arch/x86/crypto/sha512-ssse3-asm.S

   1 ########################################################################
   2 # Implement fast SHA-512 with SSSE3 instructions. (x86_64)
   3 #
   4 # Copyright (C) 2013 Intel Corporation.
   5 #
   6 # Authors:
   7 #     James Guilford <james.guilford@intel.com>
   8 #     Kirk Yap <kirk.s.yap@intel.com>
   9 #     David Cote <david.m.cote@intel.com>
  10 #     Tim Chen <tim.c.chen@linux.intel.com>
  11 #
  12 # This software is available to you under a choice of one of two
  13 # licenses.  You may choose to be licensed under the terms of the GNU
  14 # General Public License (GPL) Version 2, available from the file
  15 # COPYING in the main directory of this source tree, or the
  16 # OpenIB.org BSD license below:
  17 #
  18 #     Redistribution and use in source and binary forms, with or
  19 #     without modification, are permitted provided that the following
  20 #     conditions are met:
  21 #
  22 #      - Redistributions of source code must retain the above
  23 #        copyright notice, this list of conditions and the following
  24 #        disclaimer.
  25 #
  26 #      - Redistributions in binary form must reproduce the above
  27 #        copyright notice, this list of conditions and the following
  28 #        disclaimer in the documentation and/or other materials
  29 #        provided with the distribution.
  30 #
  31 # THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND,
  32 # EXPRESS OR IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF
  33 # MERCHANTABILITY, FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND
  34 # NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL THE AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS
  35 # BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER LIABILITY, WHETHER IN AN
  36 # ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM, OUT OF OR IN
  37 # CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN THE
  38 # SOFTWARE.
  39 #
  40 ########################################################################
  41 #
  42 # This code is described in an Intel White-Paper:
  43 # "Fast SHA-512 Implementations on Intel Architecture Processors"
  44 #
  45 # To find it, surf to http://www.intel.com/p/en_US/embedded
  46 # and search for that title.
  47 #
  48 ########################################################################
  49
  50 #include <linux/linkage.h>
  51
  52 .text
  53
  54 # Virtual Registers
  55 # ARG1
  56 digest =        %rdi
  57 # ARG2
  58 msg =           %rsi
  59 # ARG3
  60 msglen =        %rdx
  61 T1 =            %rcx
  62 T2 =            %r8
  63 a_64 =          %r9
  64 b_64 =          %r10
  65 c_64 =          %r11
  66 d_64 =          %r12
  67 e_64 =          %r13
  68 f_64 =          %r14
  69 g_64 =          %r15
  70 h_64 =          %rbx
  71 tmp0 =          %rax
  72
  73 # Local variables (stack frame)
  74
  75 W_SIZE = 80*8
  76 WK_SIZE = 2*8
  77
  78 frame_W = 0
  79 frame_WK = frame_W + W_SIZE
  80 frame_size = frame_WK + WK_SIZE
  81
  82 # Useful QWORD "arrays" for simpler memory references
  83 # MSG, DIGEST, K_t, W_t are arrays
  84 # WK_2(t) points to 1 of 2 qwords at frame.WK depdending on t being odd/even
  85
  86 # Input message (arg1)
  87 #define MSG(i)    8*i(msg)
  88
  89 # Output Digest (arg2)
  90 #define DIGEST(i) 8*i(digest)
  91
  92 # SHA Constants (static mem)
  93 #define K_t(i)    8*i+K512(%rip)
  94
  95 # Message Schedule (stack frame)
