crypto/ppccap.c

   1 /*
   2  * Copyright 2009-2021 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
   3  *
   4  * Licensed under the OpenSSL license (the "License").  You may not use
   5  * this file except in compliance with the License.  You can obtain a copy
   6  * in the file LICENSE in the source distribution or at
   7  * https://www.openssl.org/source/license.html
   8  */
   9
  10 #include <stdio.h>
  11 #include <stdlib.h>
  12 #include <string.h>
  13 #include <setjmp.h>
  14 #include <signal.h>
  15 #include <unistd.h>
  16 #if defined(__linux) || defined(_AIX)
  17 # include <sys/utsname.h>
  18 #endif
  19 #if defined(_AIX53)     /* defined even on post-5.3 */
  20 # include <sys/systemcfg.h>
  21 # if !defined(__power_set)
  22 #  define __power_set(a) (_system_configuration.implementation & (a))
  23 # endif
  24 #endif
  25 #if defined(__APPLE__) && defined(__MACH__)
  26 # include <sys/types.h>
  27 # include <sys/sysctl.h>
  28 #endif
  29 #include <openssl/crypto.h>
  30 #include <openssl/bn.h>
  31 #include <internal/cryptlib.h>
  32 #include <crypto/chacha.h>
  33 #include "bn/bn_local.h"
  34
  35 #include "ppc_arch.h"
  36
  37 unsigned int OPENSSL_ppccap_P = 0;
  38
  39 static sigset_t all_masked;
  40
  41 #ifdef OPENSSL_BN_ASM_MONT
  42 int bn_mul_mont(BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap, const BN_ULONG *bp,
  43                 const BN_ULONG *np, const BN_ULONG *n0, int num)
  44 {
  45     int bn_mul_mont_int(BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap, const BN_ULONG *bp,
  46                         const BN_ULONG *np, const BN_ULONG *n0, int num);
  47     int bn_mul4x_mont_int(BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap, const BN_ULONG *bp,
  48                           const BN_ULONG *np, const BN_ULONG *n0, int num);
  49
  50     if (num < 4)
  51         return 0;
  52
  53     if ((num & 3) == 0)
  54         return bn_mul4x_mont_int(rp, ap, bp, np, n0, num);
  55
  56     /*
  57      * There used to be [optional] call to bn_mul_mont_fpu64 here,
  58      * but above subroutine is faster on contemporary processors.
  59      * Formulation means that there might be old processors where
  60      * FPU code path would be faster, POWER6 perhaps, but there was
  61      * no opportunity to figure it out...
  62      */
  63
  64     return bn_mul_mont_int(rp, ap, bp, np, n0, num);
  65 }
  66 #endif
  67
  68 void sha256_block_p8(void *ctx, const void *inp, size_t len);
  69 void sha256_block_ppc(void *ctx, const void *inp, size_t len);
  70 void sha256_block_data_order(void *ctx, const void *inp, size_t len);
  71 void sha256_block_data_order(void *ctx, const void *inp, size_t len)
  72 {
  73     OPENSSL_ppccap_P & PPC_CRYPTO207 ? sha256_block_p8(ctx, inp, len) :
  74         sha256_block_ppc(ctx, inp, len);
  75 }
  76
  77 void sha512_block_p8(void *ctx, const void *inp, size_t len);
  78 void sha512_block_ppc(void *ctx, const void *inp, size_t len);
  79 void sha512_block_data_order(void *ctx, const void *inp, size_t len);
  80 void sha512_block_data_order(void *ctx, const void *inp, size_t len)
  81 {
  82     OPENSSL_ppccap_P & PPC_CRYPTO207 ? sha512_block_p8(ctx, inp, len) :
  83         sha512_block_ppc(ctx, inp, len);
  84 }
  85
  86 #ifndef OPENSSL_NO_CHACHA
  87 void ChaCha20_ctr32_int(unsigned char *out, const unsigned char *inp,
  88                         size_t len, const unsigned int key[8],
  89                         const unsigned int counter[4]);
  90 void ChaCha20_ctr32_vmx(unsigned char *out, const unsigned char *inp,
  91                         size_t len, const unsigned int key[8],
  92                         const unsigned int counter[4]);
  93 void ChaCha20_ctr32_vsx(unsigned char *out, const unsigned char *inp,
