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

   1 /*
   2  * Twofish Cipher 8-way parallel algorithm (AVX/x86_64)
   3  *
   4  * Copyright (C) 2012 Johannes Goetzfried
   5  *     <Johannes.Goetzfried@informatik.stud.uni-erlangen.de>
   6  *
   7  * Copyright © 2012-2013 Jussi Kivilinna <jussi.kivilinna@iki.fi>
   8  *
   9  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  10  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
  11  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
  12  * (at your option) any later version.
  13  *
  14  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  17  * GNU General Public License for more details.
  18  *
  19  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  20  * along with this program; if not, write to the Free Software
  21  * Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307
  22  * USA
  23  *
  24  */
  25
  26 #include <linux/linkage.h>
  27 #include <asm/frame.h>
  28 #include "glue_helper-asm-avx.S"
  29
  30 .file "twofish-avx-x86_64-asm_64.S"
  31
  32 .data
  33 .align 16
  34
  35 .Lbswap128_mask:
  36         .byte 15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0
  37 .Lxts_gf128mul_and_shl1_mask:
  38         .byte 0x87, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0
  39
  40 .text
  41
  42 /* structure of crypto context */
  43 #define s0      0
  44 #define s1      1024
  45 #define s2      2048
  46 #define s3      3072
  47 #define w       4096
  48 #define k       4128
  49
  50 /**********************************************************************
  51   8-way AVX twofish
  52  **********************************************************************/
  53 #define CTX %rdi
  54
  55 #define RA1 %xmm0
  56 #define RB1 %xmm1
  57 #define RC1 %xmm2
  58 #define RD1 %xmm3
  59
  60 #define RA2 %xmm4
  61 #define RB2 %xmm5
  62 #define RC2 %xmm6
  63 #define RD2 %xmm7
  64
  65 #define RX0 %xmm8
  66 #define RY0 %xmm9
  67
  68 #define RX1 %xmm10
  69 #define RY1 %xmm11
  70
  71 #define RK1 %xmm12
  72 #define RK2 %xmm13
  73
  74 #define RT %xmm14
  75 #define RR %xmm15
  76
  77 #define RID1  %rbp
  78 #define RID1d %ebp
  79 #define RID2  %rsi
  80 #define RID2d %esi
  81
  82 #define RGI1   %rdx
  83 #define RGI1bl %dl
  84 #define RGI1bh %dh
  85 #define RGI2   %rcx
  86 #define RGI2bl %cl
  87 #define RGI2bh %ch
  88
  89 #define RGI3   %rax
  90 #define RGI3bl %al
  91 #define RGI3bh %ah
  92 #define RGI4   %rbx
  93 #define RGI4bl %bl
  94 #define RGI4bh %bh
  95
  96 #define RGS1  %r8
  97 #define RGS1d %r8d
  98 #define RGS2  %r9
  99 #define RGS2d %r9d
 100 #define RGS3  %r10
 101 #define RGS3d %r10d
 102
 103
 104 #define lookup_32bit(t0, t1, t2, t3, src, dst, interleave_op, il_reg) \
 105         movzbl          src ## bl,        RID1d;     \
 106         movzbl          src ## bh,        RID2d;     \
 107         shrq $16,       src;                         \
 108         movl            t0(CTX, RID1, 4), dst ## d;  \
 109         movl            t1(CTX, RID2, 4), RID2d;     \
 110         movzbl          src ## bl,        RID1d;     \
