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synced 2024-08-21 12:43:23 +02:00
HW: add AES engine & implement AES-CCM
This commit is contained in:
parent
1bf449d752
commit
ea1ea0224c
2
externals/dynarmic
vendored
2
externals/dynarmic
vendored
@ -1 +1 @@
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Subproject commit 459d7d1bafcf85677c989b7cb260d3789aa813e2
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Subproject commit 358cf7c32205a5114964865c86a8455daf810732
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@ -45,3 +45,4 @@
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// Sys files
|
// Sys files
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#define SHARED_FONT "shared_font.bin"
|
#define SHARED_FONT "shared_font.bin"
|
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|
#define AES_KEYS "aes_keys.txt"
|
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|
@ -62,6 +62,7 @@ namespace Log {
|
|||||||
SUB(HW, Memory) \
|
SUB(HW, Memory) \
|
||||||
SUB(HW, LCD) \
|
SUB(HW, LCD) \
|
||||||
SUB(HW, GPU) \
|
SUB(HW, GPU) \
|
||||||
|
SUB(HW, AES) \
|
||||||
CLS(Frontend) \
|
CLS(Frontend) \
|
||||||
CLS(Render) \
|
CLS(Render) \
|
||||||
SUB(Render, Software) \
|
SUB(Render, Software) \
|
||||||
|
@ -79,6 +79,7 @@ enum class Class : ClassType {
|
|||||||
HW_Memory, ///< Memory-map and address translation
|
HW_Memory, ///< Memory-map and address translation
|
||||||
HW_LCD, ///< LCD register emulation
|
HW_LCD, ///< LCD register emulation
|
||||||
HW_GPU, ///< GPU control emulation
|
HW_GPU, ///< GPU control emulation
|
||||||
|
HW_AES, ///< AES engine emulation
|
||||||
Frontend, ///< Emulator UI
|
Frontend, ///< Emulator UI
|
||||||
Render, ///< Emulator video output and hardware acceleration
|
Render, ///< Emulator video output and hardware acceleration
|
||||||
Render_Software, ///< Software renderer backend
|
Render_Software, ///< Software renderer backend
|
||||||
|
@ -159,6 +159,9 @@ set(SRCS
|
|||||||
hle/service/y2r_u.cpp
|
hle/service/y2r_u.cpp
|
||||||
hle/shared_page.cpp
|
hle/shared_page.cpp
|
||||||
hle/svc.cpp
|
hle/svc.cpp
|
||||||
|
hw/aes/arithmetic128.cpp
|
||||||
|
hw/aes/ccm.cpp
|
||||||
|
hw/aes/key.cpp
|
||||||
hw/gpu.cpp
|
hw/gpu.cpp
|
||||||
hw/hw.cpp
|
hw/hw.cpp
|
||||||
hw/lcd.cpp
|
hw/lcd.cpp
|
||||||
@ -342,6 +345,9 @@ set(HEADERS
|
|||||||
hle/service/y2r_u.h
|
hle/service/y2r_u.h
|
||||||
hle/shared_page.h
|
hle/shared_page.h
|
||||||
hle/svc.h
|
hle/svc.h
|
||||||
|
hw/aes/arithmetic128.h
|
||||||
|
hw/aes/ccm.h
|
||||||
|
hw/aes/key.h
|
||||||
hw/gpu.h
|
hw/gpu.h
|
||||||
hw/hw.h
|
hw/hw.h
|
||||||
hw/lcd.h
|
hw/lcd.h
|
||||||
|
47
src/core/hw/aes/arithmetic128.cpp
Normal file
47
src/core/hw/aes/arithmetic128.cpp
Normal file
@ -0,0 +1,47 @@
|
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// Copyright 2017 Citra Emulator Project
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// Licensed under GPLv2 or any later version
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// Refer to the license.txt file included.