  94                         size_t len, const unsigned int key[8],
  95                         const unsigned int counter[4]);
  96 void ChaCha20_ctr32(unsigned char *out, const unsigned char *inp,
  97                     size_t len, const unsigned int key[8],
  98                     const unsigned int counter[4])
  99 {
 100     OPENSSL_ppccap_P & PPC_CRYPTO207
 101         ? ChaCha20_ctr32_vsx(out, inp, len, key, counter)
 102         : OPENSSL_ppccap_P & PPC_ALTIVEC
 103             ? ChaCha20_ctr32_vmx(out, inp, len, key, counter)
 104             : ChaCha20_ctr32_int(out, inp, len, key, counter);
 105 }
 106 #endif
 107
 108 #ifndef OPENSSL_NO_POLY1305
 109 void poly1305_init_int(void *ctx, const unsigned char key[16]);
 110 void poly1305_blocks(void *ctx, const unsigned char *inp, size_t len,
 111                          unsigned int padbit);
 112 void poly1305_emit(void *ctx, unsigned char mac[16],
 113                        const unsigned int nonce[4]);
 114 void poly1305_init_fpu(void *ctx, const unsigned char key[16]);
 115 void poly1305_blocks_fpu(void *ctx, const unsigned char *inp, size_t len,
 116                          unsigned int padbit);
 117 void poly1305_emit_fpu(void *ctx, unsigned char mac[16],
 118                        const unsigned int nonce[4]);
 119 int poly1305_init(void *ctx, const unsigned char key[16], void *func[2]);
 120 int poly1305_init(void *ctx, const unsigned char key[16], void *func[2])
 121 {
 122     if (sizeof(size_t) == 4 && (OPENSSL_ppccap_P & PPC_FPU)) {
 123         poly1305_init_fpu(ctx, key);
 124         func[0] = (void*)(uintptr_t)poly1305_blocks_fpu;
 125         func[1] = (void*)(uintptr_t)poly1305_emit_fpu;
 126     } else {
 127         poly1305_init_int(ctx, key);
 128         func[0] = (void*)(uintptr_t)poly1305_blocks;
 129         func[1] = (void*)(uintptr_t)poly1305_emit;
 130     }
 131     return 1;
 132 }
 133 #endif
 134
 135 #ifdef ECP_NISTZ256_ASM
 136 void ecp_nistz256_mul_mont(unsigned long res[4], const unsigned long a[4],
 137                            const unsigned long b[4]);
 138
 139 void ecp_nistz256_to_mont(unsigned long res[4], const unsigned long in[4]);
 140 void ecp_nistz256_to_mont(unsigned long res[4], const unsigned long in[4])
 141 {
 142     static const unsigned long RR[] = { 0x0000000000000003U,
 143                                         0xfffffffbffffffffU,
 144                                         0xfffffffffffffffeU,
 145                                         0x00000004fffffffdU };
 146
 147     ecp_nistz256_mul_mont(res, in, RR);
 148 }
 149
 150 void ecp_nistz256_from_mont(unsigned long res[4], const unsigned long in[4]);
 151 void ecp_nistz256_from_mont(unsigned long res[4], const unsigned long in[4])
 152 {
 153     static const unsigned long one[] = { 1, 0, 0, 0 };
 154
 155     ecp_nistz256_mul_mont(res, in, one);
 156 }
 157 #endif
 158
 159 static sigjmp_buf ill_jmp;
 160 static void ill_handler(int sig)
 161 {
 162     siglongjmp(ill_jmp, sig);
 163 }
 164
 165 void OPENSSL_fpu_probe(void);
 166 void OPENSSL_ppc64_probe(void);
 167 void OPENSSL_altivec_probe(void);
 168 void OPENSSL_crypto207_probe(void);
 169 void OPENSSL_madd300_probe(void);
 170
 171 long OPENSSL_rdtsc_mftb(void);
 172 long OPENSSL_rdtsc_mfspr268(void);
 173
 174 uint32_t OPENSSL_rdtsc(void)
 175 {
 176     if (OPENSSL_ppccap_P & PPC_MFTB)
 177         return OPENSSL_rdtsc_mftb();
 178     else if (OPENSSL_ppccap_P & PPC_MFSPR268)
 179         return OPENSSL_rdtsc_mfspr268();
 180     else
 181         return 0;
 182 }
 183
 184 size_t OPENSSL_instrument_bus_mftb(unsigned int *, size_t);
 185 size_t OPENSSL_instrument_bus_mfspr268(unsigned int *, size_t);
 186
 187 size_t OPENSSL_instrument_bus(unsigned int *out, size_t cnt)
 188 {
 189     if (OPENSSL_ppccap_P & PPC_MFTB)
 190         return OPENSSL_instrument_bus_mftb(out, cnt);
