sys/crypto/sha2/sha512c_arm64.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 2021 The FreeBSD Foundation
   3  *
   4  * This software was developed by Andrew Turner under sponsorship from
   5  * the FreeBSD Foundation.
   6  *
   7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   8  * modification, are permitted provided that the following conditions
   9  * are met:
  10  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  11  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  12  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  13  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  14  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  15  *
  16  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  17  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  18  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  19  * ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  20  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  21  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  22  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  23  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  24  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  25  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  26  * SUCH DAMAGE.
  27  */
  28
  29 #include <sys/cdefs.h>
  30 #include <sys/types.h>
  31
  32 #include <arm_neon.h>
  33
  34 #include "sha512.h"
  35 #include "sha512c_impl.h"
  36
  37 void __hidden
  38 SHA512_Transform_arm64_impl(uint64_t * state,
  39     const unsigned char block[SHA512_BLOCK_LENGTH], const uint64_t K[80])
  40 {
  41         uint64x2_t W[8];
  42         uint64x2_t S[4];
  43         uint64x2_t S_start[4];
  44         uint64x2_t K_tmp, S_tmp;
  45         int i;
  46
  47 #define A64_LOAD_W(x)                                                   \
  48     W[x] = vld1q_u64((const uint64_t *)(&block[(x) * 16]));             \
  49     W[x] = vreinterpretq_u64_u8(vrev64q_u8(vreinterpretq_u8_u64(W[x])))
  50
  51         /* 1. Prepare the first part of the message schedule W. */
  52         A64_LOAD_W(0);
  53         A64_LOAD_W(1);
  54         A64_LOAD_W(2);
  55         A64_LOAD_W(3);
  56         A64_LOAD_W(4);
  57         A64_LOAD_W(5);
  58         A64_LOAD_W(6);
  59         A64_LOAD_W(7);
  60
  61         /* 2. Initialize working variables. */
  62         S[0] = vld1q_u64(&state[0]);
  63         S[1] = vld1q_u64(&state[2]);
  64         S[2] = vld1q_u64(&state[4]);
  65         S[3] = vld1q_u64(&state[6]);
  66
  67         S_start[0] = S[0];
  68         S_start[1] = S[1];
  69         S_start[2] = S[2];
  70         S_start[3] = S[3];
  71
  72         /* 3. Mix. */
  73         for (i = 0; i < 80; i += 16) {
  74                 /*
  75                  * The schedule array has 4 vectors:
  76                  *  ab = S[( 8 - i) % 4]
  77                  *  cd = S[( 9 - i) % 4]
  78                  *  ef = S[(10 - i) % 4]
  79                  *  gh = S[(11 - i) % 4]
  80                  *
  81                  * The following maacro:
  82                  *  - Loads the round constants
  83                  *  - Add them to schedule words
  84                  *  - Rotates the total to switch the order of the two halves
  85                  *    so they are in the correct order for gh
  86                  *  - Fix the alignment
  87                  *   - Extract fg from ef and gh
  88                  *   - Extract de from cd and ef
  89                  * - Pass these into the first part of the sha512 calculation
  90                  *   to calculate the Sigma 1 and Ch steps
  91                  * - Calculate the Sigma 0 and Maj steps and store to gh
  92                  * - Add the first part to the cd vector
  93                  */
  94 #define A64_RNDr(S, W, i, ii)                                           \
  95     K_tmp = vld1q_u64(K + (i * 2) + ii);                                \
  96     K_tmp = vaddq_u64(W[i], K_tmp);                                     \
  97     K_tmp = vextq_u64(K_tmp, K_tmp, 1);                                 \
  98     K_tmp = vaddq_u64(K_tmp, S[(11 - i) % 4]);                          \
  99     S_tmp = vsha512hq_u64(K_tmp,                                        \
 100       vextq_u64(S[(10 - i) % 4], S[(11 - i) % 4], 1),                   \
 101       vextq_u64(S[(9 - i) % 4], S[(10 - i) % 4], 1));                   \
 102     S[(11 - i) % 4] = vsha512h2q_u64(S_tmp, S[(9 - i) % 4], S[(8 - i) % 4]); \
 103     S[(9 - i) % 4] = vaddq_u64(S[(9 - i) % 4], S_tmp)
 104
 105                 A64_RNDr(S, W, 0, i);
 106                 A64_RNDr(S, W, 1, i);
 107                 A64_RNDr(S, W, 2, i);
 108                 A64_RNDr(S, W, 3, i);
 109                 A64_RNDr(S, W, 4, i);
 110                 A64_RNDr(S, W, 5, i);
 111                 A64_RNDr(S, W, 6, i);
 112                 A64_RNDr(S, W, 7, i);
 113
 114                 if (i == 64)
 115                         break;
 116
 117                 /*
 118                  * Perform the Message schedule computation:
 119                  * - vsha512su0q_u64 performs the sigma 0 half and add it to
 120                  *   the old value
 121                  * - vextq_u64 fixes the alignment of the vectors
 122                  * - vsha512su1q_u64 performs the sigma 1 half and adds it
 123                  *   and both the above all together
 124                  */
 125 #define A64_MSCH(x)                                                     \
 126     W[x] = vsha512su1q_u64(                                             \
 127       vsha512su0q_u64(W[x], W[(x + 1) % 8]),                            \
 128       W[(x + 7) % 8],                                                   \
 129       vextq_u64(W[(x + 4) % 8], W[(x + 5) % 8], 1))
 130
 131                 A64_MSCH(0);
 132                 A64_MSCH(1);
 133                 A64_MSCH(2);
 134                 A64_MSCH(3);
 135                 A64_MSCH(4);
 136                 A64_MSCH(5);
 137                 A64_MSCH(6);
 138                 A64_MSCH(7);
 139         }
 140
 141         /* 4. Mix local working variables into global state */
 142         S[0] = vaddq_u64(S[0], S_start[0]);
 143         S[1] = vaddq_u64(S[1], S_start[1]);
 144         S[2] = vaddq_u64(S[2], S_start[2]);
 145         S[3] = vaddq_u64(S[3], S_start[3]);
 146
 147         vst1q_u64(&state[0], S[0]);
 148         vst1q_u64(&state[2], S[1]);
 149         vst1q_u64(&state[4], S[2]);
 150         vst1q_u64(&state[6], S[3]);
 151 }