arch/mips/crypto/chacha-core.S

   1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0 OR MIT */
   2 /*
   3  * Copyright (C) 2016-2018 René van Dorst <opensource@vdorst.com>. All Rights Reserved.
   4  * Copyright (C) 2015-2019 Jason A. Donenfeld <Jason@zx2c4.com>. All Rights Reserved.
   5  */
   6
   7 #define MASK_U32                0x3c
   8 #define CHACHA20_BLOCK_SIZE     64
   9 #define STACK_SIZE              32
  10
  11 #define X0      $t0
  12 #define X1      $t1
  13 #define X2      $t2
  14 #define X3      $t3
  15 #define X4      $t4
  16 #define X5      $t5
  17 #define X6      $t6
  18 #define X7      $t7
  19 #define X8      $t8
  20 #define X9      $t9
  21 #define X10     $v1
  22 #define X11     $s6
  23 #define X12     $s5
  24 #define X13     $s4
  25 #define X14     $s3
  26 #define X15     $s2
  27 /* Use regs which are overwritten on exit for Tx so we don't leak clear data. */
  28 #define T0      $s1
  29 #define T1      $s0
  30 #define T(n)    T ## n
  31 #define X(n)    X ## n
  32
  33 /* Input arguments */
  34 #define STATE           $a0
  35 #define OUT             $a1
  36 #define IN              $a2
  37 #define BYTES           $a3
  38
  39 /* Output argument */
  40 /* NONCE[0] is kept in a register and not in memory.
  41  * We don't want to touch original value in memory.
  42  * Must be incremented every loop iteration.
  43  */
  44 #define NONCE_0         $v0
  45
  46 /* SAVED_X and SAVED_CA are set in the jump table.
  47  * Use regs which are overwritten on exit else we don't leak clear data.
  48  * They are used to handling the last bytes which are not multiple of 4.
  49  */
  50 #define SAVED_X         X15
  51 #define SAVED_CA        $s7
  52
  53 #define IS_UNALIGNED    $s7
  54
  55 #if __BYTE_ORDER__ == __ORDER_BIG_ENDIAN__
  56 #define MSB 0
  57 #define LSB 3
  58 #define ROTx rotl
  59 #define ROTR(n) rotr n, 24
  60 #define CPU_TO_LE32(n) \
  61         wsbh    n; \
  62         rotr    n, 16;
  63 #else
  64 #define MSB 3
  65 #define LSB 0
  66 #define ROTx rotr
  67 #define CPU_TO_LE32(n)
  68 #define ROTR(n)
  69 #endif
  70
  71 #define FOR_EACH_WORD(x) \
  72         x( 0); \
  73         x( 1); \
  74         x( 2); \
  75         x( 3); \
  76         x( 4); \
  77         x( 5); \
  78         x( 6); \
  79         x( 7); \
  80         x( 8); \
  81         x( 9); \
  82         x(10); \
  83         x(11); \
  84         x(12); \
  85         x(13); \
  86         x(14); \
  87         x(15);
  88
  89 #define FOR_EACH_WORD_REV(x) \
  90         x(15); \
  91         x(14); \
  92         x(13); \
  93         x(12); \
  94         x(11); \
  95         x(10); \
  96         x( 9); \
  97         x( 8); \
  98         x( 7); \
  99         x( 6); \
 100         x( 5); \
 101         x( 4); \
 102         x( 3); \
 103         x( 2); \
 104         x( 1); \
 105         x( 0);
 106
 107 #define PLUS_ONE_0       1
 108 #define PLUS_ONE_1       2
 109 #define PLUS_ONE_2       3
 110 #define PLUS_ONE_3       4
 111 #define PLUS_ONE_4       5
 112 #define PLUS_ONE_5       6
 113 #define PLUS_ONE_6       7
 114 #define PLUS_ONE_7       8
 115 #define PLUS_ONE_8       9
 116 #define PLUS_ONE_9      10
 117 #define PLUS_ONE_10     11
 118 #define PLUS_ONE_11     12
 119 #define PLUS_ONE_12     13
 120 #define PLUS_ONE_13     14
 121 #define PLUS_ONE_14     15
 122 #define PLUS_ONE_15     16
 123 #define PLUS_ONE(x)     PLUS_ONE_ ## x
 124 #define _CONCAT3(a,b,c) a ## b ## c
