bertos/sec/prng/isaac.c

   1 /**
   2  * \file
   3  * <!--
   4  * This file is part of BeRTOS.
   5  *
   6  * Bertos is free software; you can redistribute it and/or modify
   7  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
   8  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
   9  * (at your option) any later version.
  10  *
  11  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  14  * GNU General Public License for more details.
  15  *
  16  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  17  * along with this program; if not, write to the Free Software
  18  * Foundation, Inc., 51 Franklin St, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA
  19  *
  20  * As a special exception, you may use this file as part of a free software
  21  * library without restriction.  Specifically, if other files instantiate
  22  * templates or use macros or inline functions from this file, or you compile
  23  * this file and link it with other files to produce an executable, this
  24  * file does not by itself cause the resulting executable to be covered by
  25  * the GNU General Public License.  This exception does not however
  26  * invalidate any other reasons why the executable file might be covered by
  27  * the GNU General Public License.
  28  *
  29  * Copyright 2010 Develer S.r.l. (http://www.develer.com/)
  30  *
  31  * -->
  32  *
  33  * \brief ISAAC implementation
  34  * \author Giovanni Bajo <rasky@develer.com>
  35  *
  36  */
  37
  38 /*
  39 ------------------------------------------------------------------------------
  40 rand.c: By Bob Jenkins.  My random number generator, ISAAC.  Public Domain.
  41 MODIFIED:
  42   960327: Creation (addition of randinit, really)
  43   970719: use context, not global variables, for internal state
  44   980324: added main (ifdef'ed out), also rearranged randinit()
  45   010626: Note that this is public domain
  46 ------------------------------------------------------------------------------
  47 */
  48
  49 #include "isaac.h"
  50 #include <sec/prng.h>
  51 #include <sec/util.h>
  52 #include <cfg/compiler.h>
  53 #include <cfg/macros.h>
  54 #include <string.h>
  55
  56 typedef uint32_t ub4;
  57 typedef uint16_t ub2;
  58 typedef uint8_t ub1;
  59
  60 #define ind(mm,x)  (*(ub4 *)((ub1 *)(mm) + ((x) & ((CONFIG_ISAAC_RANDSIZ-1)<<2))))
  61 #define rngstep(mix,a,b,mm,m,m2,r,x) \
  62 { \
  63   x = *m;  \
  64   a = (a^(mix)) + *(m2++); \
  65   *(m++) = y = ind(mm,x) + a + b; \
  66   *(r++) = b = ind(mm,y>>CONFIG_ISAAC_RANDSIZL) + x; \
  67 }
  68
  69 static void isaac(IsaacContext *ctx)
  70 {
  71         register ub4 a,b,x,y,*m,*mm,*m2,*r,*mend;
  72         mm=ctx->randmem; r=ctx->randrsl;
  73         a = ctx->randa; b = ctx->randb + (++ctx->randc);
  74         for (m = mm, mend = m2 = m+(CONFIG_ISAAC_RANDSIZ/2); m<mend; )
  75         {
  76                 rngstep( a<<13, a, b, mm, m, m2, r, x);
  77                 rngstep( a>>6 , a, b, mm, m, m2, r, x);
  78                 rngstep( a<<2 , a, b, mm, m, m2, r, x);
  79                 rngstep( a>>16, a, b, mm, m, m2, r, x);
  80         }
  81         for (m2 = mm; m2<mend; )
  82         {
  83                 rngstep( a<<13, a, b, mm, m, m2, r, x);
  84                 rngstep( a>>6 , a, b, mm, m, m2, r, x);
  85                 rngstep( a<<2 , a, b, mm, m, m2, r, x);
  86                 rngstep( a>>16, a, b, mm, m, m2, r, x);
  87         }
  88         ctx->randb = b; ctx->randa = a;
  89 }
  90
  91
  92 #define mix(a,b,c,d,e,f,g,h) \
  93 { \
  94    a^=b<<11; d+=a; b+=c; \
  95    b^=c>>2;  e+=b; c+=d; \
  96    c^=d<<8;  f+=c; d+=e; \
  97    d^=e>>16; g+=d; e+=f; \
  98    e^=f<<10; h+=e; f+=g; \
  99    f^=g>>4;  a+=f; g+=h; \
 100    g^=h<<8;  b+=g; h+=a; \
 101    h^=a>>9;  c+=h; a+=b; \
 102 }
 103
 104 static void isaac_reseed(PRNG *ctx_, const uint8_t *seed)
 105 {
 106         IsaacContext *ctx = (IsaacContext *)ctx_;
 107         int i;
 108         ub4 a,b,c,d,e,f,g,h;
 109         ub4 *m,*r;
 110
 111         // XOR the new seed over the current state, so to depend on
 112         // the previously-generated output.
