Soft Реализация алгоритма ChaCha20 на ассемблере EuroASM.

Gemfory · Вчера в 03:23

Увидел пост от Майкла по поводу EuroAssembler, знал про него, все никак руки не доходили покодить на нем.
Все таки в 3 часа ночи руки решили дойти до этого ассемблера, пробежался по документации за 30 минут и написал алгоритм шифрования ChaCha20 на нем. Под x86.

Разбор алгоритма
plaintext - исходные данные шифрования
keystream - 64 байтовый блок псевдослучайных данных, полученный из состояния чачи и использумый для xor с plaintext;
nonce - уникальное значение, которое падается вместе с ключом и формирует начальное состояние алгоритма, не является секретным но обзяано быть уникальным при каждомс шифровании с одним и тем же ключом.
cчетчик counter - часть состояния, которая увеличивается на каждый 64-байтовый блок.
state - 16 * 32-bit, то есть 16 слов по 32 бита.
1. константы
2. ключ
3. счетчик
4. nonce
QuarterRound - ядро чачи, он перемешивает четыре 32-битных слова состояния, создавая диффузию.
Диффузия - это свойство преобразования, при котором изменение одного бита входных данных приводит к распространению изменений на множество битов выходного результата.
После 20 раундов из этого состояния формируется блок keystream, который затем используется в операции XOR с данными
DoubleRound - пара проходов(CR/DR), обеспечивающая полное перемешивание всех 16 слов состояния.

Сам алгоритм является симметричным потоковым алгоритмом шифрования который под капотом использует операцию xor но не с простым ключом а с псевдослучайным потоком байтов генерируемым на основе ключа nonce и счетчика.
Что значит потоковый? - это значит, что шифрование происходит не блоками фиксированного размера например как в AES, а последовательно по байтам, генерируется непрерывный поток псевдослучайных данных который затем поэлементно складывается с исходным сообщением через xor, благодаря этому можно шифровать данные произвольной длины без разбиения на блоки и обрабатывать поток данных в реальном времен.

Работает это так:
1. принимается 32 битное значение которое участвует в операции сложения по модулю 2^32, при этом результат всегда ограничен размером регистра и переполнение просто отбрасывается
2. далее результат проходит побитовое XOR преобразование с другим значением, что обеспечивает нелинейное смешивание битов и является обратимой операцией
3. затем применяется операция ROL, то есть циклический сдвиг битов влево внутри 32 битного слова, при котором вышедшие за старший бит значения не теряются а возвращаются в младшие разряды, это перераспределяет биты внутри слова и усиливает диффузию(диффузия это неравномерный процесс перешивания)
в результате этих трех операций формируется некое промежуточное состояние, которое все еще нельзя рассматривать как исходное значение, так как информация распределена по всему 32 битному пространству
4. далее это не шифрование само по себе, а часть процесса генерации ключевого потока, который в ChaCha20 формируется после многократного применения таких преобразований ко всей 16 словной матрице состояния
5. и уже только после получения ключевого потока выполняется финальный этап, где каждый байт данных поэлементно ксорится(xor) с байтом keystream, формируя шифротекст.

Результат реализации:

(Правда, еще не понял как использовать анонимные метки в этом диалекте, но как я понял их там вообще нет)

C:

;// for codeby
ChaCha20Program PROGRAM Format=PE, Width=32, Entry=Start:
    IMPORT GetStdHandle, WriteFile, ExitProcess, LIB="kernel32.dll"
    IMPORT _getch, LIB="msvcrt.dll"

Start:
    CLD
    PUSH -11
    CALL GetStdHandle
    MOV [hStdOut], EAX

    CALL CHACHA20_INIT

    PUSH 0
    PUSH lpCharsWritten
    PUSH 11
    PUSH encrypts
    PUSH [hStdOut]
    CALL WriteFile

    PUSH 0
    PUSH lpCharsWritten
    PUSH 2
    PUSH szNewLine
    PUSH [hStdOut]
    CALL WriteFile

    CALL CHACHA20_20_ROUNDS_ITERATE
  
    LEA ESI, [state]
    LEA EDI, [encrypts]
    MOV ECX, 11         
.loop_xor:
    MOV AL, [ESI]     
    XOR [EDI], AL       
    INC ESI
    INC EDI
    LOOP .loop_xor
  
    PUSH 0
    PUSH lpCharsWritten
    PUSH 11
    PUSH encrypts
    PUSH [hStdOut]
    CALL WriteFile

    PUSH 0
    PUSH lpCharsWritten
    PUSH 2
    PUSH szNewLine
    PUSH [hStdOut]
    CALL WriteFile
  
    CALL _getch
    PUSH 0
    CALL ExitProcess
  
CHACHA20_QUARTEROUND:
    ADD EAX, EBX
    XOR EDX, EAX
    ROL EDX, 16
    ADD ECX, EDX
    XOR EBX, ECX
    ROL EBX, 12
    ADD EAX, EBX
    XOR EDX, EAX
    ROL EDX, 8
    ADD ECX, EDX
    XOR EBX, ECX
    ROL EBX, 7
    RET
  