  96 #define W_t(i)    8*i+frame_W(%rsp)
  97
  98 # W[t]+K[t] (stack frame)
  99 #define WK_2(i)   8*((i%2))+frame_WK(%rsp)
 100
 101 .macro RotateState
 102         # Rotate symbols a..h right
 103         TMP   = h_64
 104         h_64  = g_64
 105         g_64  = f_64
 106         f_64  = e_64
 107         e_64  = d_64
 108         d_64  = c_64
 109         c_64  = b_64
 110         b_64  = a_64
 111         a_64  = TMP
 112 .endm
 113
 114 .macro SHA512_Round rnd
 115
 116         # Compute Round %%t
 117         mov     f_64, T1          # T1 = f
 118         mov     e_64, tmp0        # tmp = e
 119         xor     g_64, T1          # T1 = f ^ g
 120         ror     $23, tmp0 # 41    # tmp = e ror 23
 121         and     e_64, T1          # T1 = (f ^ g) & e
 122         xor     e_64, tmp0        # tmp = (e ror 23) ^ e
 123         xor     g_64, T1          # T1 = ((f ^ g) & e) ^ g = CH(e,f,g)
 124         idx = \rnd
 125         add     WK_2(idx), T1     # W[t] + K[t] from message scheduler
 126         ror     $4, tmp0  # 18    # tmp = ((e ror 23) ^ e) ror 4
 127         xor     e_64, tmp0        # tmp = (((e ror 23) ^ e) ror 4) ^ e
 128         mov     a_64, T2          # T2 = a
 129         add     h_64, T1          # T1 = CH(e,f,g) + W[t] + K[t] + h
 130         ror     $14, tmp0 # 14    # tmp = ((((e ror23)^e)ror4)^e)ror14 = S1(e)
 131         add     tmp0, T1          # T1 = CH(e,f,g) + W[t] + K[t] + S1(e)
 132         mov     a_64, tmp0        # tmp = a
 133         xor     c_64, T2          # T2 = a ^ c
 134         and     c_64, tmp0        # tmp = a & c
 135         and     b_64, T2          # T2 = (a ^ c) & b
 136         xor     tmp0, T2          # T2 = ((a ^ c) & b) ^ (a & c) = Maj(a,b,c)
 137         mov     a_64, tmp0        # tmp = a
 138         ror     $5, tmp0 # 39     # tmp = a ror 5
 139         xor     a_64, tmp0        # tmp = (a ror 5) ^ a
 140         add     T1, d_64          # e(next_state) = d + T1
 141         ror     $6, tmp0 # 34     # tmp = ((a ror 5) ^ a) ror 6
 142         xor     a_64, tmp0        # tmp = (((a ror 5) ^ a) ror 6) ^ a
 143         lea     (T1, T2), h_64    # a(next_state) = T1 + Maj(a,b,c)
 144         ror     $28, tmp0 # 28    # tmp = ((((a ror5)^a)ror6)^a)ror28 = S0(a)
 145         add     tmp0, h_64        # a(next_state) = T1 + Maj(a,b,c) S0(a)
 146         RotateState
 147 .endm
 148
 149 .macro SHA512_2Sched_2Round_sse rnd
 150
 151         # Compute rounds t-2 and t-1
 152         # Compute message schedule QWORDS t and t+1
 153
 154         #   Two rounds are computed based on the values for K[t-2]+W[t-2] and
 155         # K[t-1]+W[t-1] which were previously stored at WK_2 by the message
 156         # scheduler.
 157         #   The two new schedule QWORDS are stored at [W_t(%%t)] and [W_t(%%t+1)].
 158         # They are then added to their respective SHA512 constants at
 159         # [K_t(%%t)] and [K_t(%%t+1)] and stored at dqword [WK_2(%%t)]
 160         #   For brievity, the comments following vectored instructions only refer to
 161         # the first of a pair of QWORDS.
 162         # Eg. XMM2=W[t-2] really means XMM2={W[t-2]|W[t-1]}
 163         #   The computation of the message schedule and the rounds are tightly
 164         # stitched to take advantage of instruction-level parallelism.
 165         # For clarity, integer instructions (for the rounds calculation) are indented
 166         # by one tab. Vectored instructions (for the message scheduler) are indented
 167         # by two tabs.
