
||||||
|
memwipe(&this->k2, sizeof(this->k2));
|
||||||
|
free(this);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/*
|
||||||
|
* Described in header
|
||||||
|
*/
|
||||||
|
mac_t *aesni_cmac_create(encryption_algorithm_t algo, size_t key_size)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
private_mac_t *this;
|
||||||
|
|
||||||
|
INIT(this,
|
||||||
|
.public = {
|
||||||
|
.get_mac = _get_mac,
|
||||||
|
.get_mac_size = _get_mac_size,
|
||||||
|
.set_key = _set_key,
|
||||||
|
.destroy = _destroy,
|
||||||
|
},
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
return &this->public;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/*
|
||||||
|
* Described in header.
|
||||||
|
*/
|
||||||
|
prf_t *aesni_cmac_prf_create(pseudo_random_function_t algo)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
mac_t *cmac;
|
||||||
|
|
||||||
|
switch (algo)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
case PRF_AES128_CMAC:
|
||||||
|
cmac = aesni_cmac_create(ENCR_AES_CBC, 16);
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
default:
|
||||||
|
return NULL;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
if (cmac)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
return mac_prf_create(cmac);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
return NULL;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/*
|
||||||
|
* Described in header
|
||||||
|
*/
|
||||||
|
signer_t *aesni_cmac_signer_create(integrity_algorithm_t algo)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
size_t truncation;
|
||||||
|
mac_t *cmac;
|
||||||
|
|
||||||
|
switch (algo)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
case AUTH_AES_CMAC_96:
|
||||||
|
cmac = aesni_cmac_create(ENCR_AES_CBC, 16);
|
||||||
|
truncation = 12;
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
default:
|
||||||
|
return NULL;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
if (cmac)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
return mac_signer_create(cmac, truncation);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
return NULL;
|
||||||
|
}
|
||||||
@@ -0,0 +1,52 @@
|
|||||||
|
/*
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||||||
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* Copyright (C) 2015 Martin Willi
|
||||||
|
* Copyright (C) 2015 revosec AG
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*
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|
* This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
|
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* under the terms of the GNU General Public License as published by the
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* Free Software Foundation; either version 2 of the License, or (at your
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* option) any later version. See <http://www.fsf.org/copyleft/gpl.txt>.
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*
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* This program is distributed in the hope that it will be useful, but
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* WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY
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* or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the GNU General Public License
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* for more details.
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*/
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/**
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* @defgroup aesni_xcbc aesni_xcbc
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* @{ @ingroup aesni
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*/
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#ifndef CMAC_H_
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#define CMAC_H_
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#include <crypto/mac.h>
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#include <crypto/prfs/prf.h>
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#include <crypto/signers/signer.h>
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/**
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* Create a generic mac_t object using AESNI CMAC.
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*
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* @param algo underlying encryption algorithm
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* @param key_size size of encryption key, in bytes
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*/
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mac_t *aesni_cmac_create(encryption_algorithm_t algo, size_t key_size);
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/**
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* Creates a new prf_t object based AESNI CMAC.
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*
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* @param algo algorithm to implement
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* @return prf_t object, NULL if not supported
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*/
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prf_t *aesni_cmac_prf_create(pseudo_random_function_t algo);
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|
/**
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* Creates a new signer_t object based on AESNI CMAC.
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||||||
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*
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||||||
|
* @param algo algorithm to implement
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||||||
|
* @return signer_t, NULL if not supported
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||||||
|
*/
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||||||
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signer_t *aesni_cmac_signer_create(integrity_algorithm_t algo);
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#endif /** CMAC_H_ @}*/
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@@ -18,6 +18,7 @@
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#include "aesni_ctr.h"
|
#include "aesni_ctr.h"
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#include "aesni_ccm.h"
|
#include "aesni_ccm.h"
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#include "aesni_xcbc.h"
|
#include "aesni_xcbc.h"
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||||||
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#include "aesni_cmac.h"
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||||||
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#include <stdio.h>
|
#include <stdio.h>
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@@ -71,6 +72,10 @@ METHOD(plugin_t, get_features, int,
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PLUGIN_PROVIDE(PRF, PRF_AES128_XCBC),
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PLUGIN_PROVIDE(PRF, PRF_AES128_XCBC),
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||||||
PLUGIN_REGISTER(SIGNER, aesni_xcbc_signer_create),
|
PLUGIN_REGISTER(SIGNER, aesni_xcbc_signer_create),
|
||||||
PLUGIN_PROVIDE(SIGNER, AUTH_AES_XCBC_96),
|
PLUGIN_PROVIDE(SIGNER, AUTH_AES_XCBC_96),
|
||||||
|
PLUGIN_REGISTER(PRF, aesni_cmac_prf_create),
|
||||||
|
PLUGIN_PROVIDE(PRF, PRF_AES128_CMAC),
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||||||
|
PLUGIN_REGISTER(SIGNER, aesni_cmac_signer_create),
|
||||||
|
PLUGIN_PROVIDE(SIGNER, AUTH_AES_CMAC_96),
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};
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};
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*features = f;
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*features = f;
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