sha1.cpp

   1 // licensed under the GPL v2 as part of the git project http://git-scm.com/
   2 /*
   3  * SHA1 routine optimized to do word accesses rather than byte accesses,
   4  * and to avoid unnecessary copies into the context array.
   5  *
   6  * This was initially based on the Mozilla SHA1 implementation, although
   7  * none of the original Mozilla code remains.
   8  */
   9
  10 /* this is only to get definitions for memcpy(), ntohl() and htonl() */
  11 //#include "../git-compat-util.h"
  12 #ifdef _WIN32
  13 #include <winsock2.h>
  14 #else
  15 #include <arpa/inet.h>
  16 #endif
  17 #include <string.h>
  18
  19 #include "sha1.h"
  20
  21 #if defined(__GNUC__) && (defined(__i386__) || defined(__x86_64__))
  22
  23 /*
  24  * Force usage of rol or ror by selecting the one with the smaller constant.
  25  * It _can_ generate slightly smaller code (a constant of 1 is special), but
  26  * perhaps more importantly it's possibly faster on any uarch that does a
  27  * rotate with a loop.
  28  */
  29
  30 #define SHA_ASM(op, x, n) ({ unsigned int __res; __asm__(op " %1,%0":"=r" (__res):"i" (n), "0" (x)); __res; })
  31 #define SHA_ROL(x,n)    SHA_ASM("rol", x, n)
  32 #define SHA_ROR(x,n)    SHA_ASM("ror", x, n)
  33
  34 #else
  35
  36 #define SHA_ROT(X,l,r)    (((X) << (l)) | ((X) >> (r)))
  37 #define SHA_ROL(X,n)    SHA_ROT(X,n,32-(n))
  38 #define SHA_ROR(X,n)    SHA_ROT(X,32-(n),n)
  39
  40 #endif
  41
  42 /*
  43  * If you have 32 registers or more, the compiler can (and should)
  44  * try to change the array[] accesses into registers. However, on
  45  * machines with less than ~25 registers, that won't really work,
  46  * and at least gcc will make an unholy mess of it.
  47  *
  48  * So to avoid that mess which just slows things down, we force
  49  * the stores to memory to actually happen (we might be better off
  50  * with a 'W(t)=(val);asm("":"+m" (W(t))' there instead, as
  51  * suggested by Artur Skawina - that will also make gcc unable to
  52  * try to do the silly "optimize away loads" part because it won't
  53  * see what the value will be).
  54  *
  55  * Ben Herrenschmidt reports that on PPC, the C version comes close
  56  * to the optimized asm with this (ie on PPC you don't want that
  57  * 'volatile', since there are lots of registers).
  58  *
  59  * On ARM we get the best code generation by forcing a full memory barrier
  60  * between each SHA_ROUND, otherwise gcc happily get wild with spilling and
  61  * the stack frame size simply explode and performance goes down the drain.
  62  */
  63
  64 #if defined(__i386__) || defined(__x86_64__)
  65   #define setW(x, val) (*(volatile unsigned int *)&W(x) = (val))
  66 #elif defined(__GNUC__) && defined(__arm__)
  67   #define setW(x, val) do { W(x) = (val); __asm__("":::"memory"); } while (0)
  68 #else
  69   #define setW(x, val) (W(x) = (val))
  70 #endif
  71
  72 /*
  73  * Performance might be improved if the CPU architecture is OK with
  74  * unaligned 32-bit loads and a fast ntohl() is available.
  75  * Otherwise fall back to byte loads and shifts which is portable,
  76  * and is faster on architectures with memory alignment issues.
  77  */
  78
  79 #if defined(__i386__) || defined(__x86_64__) || \
  80     defined(__ppc__) || defined(__ppc64__) || \
  81     defined(__powerpc__) || defined(__powerpc64__) || \
  82     defined(__s390__) || defined(__s390x__)
  83
  84 #define get_be32(p)    ntohl(*(unsigned int *)(p))
  85 #define put_be32(p, v)    do { *(unsigned int *)(p) = htonl(v); } while (0)
  86
  87 #else
  88
  89 #define get_be32(p)    ( \
  90     (*((unsigned char *)(p) + 0) << 24) | \
  91     (*((unsigned char *)(p) + 1) << 16) | \
  92     (*((unsigned char *)(p) + 2) <<  8) | \
  93     (*((unsigned char *)(p) + 3) <<  0) )
  94 #define put_be32(p, v)    do { \
  95     unsigned int __v = (v); \
  96     *((unsigned char *)(p) + 0) = __v >> 24; \
  97     *((unsigned char *)(p) + 1) = __v >> 16; \
  98     *((unsigned char *)(p) + 2) = __v >>  8; \
  99     *((unsigned char *)(p) + 3) = __v >>  0; } while (0)
 100
 101 #endif
 102
 103 /* This "rolls" over the 512-bit array */
 104 #define W(x) (array[(x)&15])
 105
 106 /*
 107  * Where do we get the source from? The first 16 iterations get it from
 108  * the input data, the next mix it from the 512-bit array.
