/cipher-blowfish/Crypto/Cipher/Blowfish/Primitive.hs

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-- Module      : Crypto.Cipher.Blowfish.Primitive
-- License     : BSD-style
-- Stability   : experimental
-- Portability : Good

-- Crypto.Cipher.Blowfish.Primitive, copyright (c) 2012 Stijn van Drongelen
-- based on: BlowfishAux.hs (C) 2002 HardCore SoftWare, Doug Hoyte
--           (as found in Crypto-4.2.4)

module Crypto.Cipher.Blowfish.Primitive
    ( Context
    , initBlowfish
    , encrypt
    , decrypt
    ) where

import Data.Vector (Vector, (!), (//))
import qualified Data.Vector as V
import Data.Bits
import Data.Char
import Data.Word
import qualified Data.ByteString as B

type Pbox = Vector Word32
type Sbox = Vector Word32

-- | variable keyed blowfish state
data Context = BF Pbox Sbox Sbox Sbox Sbox

encrypt, decrypt :: Context -> B.ByteString -> B.ByteString
encrypt = cipher . selectEncrypt
decrypt = cipher . selectDecrypt

selectEncrypt, selectDecrypt :: Context -> (Pbox, Context)
selectEncrypt x@(BF p _ _ _ _) = (p, x)
selectDecrypt x@(BF p _ _ _ _) = (V.reverse p, x)

cipher :: (Pbox, Context) -> B.ByteString -> B.ByteString
cipher (p, bs) b
    | B.length b == 0 = B.empty
    | B.length b `mod` 8 /= 0 = error "invalid data length"
    | otherwise = B.concat $ doChunks 8 (fromW32Pair . coreCrypto p bs . toW32Pair) b

initBlowfish :: B.ByteString -> Either String Context
initBlowfish b
    | B.length b > (448 `div` 8) = fail "key too large"
    | B.length b == 0 = keyFromByteString (B.replicate (18*4) 0)
    | otherwise = keyFromByteString . B.pack . take (18*4) . cycle . B.unpack $ b

keyFromByteString :: B.ByteString -> Either String Context
keyFromByteString k
    | B.length k /= (18 * 4) = fail "Incorrect expanded key length."
    | otherwise = return . bfMakeKey . (\ws -> V.generate 18 (ws!!)) . w8tow32 . B.unpack $ k
  where
    w8tow32 :: [Word8] -> [Word32]
    w8tow32 [] = []
    w8tow32 (a:b:c:d:xs) = ( (fromIntegral a `shiftL` 24) .|.
                             (fromIntegral b `shiftL` 16) .|.
                             (fromIntegral c `shiftL`  8) .|.
                             (fromIntegral d) ) : w8tow32 xs
    w8tow32 _ = error $ "internal error: Crypto.Cipher.Blowfish:keyFromByteString"

coreCrypto :: Pbox -> Context -> (Word32, Word32) -> (Word32, Word32)
coreCrypto p bs i = (\(l,r) -> (r `xor` p!17, l `xor` p!16))
                  $ V.foldl' (doRound bs) i (V.take 16 p)
  where
    doRound :: Context -> (Word32, Word32) -> Word32 -> (Word32, Word32)
    doRound (BF _ s0 s1 s2 s3) (l,r) pv =
        let newr = l `xor` pv
            newl = r `xor` (f newr)
        in (newl, newr)
          where
            f   :: Word32 -> Word32
            f t = let a = s0 ! (fromIntegral $ (t `shiftR` 24) .&. 0xff)
                      b = s1 ! (fromIntegral $ (t `shiftR` 16) .&. 0xff)
                      c = s2 ! (fromIntegral $ (t `shiftR` 8) .&. 0xff)
                      d = s3 ! (fromIntegral $ t .&. 0xff)
                  in ((a + b) `xor` c) + d

bfMakeKey :: Vector Word32 -> Context
bfMakeKey k = procKey (0,0) (BF (V.zipWith xor k iPbox) iSbox0 iSbox1 iSbox2 iSbox3) 0

