Add support for reading SPSS/PC+ system files.
[pspp] / doc / dev / system-file-format.texi
index 89c35aab3f16dbe064f14dc94c3ced83ce285f60..d100aa9d24d59fcd6265e73e70310d6b556403f8 100644 (file)
@@ -120,6 +120,7 @@ Each type of record is described separately below.
 * Miscellaneous Informational Records::
 * Dictionary Termination Record::
 * Data Record::
+* Encrypted System Files::
 @end menu
 
 @node File Header Record
@@ -177,7 +178,7 @@ contribute to this value beyond the first 255 bytes.   Further, system
 files written by some systems set this value to -1.  In general, it is
 unsafe for systems reading system files to rely upon this value.
 
-@item int32 compressed;
+@item int32 compression;
 Set to 0 if the data in the file is not compressed, 1 if the data is
 compressed with simple bytecode compression, 2 if the data is ZLIB
 compressed.  This field has value 2 if and only if @code{rec_type} is
@@ -315,12 +316,19 @@ the at-sign (@samp{@@}).  Subsequent characters may also be digits, octothorpes
 (@samp{#}), dollar signs (@samp{$}), underscores (@samp{_}), or full
 stops (@samp{.}).  The variable name is padded on the right with spaces.
 
+The @samp{name} fields should be unique within a system file.  System
+files written by SPSS that contain very long string variables with
+similar names sometimes contain duplicate names that are later
+eliminated by resolving the very long string names (@pxref{Very Long
+String Record}).  PSPP handles duplicates by assigning them new,
+unique names.
+
 @item int32 label_len;
 This field is present only if @code{has_var_label} is set to 1.  It is
 set to the length, in characters, of the variable label.  The
 documented maximum length varies from 120 to 255 based on SPSS
 version, but some files have been seen with longer labels.  PSPP
-accepts longer labels and truncates them to 255 bytes on input.
+accepts labels of any length.
 
 @item char label[];
 This field is present only if @code{has_var_label} is set to 1.  It has
@@ -344,6 +352,7 @@ in the range.  When a range plus a value are present, the third
 element denotes the additional discrete missing value.
 @end table
 
+@anchor{System File Output Formats}
 The @code{print} and @code{write} members of sysfile_variable are output
 formats coded into @code{int32} types.  The least-significant byte
 of the @code{int32} represents the number of decimal places, and the
@@ -727,8 +736,8 @@ The size of each element in the @code{mrsets} member. Always set to 1.
 The total number of bytes in @code{mrsets}.
 
 @item char mrsets[];
-A series of multiple response sets, each of which consists of the
-following:
+Zero or more line feeds (byte 0x0a), followed by a series of multiple
+response sets, each of which consists of the following:
 
 @itemize @bullet
 @item
@@ -777,8 +786,15 @@ A space.
 The short names of the variables in the set, converted to lowercase,
 each separated from the previous by a single space.
 
+Even though a multiple response set must have at least two variables,
+some system files contain multiple response sets with no variables at
+all.  The source and meaning of these multiple response sets is
+unknown.  (Perhaps they arise from creating a multiple response set
+then deleting all the variables that it contains?)
+
 @item
-A line feed (byte 0x0a).
+One line feed (byte 0x0a).  Sometimes multiple, even hundreds, of line
+feeds are present.
 @end itemize
 @end table
 
@@ -1321,10 +1337,10 @@ VARIABLE ATTRIBUTE VARIABLES=dummy ATTRIBUTE=bert('123').
 will contain a variable attribute record with the following contents:
 
 @example
-00000000  07 00 00 00 12 00 00 00  01 00 00 00 22 00 00 00  |............"...|
-00000010  64 75 6d 6d 79 3a 66 72  65 64 28 27 32 33 27 0a  |dummy:fred('23'.|
-00000020  27 33 34 27 0a 29 62 65  72 74 28 27 31 32 33 27  |'34'.)bert('123'|
-00000030  0a 29                                             |.)              |
+0000  07 00 00 00 12 00 00 00  01 00 00 00 22 00 00 00  |............"...|
+0010  64 75 6d 6d 79 3a 66 72  65 64 28 27 32 33 27 0a  |dummy:fred('23'.|
+0020  27 33 34 27 0a 29 62 65  72 74 28 27 31 32 33 27  |'34'.)bert('123'|
+0030  0a 29                                             |.)              |
 @end example
 
