]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - tools/tools/crypto/cryptotest.c
Merge llvm, clang, lld, lldb, compiler-rt and libc++ r304222, and update
[FreeBSD/FreeBSD.git] / tools / tools / crypto / cryptotest.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 2004 Sam Leffler, Errno Consulting
3  * All rights reserved.
4  *
5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
6  * modification, are permitted provided that the following conditions
7  * are met:
8  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
9  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer,
10  *    without modification.
11  * 2. Redistributions in binary form must reproduce at minimum a disclaimer
12  *    similar to the "NO WARRANTY" disclaimer below ("Disclaimer") and any
13  *    redistribution must be conditioned upon including a substantially
14  *    similar Disclaimer requirement for further binary redistribution.
15  * 3. Neither the names of the above-listed copyright holders nor the names
16  *    of any contributors may be used to endorse or promote products derived
17  *    from this software without specific prior written permission.
18  *
19  * NO WARRANTY
20  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
21  * ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
22  * LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF NONINFRINGEMENT, MERCHANTIBILITY
23  * AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL
24  * THE COPYRIGHT HOLDERS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR SPECIAL, EXEMPLARY,
25  * OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF
26  * SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS
27  * INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER
28  * IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE)
29  * ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF
30  * THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGES.
31  *
32  * $FreeBSD$
33  */
34
35 /*
36  * Simple tool for testing hardware/system crypto support.
37  *
38  * cryptotest [-czsbv] [-a algorithm] [count] [size ...]
39  *
40  * Run count iterations of a crypt+decrypt or mac operation on a buffer of
41  * size bytes.  A random key and iv are used.  Options:
42  *      -c      check the results
43  *      -d dev  pin work on device dev
44  *      -z      run all available algorithms on a variety of buffer sizes
45  *      -v      be verbose
46  *      -b      mark operations for batching
47  *      -p      profile kernel crypto operations (must be root)
48  *      -t n    fork n threads and run tests concurrently
49  * Known algorithms are:
50  *      null    null cbc
51  *      des     des cbc
52  *      3des    3des cbc
53  *      blf     blowfish cbc
54  *      cast    cast cbc
55  *      skj     skipjack cbc
56  *      aes     rijndael/aes 128-bit cbc
57  *      aes192  rijndael/aes 192-bit cbc
58  *      aes256  rijndael/aes 256-bit cbc
59  *      md5     md5 hmac
60  *      sha1    sha1 hmac
61  *      sha256  256-bit sha2 hmac
62  *      sha384  384-bit sha2 hmac
63  *      sha512  512--bit sha2 hmac
64  *
65  * For a test of how fast a crypto card is, use something like:
66  *      cryptotest -z 1024
67  * This will run a series of tests using the available crypto/cipher
68  * algorithms over a variety of buffer sizes.  The 1024 says to do 1024
69  * iterations.  Extra arguments can be used to specify one or more buffer
70  * sizes to use in doing tests.
71  *
72  * To fork multiple processes all doing the same work, specify -t X on the
73  * command line to get X "threads" running simultaneously.  No effort is made
74  * to synchronize the threads or otherwise maximize load.
75  *
76  * If the kernel crypto code is built with CRYPTO_TIMING and you run as root,
77  * then you can specify the -p option to get a "profile" of the time spent
78  * processing crypto operations.  At present this data is only meaningful for
79  * symmetric operations.  To get meaningful numbers you must run on an idle
80  * machine.
81  *
82  * Expect ~400 Mb/s for a Broadcom 582x for 8K buffers on a reasonable CPU
83  * (64-bit PCI helps).  Hifn 7811 parts top out at ~110 Mb/s.
