diff --git a/README.md b/README.md index 7209c4f..911e7bd 100644 --- a/README.md +++ b/README.md @@ -2,3 +2,15 @@ BLAKE2b-SSE =========== Pure Go implementation of BLAKE2b using SSE optimizations. + +Introduction +------------ + +This package is based on the pure go [BLAKE2b](https://github.com/dchest/blake2b) implementation of Dmitry Chestnykh and merges it with the (`cgo` dependent) SSE optimized [BLAKE2](https://github.com/codahale/blake2) implementation (which in turn is based on [official implementation](https://github.com/BLAKE2/BLAKE2). It does so by using [Go's Assembler](https://golang.org/doc/asm) for amd64 architectures with a fallback for other architectures. + +It gives roughly a 3x performance improvement over the non-optimized go version. + +Benchmarks +---------- + + diff --git a/blake2b.go b/blake2b.go new file mode 100644 index 0000000..f3eb388 --- /dev/null +++ b/blake2b.go @@ -0,0 +1,299 @@ +// Written in 2012 by Dmitry Chestnykh. +// +// To the extent possible under law, the author have dedicated all copyright +// and related and neighboring rights to this software to the public domain +// worldwide. This software is distributed without any warranty. +// http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/ + +// Package blake2b implements BLAKE2b cryptographic hash function. +package blake2b + +import ( + "encoding/binary" + "errors" + "hash" +) + +const ( + BlockSize = 128 // block size of algorithm + Size = 64 // maximum digest size + SaltSize = 16 // maximum salt size + PersonSize = 16 // maximum personalization string size + KeySize = 64 // maximum size of key +) + +type digest struct { + h [8]uint64 // current chain value + t [2]uint64 // message bytes counter + f [2]uint64 // finalization flags + x [BlockSize]byte // buffer for data not yet compressed + nx int // number of bytes in buffer + + ih [8]uint64 // initial chain value (after config) + paddedKey [BlockSize]byte // copy of key, padded with zeros + isKeyed bool // indicates whether hash was keyed + size uint8 // digest size in bytes + isLastNode bool // indicates processing of the last node in tree hashing +} + +// Initialization values. +var iv = [8]uint64{ + 0x6a09e667f3bcc908, 0xbb67ae8584caa73b, + 0x3c6ef372fe94f82b, 0xa54ff53a5f1d36f1, + 0x510e527fade682d1, 0x9b05688c2b3e6c1f, + 0x1f83d9abfb41bd6b, 0x5be0cd19137e2179, +} + +// Config is used to configure hash function parameters and keying. +// All parameters are optional. +type Config struct { + Size uint8 // digest size (if zero, default size of 64 bytes is used) + Key []byte // key for prefix-MAC + Salt []byte // salt (if < 16 bytes, padded with zeros) + Person []byte // personalization (if < 16 bytes, padded with zeros) + Tree *Tree // parameters for tree hashing +} + +// Tree represents parameters for tree hashing. +type Tree struct { + Fanout uint8 // fanout + MaxDepth uint8 // maximal depth + LeafSize uint32 // leaf maximal byte length (0 for unlimited) + NodeOffset uint64 // node offset (0 for