 @menu
@@ -1632,3 +1648,165 @@ system file.
 @end table
 
 @setfilename ignored
+
+@node Encrypted System Files
+@section Encrypted System Files
+
+SPSS 21 and later support an encrypted system file format.
+
+@quotation Warning
+The SPSS encrypted file format is poorly designed.  It is much cheaper
+and faster to decrypt a file encrypted this way than if a well
+designed alternative were used.  If you must use this format, use a
+10-byte randomly generated password.
+@end quotation
+
+@subheading Encrypted File Format
+
+Encrypted system files begin with the following 36-byte fixed header:
+
+@example
+0000  1c 00 00 00 00 00 00 00  45 4e 43 52 59 50 54 45  |........ENCRYPTE|
+0010  44 53 41 56 15 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |DSAV............|
+0020  00 00 00 00                                       |....|
+@end example
+
+Following the fixed header is a complete system file in the usual
+format, except that each 16-byte block is encrypted with AES-256 in
+ECB mode.  The AES-256 key is derived from a password in the following
+way:
+
+@enumerate 
+@item
+Start from the literal password typed by the user.  Truncate it to at
+most 10 bytes, then append (between 1 and 22) null bytes until there
+are exactly 32 bytes.  Call this @var{password}.
+
+@item
+Let @var{constant} be the following 73-byte constant:
+
+@example
+0000  00 00 00 01 35 27 13 cc  53 a7 78 89 87 53 22 11
+0010  d6 5b 31 58 dc fe 2e 7e  94 da 2f 00 cc 15 71 80
+0020  0a 6c 63 53 00 38 c3 38  ac 22 f3 63 62 0e ce 85
+0030  3f b8 07 4c 4e 2b 77 c7  21 f5 1a 80 1d 67 fb e1
+0040  e1 83 07 d8 0d 00 00 01  00
+@end example
+
+@item
+Compute CMAC-AES-256(@var{password}, @var{constant}).  Call the
+16-byte result @var{cmac}.
+
+@item
+The 32-byte AES-256 key is @var{cmac} || @var{cmac}, that is,
+@var{cmac} repeated twice.
+@end enumerate
+
+@subsubheading Example
+
+Consider the password @samp{pspp}.  @var{password} is:
+
+@example
+0000  70 73 70 70 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |pspp............|
+0010  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
+@end example
+
+@noindent
+@var{cmac} is:
+
+@example
+0000  3e da 09 8e 66 04 d4 fd  f9 63 0c 2c a8 6f b0 45
+@end example
+
+@noindent
+The AES-256 key is:
+
+@example
+0000  3e da 09 8e 66 04 d4 fd  f9 63 0c 2c a8 6f b0 45
+0010  3e da 09 8e 66 04 d4 fd  f9 63 0c 2c a8 6f b0 45
+@end example
+
+@subheading Password Encoding
+
+SPSS also supports what it calls ``encrypted passwords.''  These are
+not encrypted.  They are encoded with a simple, fixed scheme.  An
+encoded password is always a multiple of 2 characters long, and never
+longer than 20 characters.  The characters in an encoded password are
+always in the graphic ASCII range 33 through 126.  Each successive
+pair of characters in the password encodes a single byte in the
+plaintext password.
+
+Use the following algorithm to decode a pair of characters:
+
+@enumerate
+@item
+Let @var{a} be the ASCII code of the first character, and @var{b} be
+the ASCII code of the second character.
+
+@item
+Let @var{ah} be the most significant 4 bits of @var{a}.  Find the line
+in the table below that has @var{ah} on the left side.  The right side
+of the line is a set of possible values for the most significant 4
+bits of the decoded byte.
+
+@display
+@t{2 } @result{} @t{2367}
+@t{3 } @result{} @t{0145}
+@t{47} @result{} @t{89cd}
+@t{56} @result{} @t{abef}
+@end display
+
+@item
+Let @var{bh} be the most significant 4 bits of @var{b}.  Find the line
+in the second table below that has @var{bh} on the left side.  The
+right side of the line is a set of possible values for the most
+significant 4 bits of the decoded byte.  Together with the results of
+the previous step, only a single possibility is left.
+
+@display
+@t{2 } @result{} @t{139b}
+@t{3 } @result{} @t{028a}
+@t{47} @result{} @t{46ce}
+@t{56} @result{} @t{57df}
+@end display
+
+@item
+Let @var{al} be the least significant 4 bits of @var{a}.  Find the
+line in the table below that has @var{al} on the left side.  The right
+side of the line is a set of possible values for the least significant
+4 bits of the decoded byte.
+
+@display
+@t{03cf} @result{} @t{0145}
+@t{12de} @result{} @t{2367}
+@t{478b} @result{} @t{89cd}
+@t{569a} @result{} @t{abef}
+@end display
+
+@item
+Let @var{bl} be the least significant 4 bits of @var{b}.  Find the
+line in the table below that has @var{bl} on the left side.  The right
+side of the line is a set of possible values for the least significant
+4 bits of the decoded byte.  Together with the results of the previous
+step, only a single possibility is left.
+
+@display
+@t{03cf} @result{} @t{028a}
+@t{12de} @result{} @t{139b}
+@t{478b} @result{} @t{46ce}
+@t{569a} @result{} @t{57df}
+@end display
+@end enumerate
+
+@subsubheading Example
+
+Consider the encoded character pair @samp{-|}.  @var{a} is
+0x2d and @var{b} is 0x7c, so @var{ah} is 2, @var{bh} is 7, @var{al} is
+0xd, and @var{bl} is 0xc.  @var{ah} means that the most significant
+four bits of the decoded character is 2, 3, 6, or 7, and @var{bh}
+means that they are 4, 6, 0xc, or 0xe.  The single possibility in
+common is 6, so the most significant four bits are 6.  Similarly,
+@var{al} means that the least significant four bits are 2, 3, 6, or 7,
+and @var{bl} means they are 0, 2, 8, or 0xa, so the least significant
+four bits are 2.  The decoded character is therefore 0x62, the letter
+@samp{b}.