84  */
85
86 #include <sys/param.h>
87 #include <sys/cpuset.h>
88 #include <sys/ioctl.h>
89 #include <sys/mman.h>
90 #include <sys/sysctl.h>
91 #include <sys/time.h>
92 #include <sys/wait.h>
93
94 #include <err.h>
95 #include <fcntl.h>
96 #include <paths.h>
97 #include <stdio.h>
98 #include <stdlib.h>
99 #include <string.h>
100 #include <sysexits.h>
101 #include <unistd.h>
102
103 #include <crypto/cryptodev.h>
104
105 #define CHUNK   64      /* how much to display */
106 #define streq(a,b)      (strcasecmp(a,b) == 0)
107
108 void    hexdump(char *, int);
109
110 int     verbose = 0;
111 int     opflags = 0;
112 int     verify = 0;
113 int     crid = CRYPTO_FLAG_HARDWARE;
114
115 struct alg {
116         const char* name;
117         int     ishash;
118         int     blocksize;
119         int     minkeylen;
120         int     maxkeylen;
121         int     code;
122 } algorithms[] = {
123 #ifdef CRYPTO_NULL_CBC
124         { "null",       0,      8,      1,      256,    CRYPTO_NULL_CBC },
125 #endif
126         { "des",        0,      8,      8,      8,      CRYPTO_DES_CBC },
127         { "3des",       0,      8,      24,     24,     CRYPTO_3DES_CBC },
128         { "blf",        0,      8,      5,      56,     CRYPTO_BLF_CBC },
129         { "cast",       0,      8,      5,      16,     CRYPTO_CAST_CBC },
130         { "skj",        0,      8,      10,     10,     CRYPTO_SKIPJACK_CBC },
131         { "rij",        0,      16,     16,     16,     CRYPTO_RIJNDAEL128_CBC},
132         { "aes",        0,      16,     16,     16,     CRYPTO_AES_CBC},
133         { "aes192",     0,      16,     24,     24,     CRYPTO_AES_CBC},
134         { "aes256",     0,      16,     32,     32,     CRYPTO_AES_CBC},
135         { "md5",        1,      8,      16,     16,     CRYPTO_MD5_HMAC },
136         { "sha1",       1,      8,      20,     20,     CRYPTO_SHA1_HMAC },
137         { "sha256",     1,      8,      32,     32,     CRYPTO_SHA2_256_HMAC },
138         { "sha384",     1,      8,      48,     48,     CRYPTO_SHA2_384_HMAC },
139         { "sha512",     1,      8,      64,     64,     CRYPTO_SHA2_512_HMAC },
140 };
141
142 void
143 usage(const char* cmd)
144 {
145         printf("usage: %s [-czsbv] [-d dev] [-a algorithm] [count] [size ...]\n",
146                 cmd);
147         printf("where algorithm is one of:\n");
148         printf("    null des 3des (default) blowfish cast skipjack rij\n");
149         printf("    aes aes192 aes256 md5 sha1 sha256 sha384 sha512\n");
150         printf("count is the number of encrypt/decrypt ops to do\n");
151         printf("size is the number of bytes of text to encrypt+decrypt\n");
152         printf("\n");
153         printf("-c check the results (slows timing)\n");
154         printf("-d use specific device, specify 'soft' for testing software implementations\n");
155         printf("\tNOTE: to use software you must set:\n\t sysctl kern.cryptodevallowsoft=1\n");
156         printf("-z run all available algorithms on a variety of sizes\n");
157         printf("-v be verbose\n");
158         printf("-b mark operations for batching\n");
159         printf("-p profile kernel crypto operation (must be root)\n");
160         printf("-t n for n threads and run tests concurrently\n");
161         exit(-1);
162 }
163
164 struct alg*
165 getalgbycode(int cipher)
166 {
167         int i;
168
169         for (i = 0; i < nitems(algorithms); i++)
170                 if (cipher == algorithms[i].code)
171                         return &algorithms[i];
172         return NULL;
173 }
174
175 struct alg*
176 getalgbyname(const char* name)
177 {
178         int i;
179
180         for (i = 0; i < nitems(algorithms); i++)
181                 if (streq(name, algorithms[i].name))
182                         return &algorithms[i];
183         return NULL;
184 }
185
186 int
187 devcrypto(void)
188 {
189         int fd = -1;
190
191         if (fd < 0) {
192                 fd = open(_PATH_DEV "crypto", O_RDWR, 0);
193                 if (fd < 0)
194                         err(1, _PATH_DEV "crypto");
195                 if (fcntl(fd, F_SETFD, 1) == -1)
196                         err(1, "fcntl(F_SETFD) (devcrypto)");
197         }
198         return fd;
199 }
200
201 int
202 crlookup(const char *devname)
203 {
204         struct crypt_find_op find;
205
206         if (strncmp(devname, "soft", 4) == 0)
207                 return CRYPTO_FLAG_SOFTWARE;
208
209         find.crid = -1;
210         strlcpy(find.name, devname, sizeof(find.name));
211         if (ioctl(devcrypto(), CIOCFINDDEV, &find) == -1)
212                 err(1, "ioctl(CIOCFINDDEV)");
213         return find.crid;
214 }
215
216 const char *
217 crfind(int crid)
218 {
219         struct crypt_find_op find;
220
221         bzero(&find, sizeof(find));
222         find.crid = crid;
223         if (ioctl(devcrypto(), CRIOFINDDEV, &find) == -1)