 191     else if (OPENSSL_ppccap_P & PPC_MFSPR268)
 192         return OPENSSL_instrument_bus_mfspr268(out, cnt);
 193     else
 194         return 0;
 195 }
 196
 197 size_t OPENSSL_instrument_bus2_mftb(unsigned int *, size_t, size_t);
 198 size_t OPENSSL_instrument_bus2_mfspr268(unsigned int *, size_t, size_t);
 199
 200 size_t OPENSSL_instrument_bus2(unsigned int *out, size_t cnt, size_t max)
 201 {
 202     if (OPENSSL_ppccap_P & PPC_MFTB)
 203         return OPENSSL_instrument_bus2_mftb(out, cnt, max);
 204     else if (OPENSSL_ppccap_P & PPC_MFSPR268)
 205         return OPENSSL_instrument_bus2_mfspr268(out, cnt, max);
 206     else
 207         return 0;
 208 }
 209
 210 #if defined(__GLIBC__) && defined(__GLIBC_PREREQ)
 211 # if __GLIBC_PREREQ(2, 16)
 212 #  include <sys/auxv.h>
 213 #  define OSSL_IMPLEMENT_GETAUXVAL
 214 # endif
 215 #endif
 216
 217 #if defined(__FreeBSD__)
 218 # include <sys/param.h>
 219 # if __FreeBSD_version >= 1200000
 220 #  include <sys/auxv.h>
 221 #  define OSSL_IMPLEMENT_GETAUXVAL
 222
 223 static unsigned long getauxval(unsigned long key)
 224 {
 225   unsigned long val = 0ul;
 226
 227   if (elf_aux_info((int)key, &val, sizeof(val)) != 0)
 228     return 0ul;
 229
 230   return val;
 231 }
 232 # endif
 233 #endif
 234
 235 /* I wish <sys/auxv.h> was universally available */
 236 #define HWCAP                   16      /* AT_HWCAP */
 237 #define HWCAP_PPC64             (1U << 30)
 238 #define HWCAP_ALTIVEC           (1U << 28)
 239 #define HWCAP_FPU               (1U << 27)
 240 #define HWCAP_POWER6_EXT        (1U << 9)
 241 #define HWCAP_VSX               (1U << 7)
 242
 243 #define HWCAP2                  26      /* AT_HWCAP2 */
 244 #define HWCAP_VEC_CRYPTO        (1U << 25)
 245 #define HWCAP_ARCH_3_00         (1U << 23)
 246
 247 # if defined(__GNUC__) && __GNUC__>=2
 248 __attribute__ ((constructor))
 249 # endif
 250 void OPENSSL_cpuid_setup(void)
 251 {
 252     char *e;
 253     struct sigaction ill_oact, ill_act;
 254     sigset_t oset;
 255     static int trigger = 0;
 256
 257     if (trigger)
 258         return;
 259     trigger = 1;
 260
 261     if ((e = getenv("OPENSSL_ppccap"))) {
 262         OPENSSL_ppccap_P = strtoul(e, NULL, 0);
 263         return;
 264     }
 265
 266     OPENSSL_ppccap_P = 0;
 267
 268 #if defined(_AIX)
 269     OPENSSL_ppccap_P |= PPC_FPU;
 270
 271     if (sizeof(size_t) == 4) {
 272         struct utsname uts;
 273 # if defined(_SC_AIX_KERNEL_BITMODE)
 274         if (sysconf(_SC_AIX_KERNEL_BITMODE) != 64)
 275             return;
 276 # endif
 277         if (uname(&uts) != 0 || atoi(uts.version) < 6)
 278             return;
 279     }
 280
 281 # if defined(__power_set)
 282     /*
 283      * Value used in __power_set is a single-bit 1<<n one denoting
 284      * specific processor class. Incidentally 0xffffffff<<n can be
 285      * used to denote specific processor and its successors.
 286      */
 287     if (sizeof(size_t) == 4) {
 288         /* In 32-bit case PPC_FPU64 is always fastest [if option] */
 289         if (__power_set(0xffffffffU<<13))       /* POWER5 and later */
 290             OPENSSL_ppccap_P |= PPC_FPU64;
 291     } else {
 292         /* In 64-bit case PPC_FPU64 is fastest only on POWER6 */
 293         if (__power_set(0x1U<<14))              /* POWER6 */
 294             OPENSSL_ppccap_P |= PPC_FPU64;
 295     }
 296
 297     if (__power_set(0xffffffffU<<14))           /* POWER6 and later */
 298         OPENSSL_ppccap_P |= PPC_ALTIVEC;
 299
 300     if (__power_set(0xffffffffU<<16))           /* POWER8 and later */
 301         OPENSSL_ppccap_P |= PPC_CRYPTO207;
 302
 303     if (__power_set(0xffffffffU<<17))           /* POWER9 and later */
 304         OPENSSL_ppccap_P |= PPC_MADD300;
 305
 306     return;
 307 # endif
