arch/x86/crypto/twofish-avx-x86_64-asm_64.S

   1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later */
   2 /*
   3  * Twofish Cipher 8-way parallel algorithm (AVX/x86_64)
   4  *
   5  * Copyright (C) 2012 Johannes Goetzfried
   6  *     <Johannes.Goetzfried@informatik.stud.uni-erlangen.de>
   7  *
   8  * Copyright © 2012-2013 Jussi Kivilinna <jussi.kivilinna@iki.fi>
   9  */
  10
  11 #include <linux/linkage.h>
  12 #include <asm/frame.h>
  13 #include "glue_helper-asm-avx.S"
  14
  15 .file "twofish-avx-x86_64-asm_64.S"
  16
  17 .section        .rodata.cst16.bswap128_mask, "aM", @progbits, 16
  18 .align 16
  19 .Lbswap128_mask:
  20         .byte 15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0
  21
  22 .text
  23
  24 /* structure of crypto context */
  25 #define s0      0
  26 #define s1      1024
  27 #define s2      2048
  28 #define s3      3072
  29 #define w       4096
  30 #define k       4128
  31
  32 /**********************************************************************
  33   8-way AVX twofish
  34  **********************************************************************/
  35 #define CTX %rdi
  36
  37 #define RA1 %xmm0
  38 #define RB1 %xmm1
  39 #define RC1 %xmm2
  40 #define RD1 %xmm3
  41
  42 #define RA2 %xmm4
  43 #define RB2 %xmm5
  44 #define RC2 %xmm6
  45 #define RD2 %xmm7
  46
  47 #define RX0 %xmm8
  48 #define RY0 %xmm9
  49
  50 #define RX1 %xmm10
  51 #define RY1 %xmm11
  52
  53 #define RK1 %xmm12
  54 #define RK2 %xmm13
  55
  56 #define RT %xmm14
  57 #define RR %xmm15
  58
  59 #define RID1  %r13
  60 #define RID1d %r13d
  61 #define RID2  %rsi
  62 #define RID2d %esi
  63
  64 #define RGI1   %rdx
  65 #define RGI1bl %dl
  66 #define RGI1bh %dh
  67 #define RGI2   %rcx
  68 #define RGI2bl %cl
  69 #define RGI2bh %ch
  70
  71 #define RGI3   %rax
  72 #define RGI3bl %al
  73 #define RGI3bh %ah
  74 #define RGI4   %rbx
  75 #define RGI4bl %bl
  76 #define RGI4bh %bh
  77
  78 #define RGS1  %r8
  79 #define RGS1d %r8d
  80 #define RGS2  %r9
  81 #define RGS2d %r9d
  82 #define RGS3  %r10
  83 #define RGS3d %r10d
  84
  85
  86 #define lookup_32bit(t0, t1, t2, t3, src, dst, interleave_op, il_reg) \
  87         movzbl          src ## bl,        RID1d;     \
  88         movzbl          src ## bh,        RID2d;     \
  89         shrq $16,       src;                         \
  90         movl            t0(CTX, RID1, 4), dst ## d;  \
  91         movl            t1(CTX, RID2, 4), RID2d;     \
  92         movzbl          src ## bl,        RID1d;     \
  93         xorl            RID2d,            dst ## d;  \
  94         movzbl          src ## bh,        RID2d;     \
  95         interleave_op(il_reg);                       \
  96         xorl            t2(CTX, RID1, 4), dst ## d;  \
  97         xorl            t3(CTX, RID2, 4), dst ## d;
  98
  99 #define dummy(d) /* do nothing */
 100
 101 #define shr_next(reg) \
 102         shrq $16,       reg;
 103
 104 #define G(gi1, gi2, x, t0, t1, t2, t3) \
 105         lookup_32bit(t0, t1, t2, t3, ##gi1, RGS1, shr_next, ##gi1);  \
 106         lookup_32bit(t0, t1, t2, t3, ##gi2, RGS3, shr_next, ##gi2);  \
 107         \
 108         lookup_32bit(t0, t1, t2, t3, ##gi1, RGS2, dummy, none);      \
 109         shlq $32,       RGS2;                                        \