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#include <algorithm>
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|
#include <functional>
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|
#include "core/hw/aes/arithmetic128.h"
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|
namespace HW {
|
||||||
|
namespace AES {
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||||||
|
|
||||||
|
AESKey Lrot128(const AESKey& in, u32 rot) {
|
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|
AESKey out;
|
||||||
|
rot %= 128;
|
||||||
|
const u32 byte_shift = rot / 8;
|
||||||
|
const u32 bit_shift = rot % 8;
|
||||||
|
|
||||||
|
for (u32 i = 0; i < 16; i++) {
|
||||||
|
const u32 wrap_index_a = (i + byte_shift) % 16;
|
||||||
|
const u32 wrap_index_b = (i + byte_shift + 1) % 16;
|
||||||
|
out[i] = ((in[wrap_index_a] << bit_shift) | (in[wrap_index_b] >> (8 - bit_shift))) & 0xFF;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
return out;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
AESKey Add128(const AESKey& a, const AESKey& b) {
|
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|
AESKey out;
|
||||||
|
u32 carry = 0;
|
||||||
|
u32 sum = 0;
|
||||||
|
|
||||||
|
for (int i = 15; i >= 0; i--) {
|
||||||
|
sum = a[i] + b[i] + carry;
|
||||||
|
carry = sum >> 8;
|
||||||
|
out[i] = static_cast<u8>(sum & 0xff);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return out;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
AESKey Xor128(const AESKey& a, const AESKey& b) {
|
||||||
|
AESKey out;
|
||||||
|
std::transform(a.cbegin(), a.cend(), b.cbegin(), out.begin(), std::bit_xor<>());
|
||||||
|
return out;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
} // namespace AES
|
||||||
|
} // namespace HW
|
17
src/core/hw/aes/arithmetic128.h
Normal file
17
src/core/hw/aes/arithmetic128.h
Normal file
@ -0,0 +1,17 @@
|
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// Copyright 2017 Citra Emulator Project
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// Licensed under GPLv2 or any later version
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// Refer to the license.txt file included.
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#pragma once
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|
#include "common/common_types.h"
|
||||||
|
#include "core/hw/aes/key.h"
|
||||||
|
|
||||||
|
namespace HW {
|
||||||
|
namespace AES {
|
||||||
|
AESKey Lrot128(const AESKey& in, u32 rot);
|
||||||
|
AESKey Add128(const AESKey& a, const AESKey& b);
|
||||||
|
AESKey Xor128(const AESKey& a, const AESKey& b);
|
||||||
|
|
||||||
|
} // namspace AES
|
||||||
|
} // namespace HW
|
95
src/core/hw/aes/ccm.cpp
Normal file
95
src/core/hw/aes/ccm.cpp
Normal file
@ -0,0 +1,95 @@
|
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// Copyright 2017 Citra Emulator Project
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// Licensed under GPLv2 or any later version
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// Refer to the license.txt file included.
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|
#include <algorithm>
|
||||||
|
#include <cryptopp/aes.h>
|
||||||
|
#include <cryptopp/ccm.h>
|
||||||
|
#include <cryptopp/cryptlib.h>
|
||||||
|
#include <cryptopp/filters.h>
|
||||||
|
#include "common/alignment.h"
|
||||||
|
#include "common/logging/log.h"
|
||||||
|
#include "core/hw/aes/ccm.h"
|
||||||
|
#include "core/hw/aes/key.h"
|
||||||
|
|
||||||
|
namespace HW {
|
||||||
|
namespace AES {
|
||||||
|
|
||||||
|
namespace {
|
||||||
|
|
||||||
|
// 3DS uses a non-standard AES-CCM algorithm, so we need to derive a sub class from the standard one
|
||||||
|
// and override with the non-standard part.
|
||||||
|
using CryptoPP::lword;
|
||||||
|
using CryptoPP::AES;
|
||||||
|
using CryptoPP::CCM_Final;
|
||||||
|
using CryptoPP::CCM_Base;
|
||||||
|
template <bool T_IsEncryption>
|
||||||
|
class CCM_3DSVariant_Final : public CCM_Final<AES, CCM_MAC_SIZE, T_IsEncryption> {
|
||||||
|
public:
|
||||||
|
void UncheckedSpecifyDataLengths(lword header_length, lword message_length,
|
||||||
|
lword footer_length) override {
|
||||||
|
// 3DS uses the aligned size to generate B0 for authentication, instead of the original size
|
||||||
|
lword aligned_message_length = Common::AlignUp(message_length, AES_BLOCK_SIZE);