 113         xor_block(ctx->randrsl, ctx->randrsl, seed, sizeof(ctx->randrsl));
 114
 115         ctx->randa = ctx->randb = ctx->randc = 0;
 116         m=ctx->randmem;
 117         r=ctx->randrsl;
 118         a=b=c=d=e=f=g=h=0x9e3779b9;  /* the golden ratio */
 119
 120         for (i=0; i<4; ++i)          /* scramble it */
 121         {
 122                 mix(a,b,c,d,e,f,g,h);
 123         }
 124
 125         /* initialize using the contents of r[] as the seed */
 126         for (i=0; i<CONFIG_ISAAC_RANDSIZ; i+=8)
 127         {
 128                 a+=r[i  ]; b+=r[i+1]; c+=r[i+2]; d+=r[i+3];
 129                 e+=r[i+4]; f+=r[i+5]; g+=r[i+6]; h+=r[i+7];
 130                 mix(a,b,c,d,e,f,g,h);
 131                 m[i  ]=a; m[i+1]=b; m[i+2]=c; m[i+3]=d;
 132                 m[i+4]=e; m[i+5]=f; m[i+6]=g; m[i+7]=h;
 133         }
 134         /* do a second pass to make all of the seed affect all of m */
 135         for (i=0; i<CONFIG_ISAAC_RANDSIZ; i+=8)
 136         {
 137                 a+=m[i  ]; b+=m[i+1]; c+=m[i+2]; d+=m[i+3];
 138                 e+=m[i+4]; f+=m[i+5]; g+=m[i+6]; h+=m[i+7];
 139                 mix(a,b,c,d,e,f,g,h);
 140                 m[i  ]=a; m[i+1]=b; m[i+2]=c; m[i+3]=d;
 141                 m[i+4]=e; m[i+5]=f; m[i+6]=g; m[i+7]=h;
 142         }
 143 }
 144
 145 static void isaac_generate(PRNG *ctx_, uint8_t *data, size_t len)
 146 {
 147         IsaacContext *ctx = (IsaacContext *)ctx_;
 148
 149         STATIC_ASSERT(sizeof(ctx->randrsl) == CONFIG_ISAAC_RANDSIZ*4);
 150
 151         while (len)
 152         {
 153                 ASSERT(ctx->randcnt <= CONFIG_ISAAC_RANDSIZ*4);
 154
 155                 if (ctx->randcnt == CONFIG_ISAAC_RANDSIZ*4)
 156                 {
 157                         isaac(ctx);
 158                         ctx->randcnt = 0;
 159                 }
 160
 161                 size_t L = MIN(len, CONFIG_ISAAC_RANDSIZ*4 - (size_t)ctx->randcnt);
 162                 memcpy(data, (uint8_t*)ctx->randrsl + ctx->randcnt, L);
 163                 data += L;
 164                 ctx->randcnt += L;
 165                 len -= L;
 166         }
 167 }
 168
 169
 170 /**********************************************************************/
 171
 172 void isaac_init(IsaacContext *ctx)
 173 {
 174         ctx->prng.reseed = isaac_reseed;
 175         ctx->prng.generate = isaac_generate;
 176         ctx->prng.seed_len = sizeof(ctx->randrsl);
 177         ctx->prng.seeded = 0;
 178
 179         ctx->randcnt = CONFIG_ISAAC_RANDSIZ*4;
 180         memset(ctx->randrsl, 0, sizeof(ctx->randrsl));
 181 }
 182
 183
 184
 185
 186 #ifdef NEVER
 187 int main()
 188 {
 189   ub4 i,j;
 190   randctx ctx;
 191   ctx.randa=ctx.randb=ctx.randc=(ub4)0;
 192   for (i=0; i<256; ++i) ctx.randrsl[i]=(ub4)0;
 193   randinit(&ctx, TRUE);
 194   for (i=0; i<2; ++i)
 195   {
 196     isaac(&ctx);
 197     for (j=0; j<256; ++j)
 198     {
 199       printf("%.8lx",ctx.randrsl[j]);
 200       if ((j&7)==7) printf("\n");
 201     }
 202   }
 203 }
 204 #endif