 111         xorl            RID2d,            dst ## d;  \
 112         movzbl          src ## bh,        RID2d;     \
 113         interleave_op(il_reg);                       \
 114         xorl            t2(CTX, RID1, 4), dst ## d;  \
 115         xorl            t3(CTX, RID2, 4), dst ## d;
 116
 117 #define dummy(d) /* do nothing */
 118
 119 #define shr_next(reg) \
 120         shrq $16,       reg;
 121
 122 #define G(gi1, gi2, x, t0, t1, t2, t3) \
 123         lookup_32bit(t0, t1, t2, t3, ##gi1, RGS1, shr_next, ##gi1);  \
 124         lookup_32bit(t0, t1, t2, t3, ##gi2, RGS3, shr_next, ##gi2);  \
 125         \
 126         lookup_32bit(t0, t1, t2, t3, ##gi1, RGS2, dummy, none);      \
 127         shlq $32,       RGS2;                                        \
 128         orq             RGS1, RGS2;                                  \
 129         lookup_32bit(t0, t1, t2, t3, ##gi2, RGS1, dummy, none);      \
 130         shlq $32,       RGS1;                                        \
 131         orq             RGS1, RGS3;
 132
 133 #define round_head_2(a, b, x1, y1, x2, y2) \
 134         vmovq           b ## 1, RGI3;           \
 135         vpextrq $1,     b ## 1, RGI4;           \
 136         \
 137         G(RGI1, RGI2, x1, s0, s1, s2, s3);      \
 138         vmovq           a ## 2, RGI1;           \
 139         vpextrq $1,     a ## 2, RGI2;           \
 140         vmovq           RGS2, x1;               \
 141         vpinsrq $1,     RGS3, x1, x1;           \
 142         \
 143         G(RGI3, RGI4, y1, s1, s2, s3, s0);      \
 144         vmovq           b ## 2, RGI3;           \
 145         vpextrq $1,     b ## 2, RGI4;           \
 146         vmovq           RGS2, y1;               \
 147         vpinsrq $1,     RGS3, y1, y1;           \
 148         \
 149         G(RGI1, RGI2, x2, s0, s1, s2, s3);      \
 150         vmovq           RGS2, x2;               \
 151         vpinsrq $1,     RGS3, x2, x2;           \
 152         \
 153         G(RGI3, RGI4, y2, s1, s2, s3, s0);      \
 154         vmovq           RGS2, y2;               \
 155         vpinsrq $1,     RGS3, y2, y2;
 156
 157 #define encround_tail(a, b, c, d, x, y, prerotate) \
 158         vpaddd                  x, y,   x; \
 159         vpaddd                  x, RK1, RT;\
 160         prerotate(b);                      \
 161         vpxor                   RT, c,  c; \
 162         vpaddd                  y, x,   y; \
 163         vpaddd                  y, RK2, y; \
 164         vpsrld $1,              c, RT;     \
 165         vpslld $(32 - 1),       c, c;      \
 166         vpor                    c, RT,  c; \
 167         vpxor                   d, y,   d; \
 168
 169 #define decround_tail(a, b, c, d, x, y, prerotate) \
 170         vpaddd                  x, y,   x; \
 171         vpaddd                  x, RK1, RT;\
 172         prerotate(a);                      \
 173         vpxor                   RT, c,  c; \
 174         vpaddd                  y, x,   y; \
 175         vpaddd                  y, RK2, y; \
 176         vpxor                   d, y,   d; \
 177         vpsrld $1,              d, y;      \