|
||||||
|
CCM_Base::UncheckedSpecifyDataLengths(header_length, aligned_message_length, footer_length);
|
||||||
|
CCM_Base::m_messageLength = message_length; // restore the actual message size
|
||||||
|
}
|
||||||
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
class CCM_3DSVariant {
|
||||||
|
public:
|
||||||
|
using Encryption = CCM_3DSVariant_Final<true>;
|
||||||
|
using Decryption = CCM_3DSVariant_Final<false>;
|
||||||
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
} // namespace
|
||||||
|
|
||||||
|
std::vector<u8> EncryptSignCCM(const std::vector<u8>& pdata, const CCMNonce& nonce,
|
||||||
|
size_t slot_id) {
|
||||||
|
if (!IsNormalKeyAvailable(slot_id)) {
|
||||||
|
LOG_ERROR(HW_AES, "Key slot %d not available. Will use zero key.", slot_id);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
const AESKey normal = GetNormalKey(slot_id);
|
||||||
|
std::vector<u8> cipher(pdata.size() + CCM_MAC_SIZE);
|
||||||
|
|
||||||
|
try {
|
||||||
|
CCM_3DSVariant::Encryption e;
|
||||||
|
e.SetKeyWithIV(normal.data(), AES_BLOCK_SIZE, nonce.data(), CCM_NONCE_SIZE);
|
||||||
|
e.SpecifyDataLengths(0, pdata.size(), 0);
|
||||||
|
CryptoPP::ArraySource as(pdata.data(), pdata.size(), true,
|
||||||
|
new CryptoPP::AuthenticatedEncryptionFilter(
|
||||||
|
e, new CryptoPP::ArraySink(cipher.data(), cipher.size())));
|
||||||
|
} catch (const CryptoPP::Exception& e) {
|
||||||
|
LOG_ERROR(HW_AES, "FAILED with: %s", e.what());
|
||||||
|
}
|
||||||
|
return cipher;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
std::vector<u8> DecryptVerifyCCM(const std::vector<u8>& cipher, const CCMNonce& nonce,
|
||||||
|
size_t slot_id) {
|
||||||
|
if (!IsNormalKeyAvailable(slot_id)) {
|
||||||
|
LOG_ERROR(HW_AES, "Key slot %d not available. Will use zero key.", slot_id);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
const AESKey normal = GetNormalKey(slot_id);
|
||||||
|
const std::size_t pdata_size = cipher.size() - CCM_MAC_SIZE;
|
||||||
|
std::vector<u8> pdata(pdata_size);
|
||||||
|
|
||||||
|
try {
|
||||||
|
CCM_3DSVariant::Decryption d;
|
||||||
|
d.SetKeyWithIV(normal.data(), AES_BLOCK_SIZE, nonce.data(), CCM_NONCE_SIZE);
|
||||||
|
d.SpecifyDataLengths(0, pdata_size, 0);
|
||||||
|
CryptoPP::AuthenticatedDecryptionFilter df(
|
||||||
|
d, new CryptoPP::ArraySink(pdata.data(), pdata_size));
|
||||||
|
CryptoPP::ArraySource as(cipher.data(), cipher.size(), true, new CryptoPP::Redirector(df));
|
||||||
|
if (!df.GetLastResult()) {
|
||||||
|
LOG_ERROR(HW_AES, "FAILED");
|
||||||
|
return {};
|
||||||
|
}
|
||||||
|
} catch (const CryptoPP::Exception& e) {
|
||||||
|
LOG_ERROR(HW_AES, "FAILED with: %s", e.what());
|
||||||
|
return {};
|
||||||
|
}
|
||||||
|
return pdata;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
} // namespace AES
|
||||||
|
} // namespace HW
|
40
src/core/hw/aes/ccm.h
Normal file
40
src/core/hw/aes/ccm.h
Normal file
@ -0,0 +1,40 @@
|
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|
// Copyright 2017 Citra Emulator Project
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// Licensed under GPLv2 or any later version
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// Refer to the license.txt file included.
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#pragma once
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||||||
|
|
||||||
|
#include <array>
|
||||||
|
#include <cstddef>
|
||||||
|
#include <vector>
|
||||||
|
#include "common/common_types.h"
|
||||||
|
|
||||||
|
namespace HW {
|
||||||
|
namespace AES {
|
||||||
|
|
||||||
|
constexpr size_t CCM_NONCE_SIZE = 12;
|
||||||
|
constexpr size_t CCM_MAC_SIZE = 16;
|
||||||
|
|
||||||
|
using CCMNonce = std::array<u8, CCM_NONCE_SIZE>;
|
||||||
|
|
||||||
|
/**
|
||||||
|
* Encrypts and adds a MAC to the given data using AES-CCM algorithm.
|
||||||
|
* @param pdata The plain text data to encrypt
|
||||||
|
* @param nonce The nonce data to use for encryption
|
||||||
|
* @param slot_id The slot ID of the key to use for encryption
|
||||||
|
* @returns a vector of u8 containing the encrypted data with MAC at the end
|
||||||
|
*/
|
||||||
|
std::vector<u8> EncryptSignCCM(const std::vector<u8>& pdata, const CCMNonce& nonce, size_t slot_id);
|
||||||
|
|
||||||
|
/**
|
||||||
|
* Decrypts and verify the MAC of the given data using AES-CCM algorithm.