 125 #define CONCAT3(a,b,c)  _CONCAT3(a,b,c)
 126
 127 #define STORE_UNALIGNED(x) \
 128 CONCAT3(.Lchacha_mips_xor_unaligned_, PLUS_ONE(x), _b: ;) \
 129         .if (x != 12); \
 130                 lw      T0, (x*4)(STATE); \
 131         .endif; \
 132         lwl     T1, (x*4)+MSB ## (IN); \
 133         lwr     T1, (x*4)+LSB ## (IN); \
 134         .if (x == 12); \
 135                 addu    X ## x, NONCE_0; \
 136         .else; \
 137                 addu    X ## x, T0; \
 138         .endif; \
 139         CPU_TO_LE32(X ## x); \
 140         xor     X ## x, T1; \
 141         swl     X ## x, (x*4)+MSB ## (OUT); \
 142         swr     X ## x, (x*4)+LSB ## (OUT);
 143
 144 #define STORE_ALIGNED(x) \
 145 CONCAT3(.Lchacha_mips_xor_aligned_, PLUS_ONE(x), _b: ;) \
 146         .if (x != 12); \
 147                 lw      T0, (x*4)(STATE); \
 148         .endif; \
 149         lw      T1, (x*4) ## (IN); \
 150         .if (x == 12); \
 151                 addu    X ## x, NONCE_0; \
 152         .else; \
 153                 addu    X ## x, T0; \
 154         .endif; \
 155         CPU_TO_LE32(X ## x); \
 156         xor     X ## x, T1; \
 157         sw      X ## x, (x*4) ## (OUT);
 158
 159 /* Jump table macro.
 160  * Used for setup and handling the last bytes, which are not multiple of 4.
 161  * X15 is free to store Xn
 162  * Every jumptable entry must be equal in size.
 163  */
 164 #define JMPTBL_ALIGNED(x) \
 165 .Lchacha_mips_jmptbl_aligned_ ## x: ; \
 166         .set    noreorder; \
 167         b       .Lchacha_mips_xor_aligned_ ## x ## _b; \
 168         .if (x == 12); \
 169                 addu    SAVED_X, X ## x, NONCE_0; \
 170         .else; \
 171                 addu    SAVED_X, X ## x, SAVED_CA; \
 172         .endif; \
 173         .set    reorder
 174
 175 #define JMPTBL_UNALIGNED(x) \
 176 .Lchacha_mips_jmptbl_unaligned_ ## x: ; \
 177         .set    noreorder; \
 178         b       .Lchacha_mips_xor_unaligned_ ## x ## _b; \
 179         .if (x == 12); \
 180                 addu    SAVED_X, X ## x, NONCE_0; \
 181         .else; \
 182                 addu    SAVED_X, X ## x, SAVED_CA; \
 183         .endif; \
 184         .set    reorder
 185
 186 #define AXR(A, B, C, D,  K, L, M, N,  V, W, Y, Z,  S) \
 187         addu    X(A), X(K); \
 188         addu    X(B), X(L); \
 189         addu    X(C), X(M); \
 190         addu    X(D), X(N); \
 191         xor     X(V), X(A); \
 192         xor     X(W), X(B); \
 193         xor     X(Y), X(C); \
 194         xor     X(Z), X(D); \
 195         rotl    X(V), S;    \
 196         rotl    X(W), S;    \
 197         rotl    X(Y), S;    \
 198         rotl    X(Z), S;
 199
 200 .text
 201 .set    reorder
 202 .set    noat
 203 .globl  chacha_crypt_arch
 204 .ent    chacha_crypt_arch
 205 chacha_crypt_arch:
 206         .frame  $sp, STACK_SIZE, $ra
 207
 208         /* Load number of rounds */
 209         lw      $at, 16($sp)
 210
 211         addiu   $sp, -STACK_SIZE
 212
 213         /* Return bytes = 0. */
 214         beqz    BYTES, .Lchacha_mips_end
 215
 216         lw      NONCE_0, 48(STATE)
 217
 218         /* Save s0-s7 */
 219         sw      $s0,  0($sp)
 220         sw      $s1,  4($sp)
 221         sw      $s2,  8($sp)
 222         sw      $s3, 12($sp)
 223         sw      $s4, 16($sp)
 224         sw      $s5, 20($sp)
 225         sw      $s6, 24($sp)
 226         sw      $s7, 28($sp)
 227
 228         /* Test IN or OUT is unaligned.