224                 err(1, "ioctl(CIOCFINDDEV): crid %d", crid);
225         return find.name;
226 }
227
228 int
229 crget(void)
230 {
231         int fd;
232
233         if (ioctl(devcrypto(), CRIOGET, &fd) == -1)
234                 err(1, "ioctl(CRIOGET)");
235         if (fcntl(fd, F_SETFD, 1) == -1)
236                 err(1, "fcntl(F_SETFD) (crget)");
237         return fd;
238 }
239
240 char
241 rdigit(void)
242 {
243         const char a[] = {
244                 0x10,0x54,0x11,0x48,0x45,0x12,0x4f,0x13,0x49,0x53,0x14,0x41,
245                 0x15,0x16,0x4e,0x55,0x54,0x17,0x18,0x4a,0x4f,0x42,0x19,0x01
246         };
247         return 0x20+a[random()%nitems(a)];
248 }
249
250 void
251 runtest(struct alg *alg, int count, int size, u_long cmd, struct timeval *tv)
252 {
253         int i, fd = crget();
254         struct timeval start, stop, dt;
255         char *cleartext, *ciphertext, *originaltext;
256         struct session2_op sop;
257         struct crypt_op cop;
258         char iv[EALG_MAX_BLOCK_LEN];
259
260         bzero(&sop, sizeof(sop));
261         if (!alg->ishash) {
262                 sop.keylen = (alg->minkeylen + alg->maxkeylen)/2;
263                 sop.key = (char *) malloc(sop.keylen);
264                 if (sop.key == NULL)
265                         err(1, "malloc (key)");
266                 for (i = 0; i < sop.keylen; i++)
267                         sop.key[i] = rdigit();
268                 sop.cipher = alg->code;
269         } else {
270                 sop.mackeylen = (alg->minkeylen + alg->maxkeylen)/2;
271                 sop.mackey = (char *) malloc(sop.mackeylen);
272                 if (sop.mackey == NULL)
273                         err(1, "malloc (mac)");
274                 for (i = 0; i < sop.mackeylen; i++)
275                         sop.mackey[i] = rdigit();
276                 sop.mac = alg->code;
277         }
278         sop.crid = crid;
279         if (ioctl(fd, cmd, &sop) < 0) {
280                 if (cmd == CIOCGSESSION || cmd == CIOCGSESSION2) {
281                         close(fd);
282                         if (verbose) {
283                                 printf("cipher %s", alg->name);
284                                 if (alg->ishash)
285                                         printf(" mackeylen %u\n", sop.mackeylen);
286                                 else
287                                         printf(" keylen %u\n", sop.keylen);
288                                 perror("CIOCGSESSION");
289                         }
290                         /* hardware doesn't support algorithm; skip it */
291                         return;
292                 }
293                 printf("cipher %s keylen %u mackeylen %u\n",
294                         alg->name, sop.keylen, sop.mackeylen);
295                 err(1, "CIOCGSESSION");
296         }
297
298         originaltext = malloc(3*size);
299         if (originaltext == NULL)
300                 err(1, "malloc (text)");
301         cleartext = originaltext+size;
302         ciphertext = cleartext+size;
303         for (i = 0; i < size; i++)
304                 cleartext[i] = rdigit();
305         memcpy(originaltext, cleartext, size);
306         for (i = 0; i < nitems(iv); i++)
307                 iv[i] = rdigit();
308
309         if (verbose) {
310                 printf("session = 0x%x\n", sop.ses);
311                 printf("device = %s\n", crfind(sop.crid));
312                 printf("count = %d, size = %d\n", count, size);
313                 if (!alg->ishash) {
314                         printf("iv:");
315                         hexdump(iv, sizeof iv);
316                 }
317                 printf("cleartext:");
318                 hexdump(cleartext, MIN(size, CHUNK));
319         }
320
321         gettimeofday(&start, NULL);
322         if (!alg->ishash) {
323                 for (i = 0; i < count; i++) {
324                         cop.ses = sop.ses;
325                         cop.op = COP_ENCRYPT;
326                         cop.flags = opflags;
327                         cop.len = size;
328                         cop.src = cleartext;
329                         cop.dst = ciphertext;
330                         cop.mac = 0;
331                         cop.iv = iv;
332
333                         if (ioctl(fd, CIOCCRYPT, &cop) < 0)
334                                 err(1, "ioctl(CIOCCRYPT)");
335
336                         if (verify && bcmp(ciphertext, cleartext, size) == 0) {
337                                 printf("cipher text unchanged:");
338                                 hexdump(ciphertext, size);
339                         }
340
341                         memset(cleartext, 'x', MIN(size, CHUNK));
342                         cop.ses = sop.ses;
343                         cop.op = COP_DECRYPT;
344                         cop.flags = opflags;