|
||||||
|
* @param cipher The cipher text data to decrypt, with MAC at the end to verify
|
||||||
|
* @param nonce The nonce data to use for decryption
|
||||||
|
* @param slot_id The slot ID of the key to use for decryption
|
||||||
|
* @returns a vector of u8 containing the decrypted data; an empty vector if the verification fails
|
||||||
|
*/
|
||||||
|
std::vector<u8> DecryptVerifyCCM(const std::vector<u8>& cipher, const CCMNonce& nonce,
|
||||||
|
size_t slot_id);
|
||||||
|
|
||||||
|
} // namespace AES
|
||||||
|
} // namespace HW
|
173
src/core/hw/aes/key.cpp
Normal file
173
src/core/hw/aes/key.cpp
Normal file
@ -0,0 +1,173 @@
|
|||||||
|
// Copyright 2017 Citra Emulator Project
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|
// Licensed under GPLv2 or any later version
|
||||||
|
// Refer to the license.txt file included.
|
||||||
|
|
||||||
|
#include <algorithm>
|
||||||
|
#include <exception>
|
||||||
|
#include <sstream>
|
||||||
|
#include <boost/optional.hpp>
|
||||||
|
#include "common/common_paths.h"
|
||||||
|
#include "common/file_util.h"
|
||||||
|
#include "common/logging/log.h"
|
||||||
|
#include "common/string_util.h"
|
||||||
|
#include "core/hw/aes/arithmetic128.h"
|
||||||
|
#include "core/hw/aes/key.h"
|
||||||
|
|
||||||
|
namespace HW {
|
||||||
|
namespace AES {
|
||||||
|
|
||||||
|
namespace {
|
||||||
|
|
||||||
|
boost::optional<AESKey> generator_constant;
|
||||||
|
|
||||||
|
struct KeySlot {
|
||||||
|
boost::optional<AESKey> x;
|
||||||
|
boost::optional<AESKey> y;
|
||||||
|
boost::optional<AESKey> normal;
|
||||||
|
|
||||||
|
void SetKeyX(const AESKey& key) {
|
||||||
|
x = key;
|
||||||
|
if (y && generator_constant) {
|
||||||
|
GenerateNormalKey();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
void SetKeyY(const AESKey& key) {
|
||||||
|
y = key;
|
||||||
|
if (x && generator_constant) {
|
||||||
|
GenerateNormalKey();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
void SetNormalKey(const AESKey& key) {
|
||||||
|
normal = key;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
void GenerateNormalKey() {
|
||||||
|
normal = Lrot128(Add128(Xor128(Lrot128(*x, 2), *y), *generator_constant), 87);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
void Clear() {
|
||||||
|
x.reset();
|
||||||
|
y.reset();
|
||||||
|
normal.reset();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
std::array<KeySlot, KeySlotID::MaxKeySlotID> key_slots;
|
||||||
|
|
||||||
|
void ClearAllKeys() {
|
||||||
|
for (KeySlot& slot : key_slots) {
|
||||||
|
slot.Clear();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
generator_constant.reset();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
AESKey HexToKey(const std::string& hex) {
|
||||||
|
if (hex.size() < 32) {
|
||||||
|
throw std::invalid_argument("hex string is too short");
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
AESKey key;
|
||||||
|
for (size_t i = 0; i < key.size(); ++i) {
|
||||||
|
key[i] = static_cast<u8>(std::stoi(hex.substr(i * 2, 2), 0, 16));
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return key;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
void LoadPresetKeys() {
|
||||||
|
const std::string filepath = FileUtil::GetUserPath(D_SYSDATA_IDX) + AES_KEYS;
|
||||||
|
FileUtil::CreateFullPath(filepath); // Create path if not already created
|
||||||
|
std::ifstream file;
|
||||||
|
OpenFStream(file, filepath, std::ios_base::in);
|
||||||
|
if (!file) {
|
||||||
|
return;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
while (!file.eof()) {
|
||||||
|
std::string line;
|
||||||
|
std::getline(file, line);
|
||||||
|
std::vector<std::string> parts;
|
||||||
|
Common::SplitString(line, '=', parts);
|
||||||
|
if (parts.size() != 2) {
|
||||||
|
LOG_ERROR(HW_AES, "Failed to parse %s", line.c_str());
|
||||||
|
continue;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
const std::string& name = parts[0];
|
||||||
|
AESKey key;
|
||||||
|
try {
|
||||||
|
key = HexToKey(parts[1]);
|
||||||
|
} catch (const std::logic_error& e) {
|
||||||
|
LOG_ERROR(HW_AES, "Invalid key %s: %s", parts[1].c_str(), e.what());
|
||||||
|
continue;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if (name == "generator") {
|
||||||
|
generator_constant = key;
|
||||||
|
continue;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
size_t slot_id;
|
||||||
|
char key_type;
|
||||||
|
if (std::sscanf(name.c_str(), "slot0x%zXKey%c", &slot_id, &key_type) != 2) {
|
||||||
|
LOG_ERROR(HW_AES, "Invalid key name %s", name.c_str());
|
||||||
|
continue;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if (slot_id >= MaxKeySlotID) {
|
||||||
|
LOG_ERROR(HW_AES, "Out of range slot ID 0x%zX", slot_id);
|
||||||
|
continue;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
switch (key_type) {
|
||||||
|
case 'X':
|
||||||
|
key_slots.at(slot_id).SetKeyX(key);
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
case 'Y':
|
||||||
|
key_slots.at(slot_id).SetKeyY(key);
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
case 'N':
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key_slots.at(slot_id).SetNormalKey(key);
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break;
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default:
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LOG_ERROR(HW_AES, "Invalid key type %c", key_type);
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break;
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}