 168
 169         mov     f_64, T1
 170         idx = \rnd -2
 171         movdqa  W_t(idx), %xmm2             # XMM2 = W[t-2]
 172         xor     g_64, T1
 173         and     e_64, T1
 174         movdqa  %xmm2, %xmm0                # XMM0 = W[t-2]
 175         xor     g_64, T1
 176         idx = \rnd
 177         add     WK_2(idx), T1
 178         idx = \rnd - 15
 179         movdqu  W_t(idx), %xmm5             # XMM5 = W[t-15]
 180         mov     e_64, tmp0
 181         ror     $23, tmp0 # 41
 182         movdqa  %xmm5, %xmm3                # XMM3 = W[t-15]
 183         xor     e_64, tmp0
 184         ror     $4, tmp0 # 18
 185         psrlq   $61-19, %xmm0               # XMM0 = W[t-2] >> 42
 186         xor     e_64, tmp0
 187         ror     $14, tmp0 # 14
 188         psrlq   $(8-7), %xmm3               # XMM3 = W[t-15] >> 1
 189         add     tmp0, T1
 190         add     h_64, T1
 191         pxor    %xmm2, %xmm0                # XMM0 = (W[t-2] >> 42) ^ W[t-2]
 192         mov     a_64, T2
 193         xor     c_64, T2
 194         pxor    %xmm5, %xmm3                # XMM3 = (W[t-15] >> 1) ^ W[t-15]
 195         and     b_64, T2
 196         mov     a_64, tmp0
 197         psrlq   $(19-6), %xmm0              # XMM0 = ((W[t-2]>>42)^W[t-2])>>13
 198         and     c_64, tmp0
 199         xor     tmp0, T2
 200         psrlq   $(7-1), %xmm3               # XMM3 = ((W[t-15]>>1)^W[t-15])>>6
 201         mov     a_64, tmp0
 202         ror     $5, tmp0 # 39
 203         pxor    %xmm2, %xmm0                # XMM0 = (((W[t-2]>>42)^W[t-2])>>13)^W[t-2]
 204         xor     a_64, tmp0
 205         ror     $6, tmp0 # 34
 206         pxor    %xmm5, %xmm3                # XMM3 = (((W[t-15]>>1)^W[t-15])>>6)^W[t-15]
 207         xor     a_64, tmp0
 208         ror     $28, tmp0 # 28
 209         psrlq   $6, %xmm0                   # XMM0 = ((((W[t-2]>>42)^W[t-2])>>13)^W[t-2])>>6
 210         add     tmp0, T2
 211         add     T1, d_64
 212         psrlq   $1, %xmm3                   # XMM3 = (((W[t-15]>>1)^W[t-15])>>6)^W[t-15]>>1
 213         lea     (T1, T2), h_64
 214         RotateState
 215         movdqa  %xmm2, %xmm1                # XMM1 = W[t-2]
 216         mov     f_64, T1
 217         xor     g_64, T1
 218         movdqa  %xmm5, %xmm4                # XMM4 = W[t-15]
 219         and     e_64, T1
 220         xor     g_64, T1
 221         psllq   $(64-19)-(64-61) , %xmm1    # XMM1 = W[t-2] << 42
 222         idx = \rnd + 1
 223         add     WK_2(idx), T1
 224         mov     e_64, tmp0
 225         psllq   $(64-1)-(64-8), %xmm4       # XMM4 = W[t-15] << 7
 226         ror     $23, tmp0 # 41
 227         xor     e_64, tmp0
 228         pxor    %xmm2, %xmm1                # XMM1 = (W[t-2] << 42)^W[t-2]
 229         ror     $4, tmp0 # 18
 230         xor     e_64, tmp0
 231         pxor    %xmm5, %xmm4                # XMM4 = (W[t-15]<<7)^W[t-15]
 232         ror     $14, tmp0 # 14
 233         add     tmp0, T1
 234         psllq   $(64-61), %xmm1             # XMM1 = ((W[t-2] << 42)^W[t-2])<<3
 235         add     h_64, T1
 236         mov     a_64, T2
 237         psllq   $(64-8), %xmm4              # XMM4 = ((W[t-15]<<7)^W[t-15])<<56
 238         xor     c_64, T2
 239         and     b_64, T2
 240         pxor    %xmm1, %xmm0                # XMM0 = s1(W[t-2])
 241         mov     a_64, tmp0
 242         and     c_64, tmp0
 243         idx = \rnd - 7
 244         movdqu  W_t(idx), %xmm1             # XMM1 = W[t-7]
 245         xor     tmp0, T2
 246         pxor    %xmm4, %xmm3                # XMM3 = s0(W[t-15])
 247         mov     a_64, tmp0
 248         paddq   %xmm3, %xmm0                # XMM0 = s1(W[t-2]) + s0(W[t-15])
 249         ror     $5, tmp0 # 39
 250         idx =\rnd-16
 251         paddq   W_t(idx), %xmm0             # XMM0 = s1(W[t-2]) + s0(W[t-15]) + W[t-16]
 252         xor     a_64, tmp0
 253         paddq   %xmm1, %xmm0                # XMM0 = s1(W[t-2]) + W[t-7] + s0(W[t-15]) + W[t-16]
 254         ror     $6, tmp0 # 34
 255         movdqa  %xmm0, W_t(\rnd)            # Store scheduled qwords
 256         xor     a_64, tmp0
 257         paddq   K_t(\rnd), %xmm0            # Compute W[t]+K[t]
 258         ror     $28, tmp0 # 28
 259         idx = \rnd
 260         movdqa  %xmm0, WK_2(idx)            # Store W[t]+K[t] for next rounds
 261         add     tmp0, T2
 262         add     T1, d_64
 263         lea     (T1, T2), h_64
 264         RotateState
 265 .endm
 266
 267 ########################################################################
 268 ## void sha512_transform_ssse3(struct sha512_state *state, const u8 *data,
 269 ##                             int blocks);
 270 # (struct sha512_state is assumed to begin with u64 state[8])
 271 # Purpose: Updates the SHA512 digest stored at "state" with the message
 272 # stored in "data".