 178         vpslld $(32 - 1),       d, d;      \
 179         vpor                    d, y,   d; \
 180
 181 #define rotate_1l(x) \
 182         vpslld $1,              x, RR;     \
 183         vpsrld $(32 - 1),       x, x;      \
 184         vpor                    x, RR,  x;
 185
 186 #define preload_rgi(c) \
 187         vmovq                   c, RGI1; \
 188         vpextrq $1,             c, RGI2;
 189
 190 #define encrypt_round(n, a, b, c, d, preload, prerotate) \
 191         vbroadcastss (k+4*(2*(n)))(CTX),   RK1;                  \
 192         vbroadcastss (k+4*(2*(n)+1))(CTX), RK2;                  \
 193         round_head_2(a, b, RX0, RY0, RX1, RY1);                  \
 194         encround_tail(a ## 1, b ## 1, c ## 1, d ## 1, RX0, RY0, prerotate); \
 195         preload(c ## 1);                                         \
 196         encround_tail(a ## 2, b ## 2, c ## 2, d ## 2, RX1, RY1, prerotate);
 197
 198 #define decrypt_round(n, a, b, c, d, preload, prerotate) \
 199         vbroadcastss (k+4*(2*(n)))(CTX),   RK1;                  \
 200         vbroadcastss (k+4*(2*(n)+1))(CTX), RK2;                  \
 201         round_head_2(a, b, RX0, RY0, RX1, RY1);                  \
 202         decround_tail(a ## 1, b ## 1, c ## 1, d ## 1, RX0, RY0, prerotate); \
 203         preload(c ## 1);                                         \
 204         decround_tail(a ## 2, b ## 2, c ## 2, d ## 2, RX1, RY1, prerotate);
 205
 206 #define encrypt_cycle(n) \
 207         encrypt_round((2*n), RA, RB, RC, RD, preload_rgi, rotate_1l); \
 208         encrypt_round(((2*n) + 1), RC, RD, RA, RB, preload_rgi, rotate_1l);
 209
 210 #define encrypt_cycle_last(n) \
 211         encrypt_round((2*n), RA, RB, RC, RD, preload_rgi, rotate_1l); \
 212         encrypt_round(((2*n) + 1), RC, RD, RA, RB, dummy, dummy);
 213
 214 #define decrypt_cycle(n) \
 215         decrypt_round(((2*n) + 1), RC, RD, RA, RB, preload_rgi, rotate_1l); \
 216         decrypt_round((2*n), RA, RB, RC, RD, preload_rgi, rotate_1l);
 217
 218 #define decrypt_cycle_last(n) \
 219         decrypt_round(((2*n) + 1), RC, RD, RA, RB, preload_rgi, rotate_1l); \
 220         decrypt_round((2*n), RA, RB, RC, RD, dummy, dummy);
 221
 222 #define transpose_4x4(x0, x1, x2, x3, t0, t1, t2) \
 223         vpunpckldq              x1, x0, t0; \
 224         vpunpckhdq              x1, x0, t2; \
 225         vpunpckldq              x3, x2, t1; \
 226         vpunpckhdq              x3, x2, x3; \
 227         \
 228         vpunpcklqdq             t1, t0, x0; \
 229         vpunpckhqdq             t1, t0, x1; \
 230         vpunpcklqdq             x3, t2, x2; \
 231         vpunpckhqdq             x3, t2, x3;
 232
 233 #define inpack_blocks(x0, x1, x2, x3, wkey, t0, t1, t2) \
 234         vpxor           x0, wkey, x0; \
 235         vpxor           x1, wkey, x1; \
 236         vpxor           x2, wkey, x2; \
 237         vpxor           x3, wkey, x3; \
 238         \
 239         transpose_4x4(x0, x1, x2, x3, t0, t1, t2)
 240
 241 #define outunpack_blocks(x0, x1, x2, x3, wkey, t0, t1, t2) \
 242         transpose_4x4(x0, x1, x2, x3, t0, t1, t2) \
