#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <stdint.h>

#define ROTL64(x, y)	(((x) << (y)) | ((x) >> (64ULL - (y))))

const uint64_t KeccakF1600RndConsts[24] =
{
    0x0000000000000001ULL, 0x0000000000008082ULL, 0x800000000000808AULL,
    0x8000000080008000ULL, 0x000000000000808BULL, 0x0000000080000001ULL,
    0x8000000080008081ULL, 0x8000000000008009ULL, 0x000000000000008AULL,
    0x0000000000000088ULL, 0x0000000080008009ULL, 0x000000008000000AULL,
    0x000000008000808BULL, 0x800000000000008BULL, 0x8000000000008089ULL,
    0x8000000000008003ULL, 0x8000000000008002ULL, 0x8000000000000080ULL,
    0x000000000000800AULL, 0x800000008000000AULL, 0x8000000080008081ULL,
    0x8000000000008080ULL, 0x0000000080000001ULL, 0x8000000080008008ULL
};

void keccakf(uint64_t *st)
{
	uint64_t bc[5], tmp;
	printf("State at beginning of Keccakf permutation:\n0x");
	for(int i = 0; i < 200; ++i) printf("%02X", ((uint8_t *)st)[i]);
	printf("\n\n");

    for(int i = 0; i < 23; ++i)
    {
		bc[0] = st[4] ^ st[9] ^ st[14] ^ st[19] ^ st[24] ^ ROTL64(st[1] ^ st[6] ^ st[11] ^ st[16] ^ st[21], 1);
		bc[1] = st[0] ^ st[5] ^ st[10] ^ st[15] ^ st[20] ^ ROTL64(st[2] ^ st[7] ^ st[12] ^ st[17] ^ st[22], 1);
		bc[2] = st[1] ^ st[6] ^ st[11] ^ st[16] ^ st[21] ^ ROTL64(st[3] ^ st[8] ^ st[13] ^ st[18] ^ st[23], 1);
		bc[3] = st[2] ^ st[7] ^ st[12] ^ st[17] ^ st[22] ^ ROTL64(st[4] ^ st[9] ^ st[14] ^ st[19] ^ st[24], 1);
		bc[4] = st[3] ^ st[8] ^ st[13] ^ st[18] ^ st[23] ^ ROTL64(st[0] ^ st[5] ^ st[10] ^ st[15] ^ st[20], 1);
		st[0] ^= bc[0];

		tmp = st[ 1] ^ bc[1];
		st[ 1] = ROTL64(st[ 6] ^ bc[1], 44);
		st[ 6] = ROTL64(st[ 9] ^ bc[4], 20);
		st[ 9] = ROTL64(st[22] ^ bc[2], 61);
		st[22] = ROTL64(st[14] ^ bc[4], 39);
		st[14] = ROTL64(st[20] ^ bc[0], 18);
		st[20] = ROTL64(st[ 2] ^ bc[2], 62);
		st[ 2] = ROTL64(st[12] ^ bc[2], 43);
		st[12] = ROTL64(st[13] ^ bc[3], 25);
		st[13] = ROTL64(st[19] ^ bc[4],  8);
		st[19] = ROTL64(st[23] ^ bc[3], 56);
		st[23] = ROTL64(st[15] ^ bc[0], 41);
		st[15] = ROTL64(st[ 4] ^ bc[4], 27);
		st[ 4] = ROTL64(st[24] ^ bc[4], 14);
		st[24] = ROTL64(st[21] ^ bc[1],  2);
		st[21] = ROTL64(st[ 8] ^ bc[3], 55);
		st[ 8] = ROTL64(st[16] ^ bc[1], 45);
		st[16] = ROTL64(st[ 5] ^ bc[0], 36);
		st[ 5] = ROTL64(st[ 3] ^ bc[3], 28);
		st[ 3] = ROTL64(st[18] ^ bc[3], 21);
		st[18] = ROTL64(st[17] ^ bc[2], 15);
		st[17] = ROTL64(st[11] ^ bc[1], 10);
		st[11] = ROTL64(st[ 7] ^ bc[2],  6);
		st[ 7] = ROTL64(st[10] ^ bc[0],  3);
		st[10] = ROTL64(  tmp,  1);

		bc[0] = st[ 0]; bc[1] = st[ 1]; st[ 0] ^= (~bc[1]) & st[ 2]; st[ 1] ^= (~st[ 2]) & st[ 3]; st[ 2] ^= (~st[ 3]) & st[ 4]; st[ 3] ^= (~st[ 4]) & bc[0]; st[ 4] ^= (~bc[0]) & bc[1];
		bc[0] = st[ 5]; bc[1] = st[ 6]; st[ 5] ^= (~bc[1]) & st[ 7]; st[ 6] ^= (~st[ 7]) & st[ 8]; st[ 7] ^= (~st[ 8]) & st[ 9]; st[ 8] ^= (~st[ 9]) & bc[0]; st[ 9] ^= (~bc[0]) & bc[1];
		bc[0] = st[10]; bc[1] = st[11]; st[10] ^= (~bc[1]) & st[12]; st[11] ^= (~st[12]) & st[13]; st[12] ^= (~st[13]) & st[14]; st[13] ^= (~st[14]) & bc[0]; st[14] ^= (~bc[0]) & bc[1];
		bc[0] = st[15]; bc[1] = st[16]; st[15] ^= (~bc[1]) & st[17]; st[16] ^= (~st[17]) & st[18]; st[17] ^= (~st[18]) & st[19]; st[18] ^= (~st[19]) & bc[0]; st[19] ^= (~bc[0]) & bc[1];
		bc[0] = st[20]; bc[1] = st[21]; st[20] ^= (~bc[1]) & st[22]; st[21] ^= (~st[22]) & st[23]; st[22] ^= (~st[23]) & st[24]; st[23] ^= (~st[24]) & bc[0]; st[24] ^= (~bc[0]) & bc[1];