 273 # The size of the message pointed to by "data" must be an integer multiple
 274 # of SHA512 message blocks.
 275 # "blocks" is the message length in SHA512 blocks.
 276 ########################################################################
 277 SYM_FUNC_START(sha512_transform_ssse3)
 278
 279         test msglen, msglen
 280         je nowork
 281
 282         # Save GPRs
 283         push    %rbx
 284         push    %r12
 285         push    %r13
 286         push    %r14
 287         push    %r15
 288
 289         # Allocate Stack Space
 290         push    %rbp
 291         mov     %rsp, %rbp
 292         sub     $frame_size, %rsp
 293         and     $~(0x20 - 1), %rsp
 294
 295 updateblock:
 296
 297 # Load state variables
 298         mov     DIGEST(0), a_64
 299         mov     DIGEST(1), b_64
 300         mov     DIGEST(2), c_64
 301         mov     DIGEST(3), d_64
 302         mov     DIGEST(4), e_64
 303         mov     DIGEST(5), f_64
 304         mov     DIGEST(6), g_64
 305         mov     DIGEST(7), h_64
 306
 307         t = 0
 308         .rept 80/2 + 1
 309         # (80 rounds) / (2 rounds/iteration) + (1 iteration)
 310         # +1 iteration because the scheduler leads hashing by 1 iteration
 311                 .if t < 2
 312                         # BSWAP 2 QWORDS
 313                         movdqa  XMM_QWORD_BSWAP(%rip), %xmm1
 314                         movdqu  MSG(t), %xmm0
 315                         pshufb  %xmm1, %xmm0    # BSWAP
 316                         movdqa  %xmm0, W_t(t)   # Store Scheduled Pair
 317                         paddq   K_t(t), %xmm0   # Compute W[t]+K[t]
 318                         movdqa  %xmm0, WK_2(t)  # Store into WK for rounds
 319                 .elseif t < 16
 320                         # BSWAP 2 QWORDS# Compute 2 Rounds
 321                         movdqu  MSG(t), %xmm0
 322                         pshufb  %xmm1, %xmm0    # BSWAP
 323                         SHA512_Round t-2        # Round t-2
 324                         movdqa  %xmm0, W_t(t)   # Store Scheduled Pair
 325                         paddq   K_t(t), %xmm0   # Compute W[t]+K[t]
 326                         SHA512_Round t-1        # Round t-1
 327                         movdqa  %xmm0, WK_2(t)  # Store W[t]+K[t] into WK
 328                 .elseif t < 79
 329                         # Schedule 2 QWORDS# Compute 2 Rounds
 330                         SHA512_2Sched_2Round_sse t
 331                 .else
 332                         # Compute 2 Rounds
 333                         SHA512_Round t-2
 334                         SHA512_Round t-1
 335                 .endif
 336                 t = t+2
 337         .endr
 338
 339         # Update digest
 340         add     a_64, DIGEST(0)
 341         add     b_64, DIGEST(1)
 342         add     c_64, DIGEST(2)
 343         add     d_64, DIGEST(3)
 344         add     e_64, DIGEST(4)
 345         add     f_64, DIGEST(5)
 346         add     g_64, DIGEST(6)
 347         add     h_64, DIGEST(7)
 348
 349         # Advance to next message block
 350         add     $16*8, msg
 351         dec     msglen
 352         jnz     updateblock
 353
 354         # Restore Stack Pointer
 355         mov     %rbp, %rsp
 356         pop     %rbp
 357
 358         # Restore GPRs
 359         pop     %r15
 360         pop     %r14
 361         pop     %r13
 362         pop     %r12
 363         pop     %rbx
 364
 365 nowork:
 366         ret
 367 SYM_FUNC_END(sha512_transform_ssse3)
 368
 369 ########################################################################
 370 ### Binary Data
 371
 372 .section        .rodata.cst16.XMM_QWORD_BSWAP, "aM", @progbits, 16
 373 .align 16
 374 # Mask for byte-swapping a couple of qwords in an XMM register using (v)pshufb.