 243         \
 244         vpxor           x0, wkey, x0; \
 245         vpxor           x1, wkey, x1; \
 246         vpxor           x2, wkey, x2; \
 247         vpxor           x3, wkey, x3;
 248
 249 .align 8
 250 __twofish_enc_blk8:
 251         /* input:
 252          *      %rdi: ctx, CTX
 253          *      RA1, RB1, RC1, RD1, RA2, RB2, RC2, RD2: blocks
 254          * output:
 255          *      RC1, RD1, RA1, RB1, RC2, RD2, RA2, RB2: encrypted blocks
 256          */
 257
 258         vmovdqu w(CTX), RK1;
 259
 260         pushq %rbp;
 261         pushq %rbx;
 262         pushq %rcx;
 263
 264         inpack_blocks(RA1, RB1, RC1, RD1, RK1, RX0, RY0, RK2);
 265         preload_rgi(RA1);
 266         rotate_1l(RD1);
 267         inpack_blocks(RA2, RB2, RC2, RD2, RK1, RX0, RY0, RK2);
 268         rotate_1l(RD2);
 269
 270         encrypt_cycle(0);
 271         encrypt_cycle(1);
 272         encrypt_cycle(2);
 273         encrypt_cycle(3);
 274         encrypt_cycle(4);
 275         encrypt_cycle(5);
 276         encrypt_cycle(6);
 277         encrypt_cycle_last(7);
 278
 279         vmovdqu (w+4*4)(CTX), RK1;
 280
 281         popq %rcx;
 282         popq %rbx;
 283         popq %rbp;
 284
 285         outunpack_blocks(RC1, RD1, RA1, RB1, RK1, RX0, RY0, RK2);
 286         outunpack_blocks(RC2, RD2, RA2, RB2, RK1, RX0, RY0, RK2);
 287
 288         ret;
 289 ENDPROC(__twofish_enc_blk8)
 290
 291 .align 8
 292 __twofish_dec_blk8:
 293         /* input:
 294          *      %rdi: ctx, CTX
 295          *      RC1, RD1, RA1, RB1, RC2, RD2, RA2, RB2: encrypted blocks
 296          * output:
 297          *      RA1, RB1, RC1, RD1, RA2, RB2, RC2, RD2: decrypted blocks
 298          */
 299
 300         vmovdqu (w+4*4)(CTX), RK1;
 301
 302         pushq %rbp;
 303         pushq %rbx;
 304
 305         inpack_blocks(RC1, RD1, RA1, RB1, RK1, RX0, RY0, RK2);
 306         preload_rgi(RC1);
 307         rotate_1l(RA1);
 308         inpack_blocks(RC2, RD2, RA2, RB2, RK1, RX0, RY0, RK2);
 309         rotate_1l(RA2);
 310
 311         decrypt_cycle(7);
 312         decrypt_cycle(6);
 313         decrypt_cycle(5);
 314         decrypt_cycle(4);
 315         decrypt_cycle(3);
 316         decrypt_cycle(2);
 317         decrypt_cycle(1);
 318         decrypt_cycle_last(0);
 319
 320         vmovdqu (w)(CTX), RK1;
 321
 322         popq %rbx;
 323         popq %rbp;
 324
 325         outunpack_blocks(RA1, RB1, RC1, RD1, RK1, RX0, RY0, RK2);
 326         outunpack_blocks(RA2, RB2, RC2, RD2, RK1, RX0, RY0, RK2);
 327
 328         ret;
 329 ENDPROC(__twofish_dec_blk8)
 330
 331 ENTRY(twofish_ecb_enc_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, RA1, RB1, RC1, RD1, RA2, RB2, RC2, RD2);
 342
 343         call __twofish_enc_blk8;
 344
 345         store_8way(%r11, RC1, RD1, RA1, RB1, RC2, RD2, RA2, RB2);
 346
 347         FRAME_END
 348         ret;
 349 ENDPROC(twofish_ecb_enc_8way)
 350
 351 ENTRY(twofish_ecb_dec_8way)
 352         /* input:
 353          *      %rdi: ctx, CTX
 354          *      %rsi: dst
 355          *      %rdx: src
 356          */
 357         FRAME_BEGIN
 358
 359         movq %rsi, %r11;