 308 #endif
 309
 310 #if defined(__APPLE__) && defined(__MACH__)
 311     OPENSSL_ppccap_P |= PPC_FPU;
 312
 313     {
 314         int val;
 315         size_t len = sizeof(val);
 316
 317         if (sysctlbyname("hw.optional.64bitops", &val, &len, NULL, 0) == 0) {
 318             if (val)
 319                 OPENSSL_ppccap_P |= PPC_FPU64;
 320         }
 321
 322         len = sizeof(val);
 323         if (sysctlbyname("hw.optional.altivec", &val, &len, NULL, 0) == 0) {
 324             if (val)
 325                 OPENSSL_ppccap_P |= PPC_ALTIVEC;
 326         }
 327
 328         return;
 329     }
 330 #endif
 331
 332 #ifdef OSSL_IMPLEMENT_GETAUXVAL
 333     {
 334         unsigned long hwcap = getauxval(HWCAP);
 335         unsigned long hwcap2 = getauxval(HWCAP2);
 336
 337         if (hwcap & HWCAP_FPU) {
 338             OPENSSL_ppccap_P |= PPC_FPU;
 339
 340             if (sizeof(size_t) == 4) {
 341                 /* In 32-bit case PPC_FPU64 is always fastest [if option] */
 342                 if (hwcap & HWCAP_PPC64)
 343                     OPENSSL_ppccap_P |= PPC_FPU64;
 344             } else {
 345                 /* In 64-bit case PPC_FPU64 is fastest only on POWER6 */
 346                 if (hwcap & HWCAP_POWER6_EXT)
 347                     OPENSSL_ppccap_P |= PPC_FPU64;
 348             }
 349         }
 350
 351         if (hwcap & HWCAP_ALTIVEC) {
 352             OPENSSL_ppccap_P |= PPC_ALTIVEC;
 353
 354             if ((hwcap & HWCAP_VSX) && (hwcap2 & HWCAP_VEC_CRYPTO))
 355                 OPENSSL_ppccap_P |= PPC_CRYPTO207;
 356         }
 357
 358         if (hwcap2 & HWCAP_ARCH_3_00) {
 359             OPENSSL_ppccap_P |= PPC_MADD300;
 360         }
 361     }
 362 #endif
 363
 364     sigfillset(&all_masked);
 365     sigdelset(&all_masked, SIGILL);
 366     sigdelset(&all_masked, SIGTRAP);
 367 #ifdef SIGEMT
 368     sigdelset(&all_masked, SIGEMT);
 369 #endif
 370     sigdelset(&all_masked, SIGFPE);
 371     sigdelset(&all_masked, SIGBUS);
 372     sigdelset(&all_masked, SIGSEGV);
 373
 374     memset(&ill_act, 0, sizeof(ill_act));
 375     ill_act.sa_handler = ill_handler;
 376     ill_act.sa_mask = all_masked;
 377
 378     sigprocmask(SIG_SETMASK, &ill_act.sa_mask, &oset);
 379     sigaction(SIGILL, &ill_act, &ill_oact);
 380
 381 #ifndef OSSL_IMPLEMENT_GETAUXVAL
 382     if (sigsetjmp(ill_jmp,1) == 0) {
 383         OPENSSL_fpu_probe();
 384         OPENSSL_ppccap_P |= PPC_FPU;
 385
 386         if (sizeof(size_t) == 4) {
 387 # ifdef __linux
 388             struct utsname uts;
 389             if (uname(&uts) == 0 && strcmp(uts.machine, "ppc64") == 0)
 390 # endif
 391                 if (sigsetjmp(ill_jmp, 1) == 0) {
 392                     OPENSSL_ppc64_probe();
 393                     OPENSSL_ppccap_P |= PPC_FPU64;
 394                 }
 395         } else {
 396             /*
 397              * Wanted code detecting POWER6 CPU and setting PPC_FPU64
 398              */
 399         }
 400     }
 401
 402     if (sigsetjmp(ill_jmp, 1) == 0) {
 403         OPENSSL_altivec_probe();
 404         OPENSSL_ppccap_P |= PPC_ALTIVEC;
 405         if (sigsetjmp(ill_jmp, 1) == 0) {
 406             OPENSSL_crypto207_probe();
 407             OPENSSL_ppccap_P |= PPC_CRYPTO207;
 408         }
 409     }
 410
 411     if (sigsetjmp(ill_jmp, 1) == 0) {
 412         OPENSSL_madd300_probe();
 413         OPENSSL_ppccap_P |= PPC_MADD300;
 414     }
 415 #endif
 416
 417     if (sigsetjmp(ill_jmp, 1) == 0) {
 418         OPENSSL_rdtsc_mftb();
 419         OPENSSL_ppccap_P |= PPC_MFTB;
 420     } else if (sigsetjmp(ill_jmp, 1) == 0) {
 421         OPENSSL_rdtsc_mfspr268();
 422         OPENSSL_ppccap_P |= PPC_MFSPR268;
 423     }
 424
 425     sigaction(SIGILL, &ill_oact, NULL);
 426     sigprocmask(SIG_SETMASK, &oset, NULL);
 427 }