procKey :: (Word32, Word32) -> Context -> Int -> Context
procKey _     tpbf                    1042 = tpbf
procKey (l,r) tpbf@(BF p s0 s1 s2 s3)    i = procKey (nl,nr) (newbf i) (i+2)
  where (nl,nr) = coreCrypto p tpbf (l,r)
        newbf x | x <   18 = (BF (p//[(x,nl),(x+1,nr)]) s0 s1 s2 s3)
                | x <  274 = (BF p (s0//[(x-18,nl),(x-17,nr)]) s1 s2 s3)
                | x <  530 = (BF p s0 (s1//[(x-274,nl),(x-273,nr)]) s2 s3)
                | x <  786 = (BF p s0 s1 (s2//[(x-530,nl),(x-529,nr)]) s3)
                | x < 1042 = (BF p s0 s1 s2 (s3//[(x-786,nl),(x-785,nr)]))
                | otherwise = error "internal error: Crypto.Cipher.Blowfish:procKey "


doChunks :: Int -> (B.ByteString -> B.ByteString) -> B.ByteString -> [B.ByteString]
doChunks n f b =
    let (x, rest) = B.splitAt n b in
    if B.length rest >= n
        then f x : doChunks n f rest
        else [ f x ]

toW32Pair :: B.ByteString -> (Word32, Word32)
toW32Pair b = let (x1, x2) = B.splitAt 4 b
                  w1 = decode32be x1
                  w2 = decode32be x2
              in (w1,w2)

fromW32Pair :: (Word32, Word32) -> B.ByteString
fromW32Pair (w1,w2)
    = let w1' = fromIntegral w1
          w2' = fromIntegral w2
          w = (w1' `shiftL` 32) .|. w2'
      in encode64be w

decode32be :: B.ByteString -> Word32
decode32be s = id $!
    (fromIntegral (s `B.index` 0) `shiftL` 24) .|.
    (fromIntegral (s `B.index` 1) `shiftL` 16) .|.
    (fromIntegral (s `B.index` 2) `shiftL`  8) .|.
    (fromIntegral (s `B.index` 3) )

encode64be :: Word64 -> B.ByteString
encode64be w = B.pack . map fromIntegral $
                [ (w `shiftR` 56) .&. 0xff
                , (w `shiftR` 48) .&. 0xff
                , (w `shiftR` 40) .&. 0xff
                , (w `shiftR` 32) .&. 0xff
                , (w `shiftR` 24) .&. 0xff
                , (w `shiftR` 16) .&. 0xff
                , (w `shiftR` 8) .&. 0xff
                , w .&. 0xff
                ]

---------- INITIAL S AND P BOXES ARE THE HEXADECIMAL DIGITS OF PI ------------

-- TODO build these tables using TemplateHaskell and a digit extraction algorithm

mkBox :: [Char] -> Vector Word32
mkBox = V.fromList . map decode32be . doChunks 4 id . B.pack . map (fromIntegral . ord)

iPbox :: Pbox
iPbox = mkBox "\
    \\x24\x3f\x6a\x88\x85\xa3\x08\xd3\x13\x19\x8a\x2e\x03\x70\x73\x44\
    \\xa4\x09\x38\x22\x29\x9f\x31\xd0\x08\x2e\xfa\x98\xec\x4e\x6c\x89\
    \\x45\x28\x21\xe6\x38\xd0\x13\x77\xbe\x54\x66\xcf\x34\xe9\x0c\x6c\
    \\xc0\xac\x29\xb7\xc9\x7c\x50\xdd\x3f\x84\xd5\xb5\xb5\x47\x09\x17\
    \\x92\x16\xd5\xd9\x89\x79\xfb\x1b\
    \"