first, leftmost or leaf) + NodeDepth uint8 // node depth (0 for leaves) + InnerHashSize uint8 // inner hash byte length + IsLastNode bool // indicates processing of the last node of layer +} + +var ( + defaultConfig = &Config{Size: Size} + config256 = &Config{Size: 32} +) + +func verifyConfig(c *Config) error { + if c.Size > Size { + return errors.New("digest size is too large") + } + if len(c.Key) > KeySize { + return errors.New("key is too large") + } + if len(c.Salt) > SaltSize { + // Smaller salt is okay: it will be padded with zeros. + return errors.New("salt is too large") + } + if len(c.Person) > PersonSize { + // Smaller personalization is okay: it will be padded with zeros. + return errors.New("personalization is too large") + } + if c.Tree != nil { + if c.Tree.Fanout == 1 { + return errors.New("fanout of 1 is not allowed in tree mode") + } + if c.Tree.MaxDepth < 2 { + return errors.New("incorrect tree depth") + } + if c.Tree.InnerHashSize < 1 || c.Tree.InnerHashSize > Size { + return errors.New("incorrect tree inner hash size") + } + } + return nil +} + +// New returns a new hash.Hash configured with the given Config. +// Config can be nil, in which case the default one is used, calculating 64-byte digest. +// Returns non-nil error if Config contains invalid parameters. +func New(c *Config) (hash.Hash, error) { + if c == nil { + c = defaultConfig + } else { + if c.Size == 0 { + // Set default size if it's zero. + c.Size = Size + } + if err := verifyConfig(c); err != nil { + return nil, err + } + } + d := new(digest) + d.initialize(c) + return d, nil +} + +// initialize initializes digest with the given +// config, which must be non-nil and verified. +func (d *digest) initialize(c *Config) { + // Create parameter block. + var p [BlockSize]byte + p[0] = c.Size + p[1] = uint8(len(c.Key)) + if c.Salt != nil { + copy(p[32:], c.Salt) + } + if c.Person != nil { + copy(p[48:], c.Person) + } + if c.Tree != nil { + p[2] = c.Tree.Fanout + p[3] = c.Tree.MaxDepth + binary.LittleEndian.PutUint32(p[4:], c.Tree.LeafSize) + binary.LittleEndian.PutUint64(p[8:], c.Tree.NodeOffset) + p[16] = c.Tree.NodeDepth + p[17] = c.Tree.InnerHashSize + } else { + p[2] = 1 + p[3] = 1 + } + // Initialize. + d.size = c.Size + for i := 0; i < 8; i++ { + d.h[i] = iv[i] ^ binary.LittleEndian.Uint64(p[i*8:]) + } + if c.Tree != nil && c.Tree.IsLastNode { + d.isLastNode = true + } + // Process key. + if c.Key != nil { + copy(d.paddedKey[:], c.Key) + d.Write(d.paddedKey[:]) + d.isKeyed = true + } + // Save a copy of initialized state. + copy(d.ih[:], d.h[:]) +} + +// New512 returns a new hash.Hash computing the BLAKE2b 64-byte checksum. +func New512() hash.Hash { + d := new(digest) + d.initialize(defaultConfig) + return d +} + +// New256 returns a new hash.Hash computing the BLAKE2b 32-byte checksum. +func New256() hash.Hash { + d := new(digest) + d.initialize(config256) + return d +} + +// NewMAC returns a new hash.Hash computing BLAKE2b prefix- +// Message Authentication Code of