 109  */
 110 #define SHA_SRC(t) get_be32(data + t)
 111 #define SHA_MIX(t) SHA_ROL(W(t+13) ^ W(t+8) ^ W(t+2) ^ W(t), 1)
 112
 113 #define SHA_ROUND(t, input, fn, constant, A, B, C, D, E) do { \
 114     unsigned int TEMP = input(t); setW(t, TEMP); \
 115     E += TEMP + SHA_ROL(A,5) + (fn) + (constant); \
 116     B = SHA_ROR(B, 2); } while (0)
 117
 118 #define T_0_15(t, A, B, C, D, E)  SHA_ROUND(t, SHA_SRC, (((C^D)&B)^D) , 0x5a827999, A, B, C, D, E )
 119 #define T_16_19(t, A, B, C, D, E) SHA_ROUND(t, SHA_MIX, (((C^D)&B)^D) , 0x5a827999, A, B, C, D, E )
 120 #define T_20_39(t, A, B, C, D, E) SHA_ROUND(t, SHA_MIX, (B^C^D) , 0x6ed9eba1, A, B, C, D, E )
 121 #define T_40_59(t, A, B, C, D, E) SHA_ROUND(t, SHA_MIX, ((B&C)+(D&(B^C))) , 0x8f1bbcdc, A, B, C, D, E )
 122 #define T_60_79(t, A, B, C, D, E) SHA_ROUND(t, SHA_MIX, (B^C^D) ,  0xca62c1d6, A, B, C, D, E )
 123
 124 static void blk_SHA1_Block(blk_SHA_CTX *ctx, const unsigned int *data)
 125 {
 126     unsigned int A,B,C,D,E;
 127     unsigned int array[16];
 128
 129     A = ctx->H[0];
 130     B = ctx->H[1];
 131     C = ctx->H[2];
 132     D = ctx->H[3];
 133     E = ctx->H[4];
 134
 135     /* Round 1 - iterations 0-16 take their input from 'data' */
 136     T_0_15( 0, A, B, C, D, E);
 137     T_0_15( 1, E, A, B, C, D);
 138     T_0_15( 2, D, E, A, B, C);
 139     T_0_15( 3, C, D, E, A, B);
 140     T_0_15( 4, B, C, D, E, A);
 141     T_0_15( 5, A, B, C, D, E);
 142     T_0_15( 6, E, A, B, C, D);
 143     T_0_15( 7, D, E, A, B, C);
 144     T_0_15( 8, C, D, E, A, B);
 145     T_0_15( 9, B, C, D, E, A);
 146     T_0_15(10, A, B, C, D, E);
 147     T_0_15(11, E, A, B, C, D);
 148     T_0_15(12, D, E, A, B, C);
 149     T_0_15(13, C, D, E, A, B);
 150     T_0_15(14, B, C, D, E, A);
 151     T_0_15(15, A, B, C, D, E);
 152
 153     /* Round 1 - tail. Input from 512-bit mixing array */
 154     T_16_19(16, E, A, B, C, D);
 155     T_16_19(17, D, E, A, B, C);
 156     T_16_19(18, C, D, E, A, B);
 157     T_16_19(19, B, C, D, E, A);
 158
 159     /* Round 2 */
 160     T_20_39(20, A, B, C, D, E);
 161     T_20_39(21, E, A, B, C, D);
 162     T_20_39(22, D, E, A, B, C);
 163     T_20_39(23, C, D, E, A, B);
 164     T_20_39(24, B, C, D, E, A);
 165     T_20_39(25, A, B, C, D, E);
 166     T_20_39(26, E, A, B, C, D);
 167     T_20_39(27, D, E, A, B, C);
 168     T_20_39(28, C, D, E, A, B);
 169     T_20_39(29, B, C, D, E, A);
 170     T_20_39(30, A, B, C, D, E);
 171     T_20_39(31, E, A, B, C, D);
 172     T_20_39(32, D, E, A, B, C);
 173     T_20_39(33, C, D, E, A, B);
 174     T_20_39(34, B, C, D, E, A);
 175     T_20_39(35, A, B, C, D, E);
 176     T_20_39(36, E, A, B, C, D);
 177     T_20_39(37, D, E, A, B, C);
 178     T_20_39(38, C, D, E, A, B);
 179     T_20_39(39, B, C, D, E, A);
 180
 181     /* Round 3 */
 182     T_40_59(40, A, B, C, D, E);
 183     T_40_59(41, E, A, B, C, D);
 184     T_40_59(42, D, E, A, B, C);
 185     T_40_59(43, C, D, E, A, B);
 186     T_40_59(44, B, C, D, E, A);
 187     T_40_59(45, A, B, C, D, E);
 188     T_40_59(46, E, A, B, C, D);
 189     T_40_59(47, D, E, A, B, C);
 190     T_40_59(48, C, D, E, A, B);