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}
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}
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} // namespace
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void InitKeys() {
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ClearAllKeys();
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LoadPresetKeys();
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}
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void SetGeneratorConstant(const AESKey& key) {
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generator_constant = key;
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}
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void SetKeyX(size_t slot_id, const AESKey& key) {
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key_slots.at(slot_id).SetKeyX(key);
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}
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void SetKeyY(size_t slot_id, const AESKey& key) {
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key_slots.at(slot_id).SetKeyY(key);
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|
}
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|
void SetNormalKey(size_t slot_id, const AESKey& key) {
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|
key_slots.at(slot_id).SetNormalKey(key);
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|
}
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bool IsNormalKeyAvailable(size_t slot_id) {
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return key_slots.at(slot_id).normal.is_initialized();
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}
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AESKey GetNormalKey(size_t slot_id) {
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return key_slots.at(slot_id).normal.value_or(AESKey{});
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}
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} // namespace AES
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} // namespace HW
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35
src/core/hw/aes/key.h
Normal file
35
src/core/hw/aes/key.h
Normal file
@ -0,0 +1,35 @@
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|
// Copyright 2017 Citra Emulator Project
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// Licensed under GPLv2 or any later version
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// Refer to the license.txt file included.
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#pragma once
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#include <array>
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#include <cstddef>
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#include "common/common_types.h"
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namespace HW {
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|
namespace AES {
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enum KeySlotID : size_t {
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|
APTWrap = 0x31,
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|
MaxKeySlotID = 0x40,
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|
};
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|
constexpr size_t AES_BLOCK_SIZE = 16;
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using AESKey = std::array<u8, AES_BLOCK_SIZE>;
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|
void InitKeys();
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||||||
|
void SetGeneratorConstant(const AESKey& key);
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||||||
|
void SetKeyX(size_t slot_id, const AESKey& key);
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||||||
|
void SetKeyY(size_t slot_id, const AESKey& key);
|
||||||
|
void SetNormalKey(size_t slot_id, const AESKey& key);
|
||||||
|
|
||||||
|
bool IsNormalKeyAvailable(size_t slot_id);
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||||||
|
AESKey GetNormalKey(size_t slot_id);
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||||||
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} // namspace AES
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||||||
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} // namespace HW
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@ -4,6 +4,7 @@
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||||||
#include "common/common_types.h"
|
#include "common/common_types.h"
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||||||
#include "common/logging/log.h"
|
#include "common/logging/log.h"
|
||||||
|
#include "core/hw/aes/key.h"
|
||||||
#include "core/hw/gpu.h"
|
#include "core/hw/gpu.h"
|
||||||
#include "core/hw/hw.h"
|
#include "core/hw/hw.h"
|
||||||
#include "core/hw/lcd.h"
|
#include "core/hw/lcd.h"
|
||||||
@ -85,6 +86,7 @@ void Update() {}
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/// Initialize hardware
|
/// Initialize hardware
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void Init() {
|
void Init() {
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AES::InitKeys();
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GPU::Init();
|
GPU::Init();
|
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LCD::Init();
|
LCD::Init();
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||||||
LOG_DEBUG(HW, "initialized OK");
|
LOG_DEBUG(HW, "initialized OK");
|
||||||
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