 375 XMM_QWORD_BSWAP:
 376         .octa 0x08090a0b0c0d0e0f0001020304050607
 377
 378 # Mergeable 640-byte rodata section. This allows linker to merge the table
 379 # with other, exactly the same 640-byte fragment of another rodata section
 380 # (if such section exists).
 381 .section        .rodata.cst640.K512, "aM", @progbits, 640
 382 .align 64
 383 # K[t] used in SHA512 hashing
 384 K512:
 385         .quad 0x428a2f98d728ae22,0x7137449123ef65cd
 386         .quad 0xb5c0fbcfec4d3b2f,0xe9b5dba58189dbbc
 387         .quad 0x3956c25bf348b538,0x59f111f1b605d019
 388         .quad 0x923f82a4af194f9b,0xab1c5ed5da6d8118
 389         .quad 0xd807aa98a3030242,0x12835b0145706fbe
 390         .quad 0x243185be4ee4b28c,0x550c7dc3d5ffb4e2
 391         .quad 0x72be5d74f27b896f,0x80deb1fe3b1696b1
 392         .quad 0x9bdc06a725c71235,0xc19bf174cf692694
 393         .quad 0xe49b69c19ef14ad2,0xefbe4786384f25e3
 394         .quad 0x0fc19dc68b8cd5b5,0x240ca1cc77ac9c65
 395         .quad 0x2de92c6f592b0275,0x4a7484aa6ea6e483
 396         .quad 0x5cb0a9dcbd41fbd4,0x76f988da831153b5
 397         .quad 0x983e5152ee66dfab,0xa831c66d2db43210
 398         .quad 0xb00327c898fb213f,0xbf597fc7beef0ee4
 399         .quad 0xc6e00bf33da88fc2,0xd5a79147930aa725
 400         .quad 0x06ca6351e003826f,0x142929670a0e6e70
 401         .quad 0x27b70a8546d22ffc,0x2e1b21385c26c926
 402         .quad 0x4d2c6dfc5ac42aed,0x53380d139d95b3df
 403         .quad 0x650a73548baf63de,0x766a0abb3c77b2a8
 404         .quad 0x81c2c92e47edaee6,0x92722c851482353b
 405         .quad 0xa2bfe8a14cf10364,0xa81a664bbc423001
 406         .quad 0xc24b8b70d0f89791,0xc76c51a30654be30
 407         .quad 0xd192e819d6ef5218,0xd69906245565a910
 408         .quad 0xf40e35855771202a,0x106aa07032bbd1b8
 409         .quad 0x19a4c116b8d2d0c8,0x1e376c085141ab53
 410         .quad 0x2748774cdf8eeb99,0x34b0bcb5e19b48a8
 411         .quad 0x391c0cb3c5c95a63,0x4ed8aa4ae3418acb
 412         .quad 0x5b9cca4f7763e373,0x682e6ff3d6b2b8a3
 413         .quad 0x748f82ee5defb2fc,0x78a5636f43172f60
 414         .quad 0x84c87814a1f0ab72,0x8cc702081a6439ec
 415         .quad 0x90befffa23631e28,0xa4506cebde82bde9
 416         .quad 0xbef9a3f7b2c67915,0xc67178f2e372532b
 417         .quad 0xca273eceea26619c,0xd186b8c721c0c207
 418         .quad 0xeada7dd6cde0eb1e,0xf57d4f7fee6ed178
 419         .quad 0x06f067aa72176fba,0x0a637dc5a2c898a6
 420         .quad 0x113f9804bef90dae,0x1b710b35131c471b
 421         .quad 0x28db77f523047d84,0x32caab7b40c72493
 422         .quad 0x3c9ebe0a15c9bebc,0x431d67c49c100d4c
 423         .quad 0x4cc5d4becb3e42b6,0x597f299cfc657e2a
 424         .quad 0x5fcb6fab3ad6faec,0x6c44198c4a475817