the given size in bytes +// (up to 64) with the given key (up to 64 bytes in length). +func NewMAC(outBytes uint8, key []byte) hash.Hash { + d, err := New(&Config{Size: outBytes, Key: key}) + if err != nil { + panic(err.Error()) + } + return d +} + +// Reset resets the state of digest to the initial state +// after configuration and keying. +func (d *digest) Reset() { + copy(d.h[:], d.ih[:]) + d.t[0] = 0 + d.t[1] = 0 + d.f[0] = 0 + d.f[1] = 0 + d.nx = 0 + if d.isKeyed { + d.Write(d.paddedKey[:]) + } +} + +// Size returns the digest size in bytes. +func (d *digest) Size() int { return int(d.size) } + +// BlockSize returns the algorithm block size in bytes. +func (d *digest) BlockSize() int { return BlockSize } + +func (d *digest) Write(p []byte) (nn int, err error) { + nn = len(p) + left := BlockSize - d.nx + if len(p) > left { + // Process buffer. + copy(d.x[d.nx:], p[:left]) + p = p[left:] + blocks(d, d.x[:]) + d.nx = 0 + } + // Process full blocks except for the last one. + if len(p) > BlockSize { + n := len(p) &^ (BlockSize - 1) + if n == len(p) { + n -= BlockSize + } + blocks(d, p[:n]) + p = p[n:] + } + // Fill buffer. + d.nx += copy(d.x[d.nx:], p) + return +} + +// Sum returns the calculated checksum. +func (d0 *digest) Sum(in []byte) []byte { + // Make a copy of d0 so that caller can keep writing and summing. + d := *d0 + hash := d.checkSum() + return append(in, hash[:d.size]...) +} + +func (d *digest) checkSum() [Size]byte { + // Do not create unnecessary copies of the key. + if d.isKeyed { + for i := 0; i < len(d.paddedKey); i++ { + d.paddedKey[i] = 0 + } + } + + dec := BlockSize - uint64(d.nx) + if d.t[0] < dec { + d.t[1]-- + } + d.t[0] -= dec + + // Pad buffer with zeros. + for i := d.nx; i < len(d.x); i++ { + d.x[i] = 0 + } + // Set last block flag. + d.f[0] = 0xffffffffffffffff + if d.isLastNode { + d.f[1] = 0xffffffffffffffff + } + // Compress last block. + blocks(d, d.x[:]) + + var out [Size]byte + j := 0 + for _, s := range d.h[:(d.size-1)/8+1] { + out[j+0] = byte(s >> 0) + out[j+1] = byte(s >> 8) + out[j+2] = byte(s >> 16) + out[j+3] = byte(s >> 24) + out[j+4] = byte(s >> 32) + out[j+5] = byte(s >> 40) + out[j+6] = byte(s >> 48) + out[j+7] = byte(s >> 56) + j += 8 + } + return out +} + +// Sum512 returns a 64-byte BLAKE2b hash of data. +func Sum512(data []byte) [64]byte { + var d digest + d.initialize(defaultConfig) + d.Write(data) + return d.checkSum() +} + +// Sum256 returns a 32-byte BLAKE2b hash of data. +func Sum256(data []byte) (out [32]byte) { + var d digest + d.initialize(config256) + d.Write(data) + sum := d.checkSum() + copy(out[:], sum[:32]) + return +} diff --git a/block.go b/block.go new file mode 100644 index 0000000..2f04bb7 --- /dev/null +++ b/block.go @@ -0,0 +1,1420 @@ +// Written in 2012 by Dmitry Chestnykh. +// +// To the extent possible under law, the author have dedicated all copyright +// and related and neighboring rights to this software to the public domain +// worldwide. This software is distributed without