iSbox0 :: Sbox
iSbox0  = mkBox "\
    \\xd1\x31\x0b\xa6\x98\xdf\xb5\xac\x2f\xfd\x72\xdb\xd0\x1a\xdf\xb7\
    \\xb8\xe1\xaf\xed\x6a\x26\x7e\x96\xba\x7c\x90\x45\xf1\x2c\x7f\x99\
    \\x24\xa1\x99\x47\xb3\x91\x6c\xf7\x08\x01\xf2\xe2\x85\x8e\xfc\x16\
    \\x63\x69\x20\xd8\x71\x57\x4e\x69\xa4\x58\xfe\xa3\xf4\x93\x3d\x7e\
    \\x0d\x95\x74\x8f\x72\x8e\xb6\x58\x71\x8b\xcd\x58\x82\x15\x4a\xee\
    \\x7b\x54\xa4\x1d\xc2\x5a\x59\xb5\x9c\x30\xd5\x39\x2a\xf2\x60\x13\
    \\xc5\xd1\xb0\x23\x28\x60\x85\xf0\xca\x41\x79\x18\xb8\xdb\x38\xef\
    \\x8e\x79\xdc\xb0\x60\x3a\x18\x0e\x6c\x9e\x0e\x8b\xb0\x1e\x8a\x3e\
    \\xd7\x15\x77\xc1\xbd\x31\x4b\x27\x78\xaf\x2f\xda\x55\x60\x5c\x60\
    \\xe6\x55\x25\xf3\xaa\x55\xab\x94\x57\x48\x98\x62\x63\xe8\x14\x40\
    \\x55\xca\x39\x6a\x2a\xab\x10\xb6\xb4\xcc\x5c\x34\x11\x41\xe8\xce\
    \\xa1\x54\x86\xaf\x7c\x72\xe9\x93\xb3\xee\x14\x11\x63\x6f\xbc\x2a\
    \\x2b\xa9\xc5\x5d\x74\x18\x31\xf6\xce\x5c\x3e\x16\x9b\x87\x93\x1e\
    \\xaf\xd6\xba\x33\x6c\x24\xcf\x5c\x7a\x32\x53\x81\x28\x95\x86\x77\
    \\x3b\x8f\x48\x98\x6b\x4b\xb9\xaf\xc4\xbf\xe8\x1b\x66\x28\x21\x93\
    \\x61\xd8\x09\xcc\xfb\x21\xa9\x91\x48\x7c\xac\x60\x5d\xec\x80\x32\
    \\xef\x84\x5d\x5d\xe9\x85\x75\xb1\xdc\x26\x23\x02\xeb\x65\x1b\x88\
    \\x23\x89\x3e\x81\xd3\x96\xac\xc5\x0f\x6d\x6f\xf3\x83\xf4\x42\x39\
    \\x2e\x0b\x44\x82\xa4\x84\x20\x04\x69\xc8\xf0\x4a\x9e\x1f\x9b\x5e\
    \\x21\xc6\x68\x42\xf6\xe9\x6c\x9a\x67\x0c\x9c\x61\xab\xd3\x88\xf0\
    \\x6a\x51\xa0\xd2\xd8\x54\x2f\x68\x96\x0f\xa7\x28\xab\x51\x33\xa3\
    \\x6e\xef\x0b\x6c\x13\x7a\x3b\xe4\xba\x3b\xf0\x50\x7e\xfb\x2a\x98\
    \\xa1\xf1\x65\x1d\x39\xaf\x01\x76\x66\xca\x59\x3e\x82\x43\x0e\x88\
    \\x8c\xee\x86\x19\x45\x6f\x9f\xb4\x7d\x84\xa5\xc3\x3b\x8b\x5e\xbe\
    \\xe0\x6f\x75\xd8\x85\xc1\x20\x73\x40\x1a\x44\x9f\x56\xc1\x6a\xa6\
    \\x4e\xd3\xaa\x62\x36\x3f\x77\x06\x1b\xfe\xdf\x72\x42\x9b\x02\x3d\
    \\x37\xd0\xd7\x24\xd0\x0a\x12\x48\xdb\x0f\xea\xd3\x49\xf1\xc0\x9b\
    \\x07\x53\x72\xc9\x80\x99\x1b\x7b\x25\xd4\x79\xd8\xf6\xe8\xde\xf7\
    \\xe3\xfe\x50\x1a\xb6\x79\x4c\x3b\x97\x6c\xe0\xbd\x04\xc0\x06\xba\
    \\xc1\xa9\x4f\xb6\x40\x9f\x60\xc4\x5e\x5c\x9e\xc2\x19\x6a\x24\x63\
    \\x68\xfb\x6f\xaf\x3e\x6c\x53\xb5\x13\x39\xb2\xeb\x3b\x52\xec\x6f\
    \\x6d\xfc\x51\x1f\x9b\x30\x95\x2c\xcc\x81\x45\x44\xaf\x5e\xbd\x09\