 229          * IS_UNALIGNED = ( IN | OUT ) & 0x00000003
 230          */
 231         or      IS_UNALIGNED, IN, OUT
 232         andi    IS_UNALIGNED, 0x3
 233
 234         b       .Lchacha_rounds_start
 235
 236 .align 4
 237 .Loop_chacha_rounds:
 238         addiu   IN,  CHACHA20_BLOCK_SIZE
 239         addiu   OUT, CHACHA20_BLOCK_SIZE
 240         addiu   NONCE_0, 1
 241
 242 .Lchacha_rounds_start:
 243         lw      X0,  0(STATE)
 244         lw      X1,  4(STATE)
 245         lw      X2,  8(STATE)
 246         lw      X3,  12(STATE)
 247
 248         lw      X4,  16(STATE)
 249         lw      X5,  20(STATE)
 250         lw      X6,  24(STATE)
 251         lw      X7,  28(STATE)
 252         lw      X8,  32(STATE)
 253         lw      X9,  36(STATE)
 254         lw      X10, 40(STATE)
 255         lw      X11, 44(STATE)
 256
 257         move    X12, NONCE_0
 258         lw      X13, 52(STATE)
 259         lw      X14, 56(STATE)
 260         lw      X15, 60(STATE)
 261
 262 .Loop_chacha_xor_rounds:
 263         addiu   $at, -2
 264         AXR( 0, 1, 2, 3,  4, 5, 6, 7, 12,13,14,15, 16);
 265         AXR( 8, 9,10,11, 12,13,14,15,  4, 5, 6, 7, 12);
 266         AXR( 0, 1, 2, 3,  4, 5, 6, 7, 12,13,14,15,  8);
 267         AXR( 8, 9,10,11, 12,13,14,15,  4, 5, 6, 7,  7);
 268         AXR( 0, 1, 2, 3,  5, 6, 7, 4, 15,12,13,14, 16);
 269         AXR(10,11, 8, 9, 15,12,13,14,  5, 6, 7, 4, 12);
 270         AXR( 0, 1, 2, 3,  5, 6, 7, 4, 15,12,13,14,  8);
 271         AXR(10,11, 8, 9, 15,12,13,14,  5, 6, 7, 4,  7);
 272         bnez    $at, .Loop_chacha_xor_rounds
 273
 274         addiu   BYTES, -(CHACHA20_BLOCK_SIZE)
 275
 276         /* Is data src/dst unaligned? Jump */
 277         bnez    IS_UNALIGNED, .Loop_chacha_unaligned
 278
 279         /* Set number rounds here to fill delayslot. */
 280         lw      $at, (STACK_SIZE+16)($sp)
 281
 282         /* BYTES < 0, it has no full block. */
 283         bltz    BYTES, .Lchacha_mips_no_full_block_aligned
 284
 285         FOR_EACH_WORD_REV(STORE_ALIGNED)
 286
 287         /* BYTES > 0? Loop again. */
 288         bgtz    BYTES, .Loop_chacha_rounds
 289
 290         /* Place this here to fill delay slot */
 291         addiu   NONCE_0, 1
 292
 293         /* BYTES < 0? Handle last bytes */
 294         bltz    BYTES, .Lchacha_mips_xor_bytes
 295
 296 .Lchacha_mips_xor_done:
 297         /* Restore used registers */
 298         lw      $s0,  0($sp)
 299         lw      $s1,  4($sp)
 300         lw      $s2,  8($sp)
 301         lw      $s3, 12($sp)
 302         lw      $s4, 16($sp)
 303         lw      $s5, 20($sp)
 304         lw      $s6, 24($sp)
 305         lw      $s7, 28($sp)
 306
 307         /* Write NONCE_0 back to right location in state */
 308         sw      NONCE_0, 48(STATE)
 309
 310 .Lchacha_mips_end:
 311         addiu   $sp, STACK_SIZE
 312         jr      $ra
 313