 110         orq             RGS1, RGS2;                                  \
 111         lookup_32bit(t0, t1, t2, t3, ##gi2, RGS1, dummy, none);      \
 112         shlq $32,       RGS1;                                        \
 113         orq             RGS1, RGS3;
 114
 115 #define round_head_2(a, b, x1, y1, x2, y2) \
 116         vmovq           b ## 1, RGI3;           \
 117         vpextrq $1,     b ## 1, RGI4;           \
 118         \
 119         G(RGI1, RGI2, x1, s0, s1, s2, s3);      \
 120         vmovq           a ## 2, RGI1;           \
 121         vpextrq $1,     a ## 2, RGI2;           \
 122         vmovq           RGS2, x1;               \
 123         vpinsrq $1,     RGS3, x1, x1;           \
 124         \
 125         G(RGI3, RGI4, y1, s1, s2, s3, s0);      \
 126         vmovq           b ## 2, RGI3;           \
 127         vpextrq $1,     b ## 2, RGI4;           \
 128         vmovq           RGS2, y1;               \
 129         vpinsrq $1,     RGS3, y1, y1;           \
 130         \
 131         G(RGI1, RGI2, x2, s0, s1, s2, s3);      \
 132         vmovq           RGS2, x2;               \
 133         vpinsrq $1,     RGS3, x2, x2;           \
 134         \
 135         G(RGI3, RGI4, y2, s1, s2, s3, s0);      \
 136         vmovq           RGS2, y2;               \
 137         vpinsrq $1,     RGS3, y2, y2;
 138
 139 #define encround_tail(a, b, c, d, x, y, prerotate) \
 140         vpaddd                  x, y,   x; \
 141         vpaddd                  x, RK1, RT;\
 142         prerotate(b);                      \
 143         vpxor                   RT, c,  c; \
 144         vpaddd                  y, x,   y; \
 145         vpaddd                  y, RK2, y; \
 146         vpsrld $1,              c, RT;     \
 147         vpslld $(32 - 1),       c, c;      \
 148         vpor                    c, RT,  c; \
 149         vpxor                   d, y,   d; \
 150
 151 #define decround_tail(a, b, c, d, x, y, prerotate) \
 152         vpaddd                  x, y,   x; \
 153         vpaddd                  x, RK1, RT;\
 154         prerotate(a);                      \
 155         vpxor                   RT, c,  c; \
 156         vpaddd                  y, x,   y; \
 157         vpaddd                  y, RK2, y; \
 158         vpxor                   d, y,   d; \
 159         vpsrld $1,              d, y;      \
 160         vpslld $(32 - 1),       d, d;      \
 161         vpor                    d, y,   d; \
 162
 163 #define rotate_1l(x) \
 164         vpslld $1,              x, RR;     \
 165         vpsrld $(32 - 1),       x, x;      \
 166         vpor                    x, RR,  x;
 167
 168 #define preload_rgi(c) \
 169         vmovq                   c, RGI1; \
 170         vpextrq $1,             c, RGI2;
 171
 172 #define encrypt_round(n, a, b, c, d, preload, prerotate) \
 173         vbroadcastss (k+4*(2*(n)))(CTX),   RK1;                  \
 174         vbroadcastss (k+4*(2*(n)+1))(CTX), RK2;                  \
 175         round_head_2(a, b, RX0, RY0, RX1, RY1);                  \
 176         encround_tail(a ## 1, b ## 1, c ## 1, d ## 1, RX0, RY0, prerotate); \
 177         preload(c ## 1);                                         \