CHACHA20_DOUBLEROUND:
    LEA ESI, [state]
    MOV EAX, [ESI+0]
    MOV EBX, [ESI+16]
    MOV ECX, [ESI+32]
    MOV EDX, [ESI+48]
    CALL CHACHA20_QUARTEROUND
    MOV [ESI+0], EAX
    MOV [ESI+16], EBX
    MOV [ESI+32], ECX
    MOV [ESI+48], EDX
    MOV EAX, [ESI+4]
    MOV EBX, [ESI+20]
    MOV ECX, [ESI+36]
    MOV EDX, [ESI+52]
    CALL CHACHA20_QUARTEROUND
    MOV [ESI+4], EAX
    MOV [ESI+20], EBX
    MOV [ESI+36], ECX
    MOV [ESI+52], EDX
    MOV EAX, [ESI+8]
    MOV EBX, [ESI+24]
    MOV ECX, [ESI+40]
    MOV EDX, [ESI+56]
    CALL CHACHA20_QUARTEROUND
    MOV [ESI+8], EAX
    MOV [ESI+24], EBX
    MOV [ESI+40], ECX
    MOV [ESI+56], EDX
    MOV EAX, [ESI+12]
    MOV EBX, [ESI+28]
    MOV ECX, [ESI+44]
    MOV EDX, [ESI+60]
    CALL CHACHA20_QUARTEROUND
    MOV [ESI+12], EAX
    MOV [ESI+28], EBX
    MOV [ESI+44], ECX
    MOV [ESI+60], EDX
    MOV EAX, [ESI+0]
    MOV EBX, [ESI+20]
    MOV ECX, [ESI+40]
    MOV EDX, [ESI+60]
    CALL CHACHA20_QUARTEROUND
    MOV [ESI+0], EAX
    MOV [ESI+20], EBX
    MOV [ESI+40], ECX
    MOV [ESI+60], EDX
    MOV EAX, [ESI+4]
    MOV EBX, [ESI+24]
    MOV ECX, [ESI+44]
    MOV EDX, [ESI+48]
    CALL CHACHA20_QUARTEROUND
    MOV [ESI+4], EAX
    MOV [ESI+24], EBX
    MOV [ESI+44], ECX
    MOV [ESI+48], EDX
    MOV EAX, [ESI+8]
    MOV EBX, [ESI+28]
    MOV ECX, [ESI+32]
    MOV EDX, [ESI+52]
    CALL CHACHA20_QUARTEROUND
    MOV [ESI+8], EAX
    MOV [ESI+28], EBX
    MOV [ESI+32], ECX
    MOV [ESI+52], EDX
    MOV EAX, [ESI+12]
    MOV EBX, [ESI+16]
    MOV ECX, [ESI+36]
    MOV EDX, [ESI+56]
    CALL CHACHA20_QUARTEROUND
    MOV [ESI+12], EAX
    MOV [ESI+16], EBX
    MOV [ESI+36], ECX
    MOV [ESI+56], EDX
    RET

CHACHA20_20_ROUNDS_ITERATE:
    PUSH EBX
    PUSH ESI
    PUSH EDI
    LEA ESI, [state]
    LEA EDI, [initial_state]
    MOV ECX, 16
    REP MOVSD
    MOV EBX, 10
.loop_round_20:
    PUSH EBX
    CALL CHACHA20_DOUBLEROUND
    POP EBX
    DEC EBX
    JNZ .loop_round_20
    LEA ESI, [state]
    LEA EDI, [initial_state]
    MOV ECX, 16
.loop_sum:
    MOV EAX, [ESI]
    ADD EAX, [EDI]
    MOV [ESI], EAX
    ADD ESI, 4
    ADD EDI, 4
    LOOP .loop_sum
    POP EDI
    POP ESI
    POP EBX
    RET

CHACHA20_INIT:
    PUSH EBX
    PUSH ESI
    LEA ESI, [state]
    MOV EAX, 'expa'
    MOV [ESI+0], EAX
    MOV EAX, 'nd 3'
    MOV [ESI+4], EAX
    MOV EAX, '2-by'
    MOV [ESI+8], EAX
    MOV EAX, 'te k'
    MOV [ESI+12], EAX
    LEA EBX, [key]
    MOV EAX, [EBX+0]
    MOV [ESI+16], EAX
    MOV EAX, [EBX+4]
    MOV [ESI+20], EAX
    MOV EAX, [EBX+8]
    MOV [ESI+24], EAX
    MOV EAX, [EBX+12]
    MOV [ESI+28], EAX
    MOV EAX, [EBX+16]
    MOV [ESI+32], EAX
    MOV EAX, [EBX+20]
    MOV [ESI+36], EAX
    MOV EAX, [EBX+24]
    MOV [ESI+40], EAX
    MOV EAX, [EBX+28]
    MOV [ESI+44], EAX
    MOV EAX, 1
    MOV [ESI+48], EAX
    LEA EBX, [nonce]
    MOV EAX, [EBX+0]
    MOV [ESI+52], EAX
    MOV EAX, [EBX+4]
    MOV [ESI+56], EAX
    MOV EAX, [EBX+8]
    MOV [ESI+60], EAX
    POP ESI
    POP EBX
    RET

key DB 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31
nonce DB 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,2
encrypts DB "Hello Codeby", 0
szNewLine DB 13, 10
hStdOut DD 0
lpCharsWritten DD 0

ALIGN 16
state: DD 16 * 0
initial_state: DD 16 * 0

ENDPROGRAM ChaCha20Program

Поиск

Поиск

Soft Реализация алгоритма ChaCha20 на ассемблере EuroASM.

Gemfory

Похожие темы

Популярный контент

HackerLab

Экосистема Codeby

HackerLab

Forum Codeby

Codeby Academy