 360
 361         load_8way(%rdx, RC1, RD1, RA1, RB1, RC2, RD2, RA2, RB2);
 362
 363         call __twofish_dec_blk8;
 364
 365         store_8way(%r11, RA1, RB1, RC1, RD1, RA2, RB2, RC2, RD2);
 366
 367         FRAME_END
 368         ret;
 369 ENDPROC(twofish_ecb_dec_8way)
 370
 371 ENTRY(twofish_cbc_dec_8way)
 372         /* input:
 373          *      %rdi: ctx, CTX
 374          *      %rsi: dst
 375          *      %rdx: src
 376          */
 377         FRAME_BEGIN
 378
 379         pushq %r12;
 380
 381         movq %rsi, %r11;
 382         movq %rdx, %r12;
 383
 384         load_8way(%rdx, RC1, RD1, RA1, RB1, RC2, RD2, RA2, RB2);
 385
 386         call __twofish_dec_blk8;
 387
 388         store_cbc_8way(%r12, %r11, RA1, RB1, RC1, RD1, RA2, RB2, RC2, RD2);
 389
 390         popq %r12;
 391
 392         FRAME_END
 393         ret;
 394 ENDPROC(twofish_cbc_dec_8way)
 395
 396 ENTRY(twofish_ctr_8way)
 397         /* input:
 398          *      %rdi: ctx, CTX
 399          *      %rsi: dst
 400          *      %rdx: src
 401          *      %rcx: iv (little endian, 128bit)
 402          */
 403         FRAME_BEGIN
 404
 405         pushq %r12;
 406
 407         movq %rsi, %r11;
 408         movq %rdx, %r12;
 409
 410         load_ctr_8way(%rcx, .Lbswap128_mask, RA1, RB1, RC1, RD1, RA2, RB2, RC2,
 411                       RD2, RX0, RX1, RY0);
 412
 413         call __twofish_enc_blk8;
 414
 415         store_ctr_8way(%r12, %r11, RC1, RD1, RA1, RB1, RC2, RD2, RA2, RB2);
 416
 417         popq %r12;
 418
 419         FRAME_END
 420         ret;
 421 ENDPROC(twofish_ctr_8way)
 422
 423 ENTRY(twofish_xts_enc_8way)
 424         /* input:
 425          *      %rdi: ctx, CTX
 426          *      %rsi: dst
 427          *      %rdx: src
 428          *      %rcx: iv (t ⊕ αⁿ ∈ GF(2¹²⁸))
 429          */
 430         FRAME_BEGIN
 431
 432         movq %rsi, %r11;
 433
 434         /* regs <= src, dst <= IVs, regs <= regs xor IVs */
 435         load_xts_8way(%rcx, %rdx, %rsi, RA1, RB1, RC1, RD1, RA2, RB2, RC2, RD2,
 436                       RX0, RX1, RY0, .Lxts_gf128mul_and_shl1_mask);
 437
 438         call __twofish_enc_blk8;
 439
 440         /* dst <= regs xor IVs(in dst) */
 441         store_xts_8way(%r11, RC1, RD1, RA1, RB1, RC2, RD2, RA2, RB2);
 442
 443         FRAME_END
 444         ret;
 445 ENDPROC(twofish_xts_enc_8way)
 446
 447 ENTRY(twofish_xts_dec_8way)
 448         /* input:
 449          *      %rdi: ctx, CTX
 450          *      %rsi: dst
 451          *      %rdx: src
 452          *      %rcx: iv (t ⊕ αⁿ ∈ GF(2¹²⁸))
 453          */
 454         FRAME_BEGIN
 455
 456         movq %rsi, %r11;
 457
 458         /* regs <= src, dst <= IVs, regs <= regs xor IVs */
 459         load_xts_8way(%rcx, %rdx, %rsi, RC1, RD1, RA1, RB1, RC2, RD2, RA2, RB2,
 460                       RX0, RX1, RY0, .Lxts_gf128mul_and_shl1_mask);
 461
 462         call __twofish_dec_blk8;
 463
 464         /* dst <= regs xor IVs(in dst) */
 465         store_xts_8way(%r11, RA1, RB1, RC1, RD1, RA2, RB2, RC2, RD2);
 466
 467         FRAME_END
 468         ret;
 469 ENDPROC(twofish_xts_dec_8way)