 178         encround_tail(a ## 2, b ## 2, c ## 2, d ## 2, RX1, RY1, prerotate);
 179
 180 #define decrypt_round(n, a, b, c, d, preload, prerotate) \
 181         vbroadcastss (k+4*(2*(n)))(CTX),   RK1;                  \
 182         vbroadcastss (k+4*(2*(n)+1))(CTX), RK2;                  \
 183         round_head_2(a, b, RX0, RY0, RX1, RY1);                  \
 184         decround_tail(a ## 1, b ## 1, c ## 1, d ## 1, RX0, RY0, prerotate); \
 185         preload(c ## 1);                                         \
 186         decround_tail(a ## 2, b ## 2, c ## 2, d ## 2, RX1, RY1, prerotate);
 187
 188 #define encrypt_cycle(n) \
 189         encrypt_round((2*n), RA, RB, RC, RD, preload_rgi, rotate_1l); \
 190         encrypt_round(((2*n) + 1), RC, RD, RA, RB, preload_rgi, rotate_1l);
 191
 192 #define encrypt_cycle_last(n) \
 193         encrypt_round((2*n), RA, RB, RC, RD, preload_rgi, rotate_1l); \
 194         encrypt_round(((2*n) + 1), RC, RD, RA, RB, dummy, dummy);
 195
 196 #define decrypt_cycle(n) \
 197         decrypt_round(((2*n) + 1), RC, RD, RA, RB, preload_rgi, rotate_1l); \
 198         decrypt_round((2*n), RA, RB, RC, RD, preload_rgi, rotate_1l);
 199
 200 #define decrypt_cycle_last(n) \
 201         decrypt_round(((2*n) + 1), RC, RD, RA, RB, preload_rgi, rotate_1l); \
 202         decrypt_round((2*n), RA, RB, RC, RD, dummy, dummy);
 203
 204 #define transpose_4x4(x0, x1, x2, x3, t0, t1, t2) \
 205         vpunpckldq              x1, x0, t0; \
 206         vpunpckhdq              x1, x0, t2; \
 207         vpunpckldq              x3, x2, t1; \
 208         vpunpckhdq              x3, x2, x3; \
 209         \
 210         vpunpcklqdq             t1, t0, x0; \
 211         vpunpckhqdq             t1, t0, x1; \
 212         vpunpcklqdq             x3, t2, x2; \
 213         vpunpckhqdq             x3, t2, x3;
 214
 215 #define inpack_blocks(x0, x1, x2, x3, wkey, t0, t1, t2) \
 216         vpxor           x0, wkey, x0; \
 217         vpxor           x1, wkey, x1; \
 218         vpxor           x2, wkey, x2; \
 219         vpxor           x3, wkey, x3; \
 220         \
 221         transpose_4x4(x0, x1, x2, x3, t0, t1, t2)
 222
 223 #define outunpack_blocks(x0, x1, x2, x3, wkey, t0, t1, t2) \
 224         transpose_4x4(x0, x1, x2, x3, t0, t1, t2) \
 225         \
 226         vpxor           x0, wkey, x0; \
 227         vpxor           x1, wkey, x1; \
 228         vpxor           x2, wkey, x2; \
 229         vpxor           x3, wkey, x3;
 230
 231 SYM_FUNC_START_LOCAL(__twofish_enc_blk8)
 232         /* input:
 233          *      %rdi: ctx, CTX
 234          *      RA1, RB1, RC1, RD1, RA2, RB2, RC2, RD2: blocks
 235          * output:
 236          *      RC1, RD1, RA1, RB1, RC2, RD2, RA2, RB2: encrypted blocks
 237          */
 238
 239         vmovdqu w(CTX), RK1;
 240
 241         pushq %r13;
 242         pushq %rbx;
 243         pushq %rcx;
 244
 245         inpack_blocks(RA1, RB1, RC1, RD1, RK1, RX0, RY0, RK2);
 246         preload_rgi(RA1);
 247         rotate_1l(RD1);
 248         inpack_blocks(RA2, RB2, RC2, RD2, RK1, RX0, RY0, RK2);
 249         rotate_1l(RD2);
 250
 251         encrypt_cycle(0);
 252         encrypt_cycle(1);
 253         encrypt_cycle(2);
 254         encrypt_cycle(3);
 255         encrypt_cycle(4);