 314 .Lchacha_mips_no_full_block_aligned:
 315         /* Restore the offset on BYTES */
 316         addiu   BYTES, CHACHA20_BLOCK_SIZE
 317
 318         /* Get number of full WORDS */
 319         andi    $at, BYTES, MASK_U32
 320
 321         /* Load upper half of jump table addr */
 322         lui     T0, %hi(.Lchacha_mips_jmptbl_aligned_0)
 323
 324         /* Calculate lower half jump table offset */
 325         ins     T0, $at, 1, 6
 326
 327         /* Add offset to STATE */
 328         addu    T1, STATE, $at
 329
 330         /* Add lower half jump table addr */
 331         addiu   T0, %lo(.Lchacha_mips_jmptbl_aligned_0)
 332
 333         /* Read value from STATE */
 334         lw      SAVED_CA, 0(T1)
 335
 336         /* Store remaining bytecounter as negative value */
 337         subu    BYTES, $at, BYTES
 338
 339         jr      T0
 340
 341         /* Jump table */
 342         FOR_EACH_WORD(JMPTBL_ALIGNED)
 343
 344
 345 .Loop_chacha_unaligned:
 346         /* Set number rounds here to fill delayslot. */
 347         lw      $at, (STACK_SIZE+16)($sp)
 348
 349         /* BYTES > 0, it has no full block. */
 350         bltz    BYTES, .Lchacha_mips_no_full_block_unaligned
 351
 352         FOR_EACH_WORD_REV(STORE_UNALIGNED)
 353
 354         /* BYTES > 0? Loop again. */
 355         bgtz    BYTES, .Loop_chacha_rounds
 356
 357         /* Write NONCE_0 back to right location in state */
 358         sw      NONCE_0, 48(STATE)
 359
 360         .set noreorder
 361         /* Fall through to byte handling */
 362         bgez    BYTES, .Lchacha_mips_xor_done
 363 .Lchacha_mips_xor_unaligned_0_b:
 364 .Lchacha_mips_xor_aligned_0_b:
 365         /* Place this here to fill delay slot */
 366         addiu   NONCE_0, 1
 367         .set reorder
 368
 369 .Lchacha_mips_xor_bytes:
 370         addu    IN, $at
 371         addu    OUT, $at
 372         /* First byte */
 373         lbu     T1, 0(IN)
 374         addiu   $at, BYTES, 1
 375         CPU_TO_LE32(SAVED_X)
 376         ROTR(SAVED_X)
 377         xor     T1, SAVED_X
 378         sb      T1, 0(OUT)
 379         beqz    $at, .Lchacha_mips_xor_done
 380         /* Second byte */
 381         lbu     T1, 1(IN)
 382         addiu   $at, BYTES, 2
 383         ROTx    SAVED_X, 8
 384         xor     T1, SAVED_X
 385         sb      T1, 1(OUT)
 386         beqz    $at, .Lchacha_mips_xor_done
 387         /* Third byte */
 388         lbu     T1, 2(IN)
 389         ROTx    SAVED_X, 8
 390         xor     T1, SAVED_X
 391         sb      T1, 2(OUT)
 392         b       .Lchacha_mips_xor_done
 393
 394 .Lchacha_mips_no_full_block_unaligned:
 395         /* Restore the offset on BYTES */
 396         addiu   BYTES, CHACHA20_BLOCK_SIZE
 397
 398         /* Get number of full WORDS */
 399         andi    $at, BYTES, MASK_U32
 400
 401         /* Load upper half of jump table addr */