		st[0] ^= KeccakF1600RndConsts[i];
    }

	bc[0] = st[4] ^ st[9] ^ st[14] ^ st[19] ^ st[24] ^ ROTL64(st[1] ^ st[6] ^ st[11] ^ st[16] ^ st[21], 1);
	bc[1] = st[0] ^ st[5] ^ st[10] ^ st[15] ^ st[20] ^ ROTL64(st[2] ^ st[7] ^ st[12] ^ st[17] ^ st[22], 1);
	bc[2] = st[1] ^ st[6] ^ st[11] ^ st[16] ^ st[21] ^ ROTL64(st[3] ^ st[8] ^ st[13] ^ st[18] ^ st[23], 1);
	bc[3] = st[2] ^ st[7] ^ st[12] ^ st[17] ^ st[22] ^ ROTL64(st[4] ^ st[9] ^ st[14] ^ st[19] ^ st[24], 1);
	bc[4] = st[3] ^ st[8] ^ st[13] ^ st[18] ^ st[23] ^ ROTL64(st[0] ^ st[5] ^ st[10] ^ st[15] ^ st[20], 1);
	st[0] ^= bc[0];

	tmp = st[ 1] ^ bc[1];
	st[ 1] = ROTL64(st[ 6] ^ bc[1], 44);
	st[ 6] = ROTL64(st[ 9] ^ bc[4], 20);
	st[ 9] = ROTL64(st[22] ^ bc[2], 61);
	st[22] = ROTL64(st[14] ^ bc[4], 39);
	st[14] = ROTL64(st[20] ^ bc[0], 18);
	st[20] = ROTL64(st[ 2] ^ bc[2], 62);
	st[ 2] = ROTL64(st[12] ^ bc[2], 43);
	st[12] = ROTL64(st[13] ^ bc[3], 25);
	st[13] = ROTL64(st[19] ^ bc[4],  8);
	st[19] = ROTL64(st[23] ^ bc[3], 56);
	st[23] = ROTL64(st[15] ^ bc[0], 41);
	st[15] = ROTL64(st[ 4] ^ bc[4], 27);
	st[ 4] = ROTL64(st[24] ^ bc[4], 14);
	st[24] = ROTL64(st[21] ^ bc[1],  2);
	st[21] = ROTL64(st[ 8] ^ bc[3], 55);
	st[ 8] = ROTL64(st[16] ^ bc[1], 45);
	st[16] = ROTL64(st[ 5] ^ bc[0], 36);
	st[ 5] = ROTL64(st[ 3] ^ bc[3], 28);
	st[ 3] = ROTL64(st[18] ^ bc[3], 21);
	st[18] = ROTL64(st[17] ^ bc[2], 15);
	st[17] = ROTL64(st[11] ^ bc[1], 10);
	st[11] = ROTL64(st[ 7] ^ bc[2],  6);
	st[ 7] = ROTL64(st[10] ^ bc[0],  3);
	st[10] = ROTL64(  tmp,  1);

    bc[0] = st[ 0]; bc[1] = st[ 1]; st[ 0] ^= (~bc[1]) & st[ 2]; st[ 1] ^= (~st[ 2]) & st[ 3]; st[ 2] ^= (~st[ 3]) & st[ 4]; st[ 3] ^= (~st[ 4]) & bc[0]; st[ 4] ^= (~bc[0]) & bc[1];
	bc[0] = st[ 5]; bc[1] = st[ 6]; st[ 5] ^= (~bc[1]) & st[ 7]; st[ 6] ^= (~st[ 7]) & st[ 8];
	st[0] ^= KeccakF1600RndConsts[23];
}

int main(int argc, char **argv)
{
	uint64_t TestVector[25], State[25];

	for(int i = 0; i < 32; ++i) ((uint8_t *)TestVector)[i] = i;

	memcpy(State, TestVector, 32);
	// Nonce
	State[4] = 0xFEDCBA9876543210ULL;
    // Padding part 1
	State[5] = 0x0000000000000001ULL;
	State[6] = 0x00ULL;
	State[7] = 0x00ULL;
	// Padding part 2
	State[8] = 0x8000000000000000ULL;

	for(int i = 9; i < 25; ++i) State[i] = 0x00ULL;
	keccakf(State);

	return(0);
}