any warranty. +// http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/ + +// BLAKE2b compression of message blocks. + +package blake2b + +func blocks(d *digest, p []uint8) { + h0, h1, h2, h3, h4, h5, h6, h7 := d.h[0], d.h[1], d.h[2], d.h[3], d.h[4], d.h[5], d.h[6], d.h[7] + + for len(p) >= BlockSize { + // Increment counter. + d.t[0] += BlockSize + if d.t[0] < BlockSize { + d.t[1]++ + } + // Initialize compression function. + v0, v1, v2, v3, v4, v5, v6, v7 := h0, h1, h2, h3, h4, h5, h6, h7 + v8 := iv[0] + v9 := iv[1] + v10 := iv[2] + v11 := iv[3] + v12 := iv[4] ^ d.t[0] + v13 := iv[5] ^ d.t[1] + v14 := iv[6] ^ d.f[0] + v15 := iv[7] ^ d.f[1] + var m [16]uint64 + + j := 0 + for i := 0; i < 16; i++ { + m[i] = uint64(p[j]) | uint64(p[j+1])<<8 | uint64(p[j+2])<<16 | uint64(p[j+3])<<24 | + uint64(p[j+4])<<32 | uint64(p[j+5])<<40 | uint64(p[j+6])<<48 | uint64(p[j+7])<<56 + j += 8 + } + + // Round 1. + v0 += m[0] + v0 += v4 + v12 ^= v0 + v12 = v12<<(64-32) | v12>>32 + v8 += v12 + v4 ^= v8 + v4 = v4<<(64-24) | v4>>24 + v1 += m[2] + v1 += v5 + v13 ^= v1 + v13 = v13<<(64-32) | v13>>32 + v9 += v13 + v5 ^= v9 + v5 = v5<<(64-24) | v5>>24 + v2 += m[4] + v2 += v6 + v14 ^= v2 + v14 = v14<<(64-32) | v14>>32 + v10 += v14 + v6 ^= v10 + v6 = v6<<(64-24) | v6>>24 + v3 += m[6] + v3 += v7 + v15 ^= v3 + v15 = v15<<(64-32) | v15>>32 + v11 += v15 + v7 ^= v11 + v7 = v7<<(64-24) | v7>>24 + v2 += m[5] + v2 += v6 + v14 ^= v2 + v14 = v14<<(64-16) | v14>>16 + v10 += v14 + v6 ^= v10 + v6 = v6<<(64-63) | v6>>63 + v3 += m[7] + v3 += v7 + v15 ^= v3 + v15 = v15<<(64-16) | v15>>16 + v11 += v15 + v7 ^= v11 + v7 = v7<<(64-63) | v7>>63 + v1 += m[3] + v1 += v5 + v13 ^= v1 + v13 = v13<<(64-16) | v13>>16 + v9 += v13 + v5 ^= v9 + v5 = v5<<(64-63) | v5>>63 + v0 += m[1] + v0 += v4 + v12 ^= v0 + v12 = v12<<(64-16) | v12>>16 + v8 += v12 + v4 ^= v8 + v4 = v4<<(64-63) | v4>>63 + v0 += m[8] + v0 += v5 + v15 ^= v0 + v15 = v15<<(64-32) | v15>>32 + v10 += v15 + v5 ^= v10 + v5 = v5<<(64-24) | v5>>24 + v1 += m[10] + v1 += v6 + v12 ^= v1 + v12 = v12<<(64-32) | v12>>32 + v11 += v12 + v6 ^= v11 + v6 = v6<<(64-24) | v6>>24 + v2 += m[12] + v2 += v7 + v13 ^= v2 + v13 = v13<<(64-32) | v13>>32 + v8 += v13 + v7 ^= v8 + v7 = v7<<(64-24) | v7>>24 + v3 += m[14] + v3 += v4 + v14 ^= v3 + v14 = v14<<(64-32) | v14>>32 + v9 += v14 + v4 ^= v9 + v4 = v4<<(64-24) | v4>>24 + v2 += m[13] + v2 += v7 + v13 ^= v2 + v13 = v13<<(64-16) | v13>>16 + v8 += v13 + v7 ^= v8 + v7 = v7<<(64-63) | v7>>63 + v3 += m[15] + v3 += v4 + v14 ^= v3 + v14 = v14<<(64-16) | v14>>16 + v9 += v14 + v4 ^= v9 + v4 = v4<<(64-63) | v4>>63 + v1 += m[11] + v1 += v6 + v12 ^= v1 + v12 = v12<<(64-16) | v12>>16 + v11 += v12 + v6 ^= v11 + v6 = v6<<(64-63) | v6>>63 + v0 += m[9] + v0 += v5 + v15 ^= v0 + v15 = v15<<(64-16) | v15>>16 + v10 += v15 + v5 ^= v10 + v5 = v5<<(64-63) | v5>>63 + + // Round 2. + v0 += m[14] + v0 += v4 + v12 ^= v0 + v12 = v12<<(64-32) | v12>>32 + v8 += v12 + v4 ^= v8 + v4 = v4<<(64-24) | v4>>24 + v1 += m[4] + v1 += v5 + v13 ^= v1 + v13 = v13<<(64-32) | v13>>32 + v9 += v13 + v5 ^= v9 + v5 = v5<<(64-24) | v5>>24 + v2 += m[9] + v2 += v6 + v14 ^= v2 + v14 = v14<<(64-32) | v14>>32 + v10 += v14 + v6 ^= v10 + v6 = v6<<(64-24) | v6>>24 + v3 += m[13] + v3 += v7 + v15 ^= v3 + v15 = v15<<(64-32) | v15>>32 + v11 += v15 + v7 ^= v11 + v7 = v7<<(64-24) | v7>>24 + v2 += m[15] + v2 += v6 + v14 ^= v2 + v14 = v14<<(64-16) | v14>>16 + v10 += v14 + v6 ^= v10 + v6 = v6<<(64-63) | v6>>63 + v3 += m[6] + v3 += v7 + v15 ^= v3 + v15 = v15<<(64-16) | v15>>16 + v11 += v15 + v7 ^= v11 + v7 = v7<<(64-63) | v7>>63 + v1 += m[8] + v1 += v5 + v13 ^= v1 + v13 = v13<<(64-16) | v13>>16 + v9 += v13 + v5 ^= v9 + v5 = v5<<(64-63) | v5>>63 + v0 += m[10] + v0 += v4 + v12 ^= v0 + v12 = v12<<(64-16) | v12>>16 + v8 += v12 + v4 ^= v8 + v4 = v4<<(64-63) | v4>>63 + v0 += m[1] + v0 += v5 + v15 ^= v0 + v15 = v15<<(64-32) | v15>>32 + v10 += v15 + v5 ^= v10 + v5 = v5<<(64-24) | v5>>24 + v1 += m[0] + v1 += v6 + v12 ^= v1 + v12 = v12<<(64-32) | v12>>32 + v11 += v12 + v6 ^= v11 + v6 = v6<<(64-24) | v6>>24 + v2 += m[11] + v2 += v7 + v13 ^= v2 + v13 = v13<<(64-32) | v13>>32 + v8 += v13 + v7 ^= v8 + v7 = v7<<(64-24) | v7>>24 + v3 += m[5] + v3 += v4 + v14 ^= v3 + v14 = v14<<(64-32) | v14>>32 + v9 += v14 + v4 ^= v9 + v4 = v4<<(64-24) | v4>>24 + v2 += m[7] + v2 += v7 + v13 ^= v2 + v13 = v13<<(64-16) | v13>>16 + v8 += v13 + v7 ^= v8 + v7 = v7<<(64-63) | v7>>63 + v3 += m[3] + v3 += v4 + v14 ^= v3 + v14 = v14<<(64-16) | v14>>16 + v9 += v14 + v4 ^= v9 + v4 = v4<<(64-63) | v4>>63 + v1 += m[2] + v1 += v6 + v12 ^= v1 + v12 = v12<<(64-16) | v12>>16 + v11 += v12 + v6 ^= v11 + v6 = v6<<(64-63) | v6>>63 + v0 += m[12] + v0 += v5 + v15 ^= v0 + v15 = v15<<(64-16) | v15>>16 + v10 += v15 + v5 ^= v10 + v5 = v5<<(64-63) | v5>>63 + + // Round 3. + v0 += m[11] + v0 += v4 + v12 ^= v0 + v12 = v12<<(64-32) | v12>>32 + v8 += v12 + v4 ^= v8 + v4 = v4<<(64-24) | v4>>24 + v1 += m[12] + v1 += v5 + v13 ^= v1 + v13 = v13<<(64-32) | v13>>32 + v9 += v13 + v5 ^= v9 + v5 = v5<<(64-24) | v5>>24 + v2 += m[5] + v2 += v6 + v14 ^= v2 + v14 = v14<<(64-32) | v14>>32 + v10 += v14 + v6 ^= v10 + v6 = v6<<(64-24) | v6>>24 + v3 += m[15] + v3 += v7 + v15 ^= v3 + v15 = v15<<(64-32) | v15>>32 + v11 += v15 + v7 ^= v11 + v7 = v7<<(64-24) | v7>>24 + v2 += m[2] + v2 += v6 + v14 ^= v2 + v14 = v14<<(64-16) | v14>>16 + v10 += v14 + v6 ^= v10 + v6 = v6<<(64-63) | v6>>63 + v3 += m[13] + v3 += v7 + v15 ^= v3 + v15 = v15<<(64-16) | v15>>16 + v11 += v15 + v7 ^= v11 + v7 = v7<<(64-63) | v7>>63 + v1 += m[0] + v1 += v5 + v13 ^= v1 + v13 = v13<<(64-16) | v13>>16 + v9 += v13 + v5 ^= v9 + v5 = v5<<(64-63) | v5>>63 + v0 += m[8] + v0 += v4 + v12 ^= v0 + v12 = v12<<(64-16) | v12>>16 + v8 += v12 + v4 ^= v8 + v4 = v4<<(64-63) | v4>>63 + v0 += m[10] + v0 += v5 + v15 ^= v0 + v15 = v15<<(64-32) | v15>>32 + v10 += v15 + v5 ^= v10 + v5 = v5<<(64-24) | v5>>24 + v1 += m[3] + v1 += v6 + v12 ^= v1 + v12 = v12<<(64-32) | v12>>32 + v11 += v12 + v6 ^= v11 + v6 = v6<<(64-24) | 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