 402         lui     T0, %hi(.Lchacha_mips_jmptbl_unaligned_0)
 403
 404         /* Calculate lower half jump table offset */
 405         ins     T0, $at, 1, 6
 406
 407         /* Add offset to STATE */
 408         addu    T1, STATE, $at
 409
 410         /* Add lower half jump table addr */
 411         addiu   T0, %lo(.Lchacha_mips_jmptbl_unaligned_0)
 412
 413         /* Read value from STATE */
 414         lw      SAVED_CA, 0(T1)
 415
 416         /* Store remaining bytecounter as negative value */
 417         subu    BYTES, $at, BYTES
 418
 419         jr      T0
 420
 421         /* Jump table */
 422         FOR_EACH_WORD(JMPTBL_UNALIGNED)
 423 .end chacha_crypt_arch
 424 .set at
 425
 426 /* Input arguments
 427  * STATE        $a0
 428  * OUT          $a1
 429  * NROUND       $a2
 430  */
 431
 432 #undef X12
 433 #undef X13
 434 #undef X14
 435 #undef X15
 436
 437 #define X12     $a3
 438 #define X13     $at
 439 #define X14     $v0
 440 #define X15     STATE
 441
 442 .set noat
 443 .globl  hchacha_block_arch
 444 .ent    hchacha_block_arch
 445 hchacha_block_arch:
 446         .frame  $sp, STACK_SIZE, $ra
 447
 448         addiu   $sp, -STACK_SIZE
 449
 450         /* Save X11(s6) */
 451         sw      X11, 0($sp)
 452
 453         lw      X0,  0(STATE)
 454         lw      X1,  4(STATE)
 455         lw      X2,  8(STATE)
 456         lw      X3,  12(STATE)
 457         lw      X4,  16(STATE)
 458         lw      X5,  20(STATE)
 459         lw      X6,  24(STATE)
 460         lw      X7,  28(STATE)
 461         lw      X8,  32(STATE)
 462         lw      X9,  36(STATE)
 463         lw      X10, 40(STATE)
 464         lw      X11, 44(STATE)
 465         lw      X12, 48(STATE)
 466         lw      X13, 52(STATE)
 467         lw      X14, 56(STATE)
 468         lw      X15, 60(STATE)
 469
 470 .Loop_hchacha_xor_rounds:
 471         addiu   $a2, -2
 472         AXR( 0, 1, 2, 3,  4, 5, 6, 7, 12,13,14,15, 16);
 473         AXR( 8, 9,10,11, 12,13,14,15,  4, 5, 6, 7, 12);
 474         AXR( 0, 1, 2, 3,  4, 5, 6, 7, 12,13,14,15,  8);
 475         AXR( 8, 9,10,11, 12,13,14,15,  4, 5, 6, 7,  7);
 476         AXR( 0, 1, 2, 3,  5, 6, 7, 4, 15,12,13,14, 16);
 477         AXR(10,11, 8, 9, 15,12,13,14,  5, 6, 7, 4, 12);
 478         AXR( 0, 1, 2, 3,  5, 6, 7, 4, 15,12,13,14,  8);
 479         AXR(10,11, 8, 9, 15,12,13,14,  5, 6, 7, 4,  7);
 480         bnez    $a2, .Loop_hchacha_xor_rounds
 481
 482         /* Restore used register */
 483         lw      X11, 0($sp)
 484
 485         sw      X0,  0(OUT)
 486         sw      X1,  4(OUT)
 487         sw      X2,  8(OUT)
 488         sw      X3,  12(OUT)
 489         sw      X12, 16(OUT)
 490         sw      X13, 20(OUT)
 491         sw      X14, 24(OUT)
 492         sw      X15, 28(OUT)
 493
 494         addiu   $sp, STACK_SIZE
 495         jr      $ra
 496 .end hchacha_block_arch
 497 .set at