 256         encrypt_cycle(5);
 257         encrypt_cycle(6);
 258         encrypt_cycle_last(7);
 259
 260         vmovdqu (w+4*4)(CTX), RK1;
 261
 262         popq %rcx;
 263         popq %rbx;
 264         popq %r13;
 265
 266         outunpack_blocks(RC1, RD1, RA1, RB1, RK1, RX0, RY0, RK2);
 267         outunpack_blocks(RC2, RD2, RA2, RB2, RK1, RX0, RY0, RK2);
 268
 269         RET;
 270 SYM_FUNC_END(__twofish_enc_blk8)
 271
 272 SYM_FUNC_START_LOCAL(__twofish_dec_blk8)
 273         /* input:
 274          *      %rdi: ctx, CTX
 275          *      RC1, RD1, RA1, RB1, RC2, RD2, RA2, RB2: encrypted blocks
 276          * output:
 277          *      RA1, RB1, RC1, RD1, RA2, RB2, RC2, RD2: decrypted blocks
 278          */
 279
 280         vmovdqu (w+4*4)(CTX), RK1;
 281
 282         pushq %r13;
 283         pushq %rbx;
 284
 285         inpack_blocks(RC1, RD1, RA1, RB1, RK1, RX0, RY0, RK2);
 286         preload_rgi(RC1);
 287         rotate_1l(RA1);
 288         inpack_blocks(RC2, RD2, RA2, RB2, RK1, RX0, RY0, RK2);
 289         rotate_1l(RA2);
 290
 291         decrypt_cycle(7);
 292         decrypt_cycle(6);
 293         decrypt_cycle(5);
 294         decrypt_cycle(4);
 295         decrypt_cycle(3);
 296         decrypt_cycle(2);
 297         decrypt_cycle(1);
 298         decrypt_cycle_last(0);
 299
 300         vmovdqu (w)(CTX), RK1;
 301
 302         popq %rbx;
 303         popq %r13;
 304
 305         outunpack_blocks(RA1, RB1, RC1, RD1, RK1, RX0, RY0, RK2);
 306         outunpack_blocks(RA2, RB2, RC2, RD2, RK1, RX0, RY0, RK2);
 307
 308         RET;
 309 SYM_FUNC_END(__twofish_dec_blk8)
 310
 311 SYM_FUNC_START(twofish_ecb_enc_8way)
 312         /* input:
 313          *      %rdi: ctx, CTX
 314          *      %rsi: dst
 315          *      %rdx: src
 316          */
 317         FRAME_BEGIN
 318
 319         movq %rsi, %r11;
 320
 321         load_8way(%rdx, RA1, RB1, RC1, RD1, RA2, RB2, RC2, RD2);
 322
 323         call __twofish_enc_blk8;
 324
 325         store_8way(%r11, RC1, RD1, RA1, RB1, RC2, RD2, RA2, RB2);
 326
 327         FRAME_END
 328         RET;
 329 SYM_FUNC_END(twofish_ecb_enc_8way)
 330
 331 SYM_FUNC_START(twofish_ecb_dec_8way)
 332         /* input:
 333          *      %rdi: ctx, CTX
 334          *      %rsi: dst
 335          *      %rdx: src
 336          */
 337         FRAME_BEGIN
 338
 339         movq %rsi, %r11;
 340
 341         load_8way(%rdx, RC1, RD1, RA1, RB1, RC2, RD2, RA2, RB2);
 342
 343         call __twofish_dec_blk8;
 344
 345         store_8way(%r11, RA1, RB1, RC1, RD1, RA2, RB2, RC2, RD2);
 346
 347         FRAME_END
 348         RET;
 349 SYM_FUNC_END(twofish_ecb_dec_8way)
 350
 351 SYM_FUNC_START(twofish_cbc_dec_8way)
 352         /* input:
 353          *      %rdi: ctx, CTX
 354          *      %rsi: dst
 355          *      %rdx: src
 356          */
 357         FRAME_BEGIN
 358
 359         pushq %r12;
 360
 361         movq %rsi, %r11;
 362         movq %rdx, %r12;
 363
 364         load_8way(%rdx, RC1, RD1, RA1, RB1, RC2, RD2, RA2, RB2);
 365
 366         call __twofish_dec_blk8;
 367
 368         store_cbc_8way(%r12, %r11, RA1, RB1, RC1, RD1, RA2, RB2, RC2, RD2);
 369
 370         popq %r12;
 371
 372         FRAME_END
 373         RET;
 374 SYM_FUNC_END(twofish_cbc_dec_8way)