 191     T_40_59(49, B, C, D, E, A);
 192     T_40_59(50, A, B, C, D, E);
 193     T_40_59(51, E, A, B, C, D);
 194     T_40_59(52, D, E, A, B, C);
 195     T_40_59(53, C, D, E, A, B);
 196     T_40_59(54, B, C, D, E, A);
 197     T_40_59(55, A, B, C, D, E);
 198     T_40_59(56, E, A, B, C, D);
 199     T_40_59(57, D, E, A, B, C);
 200     T_40_59(58, C, D, E, A, B);
 201     T_40_59(59, B, C, D, E, A);
 202
 203     /* Round 4 */
 204     T_60_79(60, A, B, C, D, E);
 205     T_60_79(61, E, A, B, C, D);
 206     T_60_79(62, D, E, A, B, C);
 207     T_60_79(63, C, D, E, A, B);
 208     T_60_79(64, B, C, D, E, A);
 209     T_60_79(65, A, B, C, D, E);
 210     T_60_79(66, E, A, B, C, D);
 211     T_60_79(67, D, E, A, B, C);
 212     T_60_79(68, C, D, E, A, B);
 213     T_60_79(69, B, C, D, E, A);
 214     T_60_79(70, A, B, C, D, E);
 215     T_60_79(71, E, A, B, C, D);
 216     T_60_79(72, D, E, A, B, C);
 217     T_60_79(73, C, D, E, A, B);
 218     T_60_79(74, B, C, D, E, A);
 219     T_60_79(75, A, B, C, D, E);
 220     T_60_79(76, E, A, B, C, D);
 221     T_60_79(77, D, E, A, B, C);
 222     T_60_79(78, C, D, E, A, B);
 223     T_60_79(79, B, C, D, E, A);
 224
 225     ctx->H[0] += A;
 226     ctx->H[1] += B;
 227     ctx->H[2] += C;
 228     ctx->H[3] += D;
 229     ctx->H[4] += E;
 230 }
 231
 232 void blk_SHA1_Init(blk_SHA_CTX *ctx)
 233 {
 234     ctx->size = 0;
 235
 236     /* Initialize H with the magic constants (see FIPS180 for constants) */
 237     ctx->H[0] = 0x67452301;
 238     ctx->H[1] = 0xefcdab89;
 239     ctx->H[2] = 0x98badcfe;
 240     ctx->H[3] = 0x10325476;
 241     ctx->H[4] = 0xc3d2e1f0;
 242 }
 243
 244 void blk_SHA1_Update(blk_SHA_CTX *ctx, const void *data, unsigned long len)
 245 {
 246     int lenW = ctx->size & 63;
 247
 248     ctx->size += len;
 249
 250     /* Read the data into W and process blocks as they get full */
 251     if (lenW) {
 252         int left = 64 - lenW;
 253         if (len < left)
 254             left = len;
 255         memcpy(lenW + (char *)ctx->W, data, left);
 256         lenW = (lenW + left) & 63;
 257         len -= left;
 258         data = ((const char *)data + left);
 259         if (lenW)
 260             return;
 261         blk_SHA1_Block(ctx, ctx->W);
 262     }
 263     while (len >= 64) {
 264         blk_SHA1_Block(ctx, (const unsigned int*)data);
 265         data = ((const char *)data + 64);
 266         len -= 64;
 267     }
 268     if (len)
 269         memcpy(ctx->W, data, len);
 270 }
 271
 272 void blk_SHA1_Final(unsigned char hashout[20], blk_SHA_CTX *ctx)
 273 {
 274     static const unsigned char pad[64] = { 0x80 };
 275     unsigned int padlen[2];
 276     int i;
 277
 278     /* Pad with a binary 1 (ie 0x80), then zeroes, then length */
 279     padlen[0] = htonl(ctx->size >> 29);
 280     padlen[1] = htonl(ctx->size << 3);
 281
 282     i = ctx->size & 63;
 283     blk_SHA1_Update(ctx, pad, 1+ (63 & (55 - i)));
 284     blk_SHA1_Update(ctx, padlen, 8);
 285
 286     /* Output hash */
 287     for (i = 0; i < 5; i++)
 288         put_be32(hashout + i*4, ctx->H[i]);
 289 }