    \\xbe\xe3\xd0\x04\xde\x33\x4a\xfd\x66\x0f\x28\x07\x19\x2e\x4b\xb3\
    \\xc0\xcb\xa8\x57\x45\xc8\x74\x0f\xd2\x0b\x5f\x39\xb9\xd3\xfb\xdb\
    \\x55\x79\xc0\xbd\x1a\x60\x32\x0a\xd6\xa1\x00\xc6\x40\x2c\x72\x79\
    \\x67\x9f\x25\xfe\xfb\x1f\xa3\xcc\x8e\xa5\xe9\xf8\xdb\x32\x22\xf8\
    \\x3c\x75\x16\xdf\xfd\x61\x6b\x15\x2f\x50\x1e\xc8\xad\x05\x52\xab\
    \\x32\x3d\xb5\xfa\xfd\x23\x87\x60\x53\x31\x7b\x48\x3e\x00\xdf\x82\
    \\x9e\x5c\x57\xbb\xca\x6f\x8c\xa0\x1a\x87\x56\x2e\xdf\x17\x69\xdb\
    \\xd5\x42\xa8\xf6\x28\x7e\xff\xc3\xac\x67\x32\xc6\x8c\x4f\x55\x73\
    \\x69\x5b\x27\xb0\xbb\xca\x58\xc8\xe1\xff\xa3\x5d\xb8\xf0\x11\xa0\
    \\x10\xfa\x3d\x98\xfd\x21\x83\xb8\x4a\xfc\xb5\x6c\x2d\xd1\xd3\x5b\
    \\x9a\x53\xe4\x79\xb6\xf8\x45\x65\xd2\x8e\x49\xbc\x4b\xfb\x97\x90\
    \\xe1\xdd\xf2\xda\xa4\xcb\x7e\x33\x62\xfb\x13\x41\xce\xe4\xc6\xe8\
    \\xef\x20\xca\xda\x36\x77\x4c\x01\xd0\x7e\x9e\xfe\x2b\xf1\x1f\xb4\
    \\x95\xdb\xda\x4d\xae\x90\x91\x98\xea\xad\x8e\x71\x6b\x93\xd5\xa0\
    \\xd0\x8e\xd1\xd0\xaf\xc7\x25\xe0\x8e\x3c\x5b\x2f\x8e\x75\x94\xb7\
    \\x8f\xf6\xe2\xfb\xf2\x12\x2b\x64\x88\x88\xb8\x12\x90\x0d\xf0\x1c\
    \\x4f\xad\x5e\xa0\x68\x8f\xc3\x1c\xd1\xcf\xf1\x91\xb3\xa8\xc1\xad\
    \\x2f\x2f\x22\x18\xbe\x0e\x17\x77\xea\x75\x2d\xfe\x8b\x02\x1f\xa1\
    \\xe5\xa0\xcc\x0f\xb5\x6f\x74\xe8\x18\xac\xf3\xd6\xce\x89\xe2\x99\
    \\xb4\xa8\x4f\xe0\xfd\x13\xe0\xb7\x7c\xc4\x3b\x81\xd2\xad\xa8\xd9\
    \\x16\x5f\xa2\x66\x80\x95\x77\x05\x93\xcc\x73\x14\x21\x1a\x14\x77\
    \\xe6\xad\x20\x65\x77\xb5\xfa\x86\xc7\x54\x42\xf5\xfb\x9d\x35\xcf\
    \\xeb\xcd\xaf\x0c\x7b\x3e\x89\xa0\xd6\x41\x1b\xd3\xae\x1e\x7e\x49\
    \\x00\x25\x0e\x2d\x20\x71\xb3\x5e\x22\x68\x00\xbb\x57\xb8\xe0\xaf\
    \\x24\x64\x36\x9b\xf0\x09\xb9\x1e\x55\x63\x91\x1d\x59\xdf\xa6\xaa\
    \\x78\xc1\x43\x89\xd9\x5a\x53\x7f\x20\x7d\x5b\xa2\x02\xe5\xb9\xc5\
    \\x83\x26\x03\x76\x62\x95\xcf\xa9\x11\xc8\x19\x68\x4e\x73\x4a\x41\
    \\xb3\x47\x2d\xca\x7b\x14\xa9\x4a\x1b\x51\x00\x52\x9a\x53\x29\x15\
    \\xd6\x0f\x57\x3f\xbc\x9b\xc6\xe4\x2b\x60\xa4\x76\x81\xe6\x74\x00\
    \\x08\xba\x6f\xb5\x57\x1b\xe9\x1f\xf2\x96\xec\x6b\x2a\x0d\xd9\x15\
    \\xb6\x63\x65\x21\xe7\xb9\xf9\xb6\xff\x34\x05\x2e\xc5\x85\x56\x64\
    \\x53\xb0\x2d\x5d\xa9\x9f\x8f\xa1\x08\xba\x47\x99\x6e\x85\x07\x6a\
    \"

iSbox1 :: Sbox
iSbox1  = mkBox "\
    \\x4b\x7a\x70\xe9\xb5\xb3\x29\x44\xdb\x75\x09\x2e\xc4\x19\x26\x23\
    \\xad\x6e\xa6\xb0\x49\xa7\xdf\x7d\x9c\xee\x60\xb8\x8f\xed\xb2\x66\
    \\xec\xaa\x8c\x71\x69\x9a\x17\xff\x56\x64\x52\x6c\xc2\xb1\x9e\xe1\
    \\x19\x36\x02\xa5\x75\x09\x4c\x29\xa0\x59\x13\x40\xe4\x18\x3a\x3e\
    \\x3f\x54\x98\x9a\x5b\x42\x9d\x65\x6b\x8f\xe4\xd6\x99\xf7\x3f\xd6\
    \\xa1\xd2\x9c\x07\xef\xe8\x30\xf5\x4d\x2d\x38\xe6\xf0\x25\x5d\xc1\
    \\x4c\xdd\x20\x86\x84\x70\xeb\x26\x63\x82\xe9\xc6\x02\x1e\xcc\x5e\
    \\x09\x68\x6b\x3f\x3e\xba\xef\xc9\x3c\x97\x18\x14\x6b\x6a\x70\xa1\
    \\x68\x7f\x35\x84\x52\xa0\xe2\x86\xb7\x9c\x53\x05\xaa\x50\x07\x37\
    \\x3e\x07\x84\x1c\x7f\xde\xae\x5c\x8e\x7d\x44\xec\x57\x16\xf2\xb8\
    \\xb0\x3a\xda\x37\xf0\x50\x0c\x0d\xf0\x1c\x1f\x04\x02\x00\xb3\xff\
    \\xae\x0c\xf5\x1a\x3c\xb5\x74\xb2\x25\x83\x7a\x58\xdc\x09\x21\xbd\
    \\xd1\x91\x13\xf9\x7c\xa9\x2f\xf6\x94\x32\x47\x73\x22\xf5\x47\x01\
    \\x3a\xe5\xe5\x81\x37\xc2\xda\xdc\xc8\xb5\x76\x34\x9a\xf3\xdd\xa7\
    \\xa9\x44\x61\x46\x0f\xd0\x03\x0e\xec\xc8\xc7\x3e\xa4\x75\x1e\x41\
    \\xe2\x38\xcd\x99\x3b\xea\x0e\x2f\x32\x80\xbb\xa1\x18\x3e\xb3\x31\
    \\x4e\x54\x8b\x38\x4f\x6d\xb9\x08\x6f\x42\x0d\x03\xf6\x0a\x04\xbf\
    \\x2c\xb8\x12\x90\x24\x97\x7c\x79\x56\x79\xb0\x72\xbc\xaf\x89\xaf\
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