345                         cop.len = size;
346                         cop.src = ciphertext;
347                         cop.dst = cleartext;
348                         cop.mac = 0;
349                         cop.iv = iv;
350
351                         if (ioctl(fd, CIOCCRYPT, &cop) < 0)
352                                 err(1, "ioctl(CIOCCRYPT)");
353
354                         if (verify && bcmp(cleartext, originaltext, size) != 0) {
355                                 printf("decrypt mismatch:\n");
356                                 printf("original:");
357                                 hexdump(originaltext, size);
358                                 printf("cleartext:");
359                                 hexdump(cleartext, size);
360                         }
361                 }
362         } else {
363                 for (i = 0; i < count; i++) {
364                         cop.ses = sop.ses;
365                         cop.op = 0;
366                         cop.flags = opflags;
367                         cop.len = size;
368                         cop.src = cleartext;
369                         cop.dst = 0;
370                         cop.mac = ciphertext;
371                         cop.iv = 0;
372
373                         if (ioctl(fd, CIOCCRYPT, &cop) < 0)
374                                 err(1, "ioctl(CIOCCRYPT)");
375                 }
376         }
377         gettimeofday(&stop, NULL);
378  
379         if (ioctl(fd, CIOCFSESSION, &sop.ses) < 0)
380                 perror("ioctl(CIOCFSESSION)");
381
382         if (verbose) {
383                 printf("cleartext:");
384                 hexdump(cleartext, MIN(size, CHUNK));
385         }
386         timersub(&stop, &start, tv);
387
388         free(originaltext);
389
390         close(fd);
391 }
392
393 #ifdef __FreeBSD__
394 void
395 resetstats()
396 {
397         struct cryptostats stats;
398         size_t slen;
399
400         slen = sizeof (stats);
401         if (sysctlbyname("kern.crypto_stats", &stats, &slen, NULL, 0) < 0) {
402                 perror("kern.crypto_stats");
403                 return;
404         }
405         bzero(&stats.cs_invoke, sizeof (stats.cs_invoke));
406         bzero(&stats.cs_done, sizeof (stats.cs_done));
407         bzero(&stats.cs_cb, sizeof (stats.cs_cb));
408         bzero(&stats.cs_finis, sizeof (stats.cs_finis));
409         stats.cs_invoke.min.tv_sec = 10000;
410         stats.cs_done.min.tv_sec = 10000;
411         stats.cs_cb.min.tv_sec = 10000;
412         stats.cs_finis.min.tv_sec = 10000;
413         if (sysctlbyname("kern.crypto_stats", NULL, NULL, &stats, sizeof (stats)) < 0)
414                 perror("kern.cryptostats");
415 }
416
417 void
418 printt(const char* tag, struct cryptotstat *ts)
419 {
420         uint64_t avg, min, max;
421
422         if (ts->count == 0)
423                 return;
424         avg = (1000000000LL*ts->acc.tv_sec + ts->acc.tv_nsec) / ts->count;
425         min = 1000000000LL*ts->min.tv_sec + ts->min.tv_nsec;
426         max = 1000000000LL*ts->max.tv_sec + ts->max.tv_nsec;
427         printf("%16.16s: avg %6llu ns : min %6llu ns : max %7llu ns [%u samps]\n",
428                 tag, avg, min, max, ts->count);
429 }
430 #endif
431
432 void
433 runtests(struct alg *alg, int count, int size, u_long cmd, int threads, int profile)
434 {
435         int i, status;
436         double t;
437         void *region;
438         struct timeval *tvp;
439         struct timeval total;
440         int otiming;
441
442         if (size % alg->blocksize) {
443                 if (verbose)
444                         printf("skipping blocksize %u 'cuz not a multiple of "
445                                 "%s blocksize %u\n",
446                                 size, alg->name, alg->blocksize);
447                 return;
448         }
449
450         region = mmap(NULL, threads * sizeof (struct timeval),
451                         PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_ANON|MAP_SHARED, -1, 0);
452         if (region == MAP_FAILED) {
453                 perror("mmap");
454                 return;
455         }
456         tvp = (struct timeval *) region;
457 #ifdef __FreeBSD__
458         if (profile) {
459                 size_t tlen = sizeof (otiming);
460                 int timing = 1;
461
462                 resetstats();
463                 if (sysctlbyname("debug.crypto_timing", &otiming, &tlen,
464                                 &timing, sizeof (timing)) < 0)
465                         perror("debug.crypto_timing");
466         }
467 #endif
468
469         if (threads > 1) {
470                 for (i = 0; i < threads; i++)
471                         if (fork() == 0) {
472                                 cpuset_t mask;
473                                 CPU_ZERO(&mask);
474                                 CPU_SET(i, &mask);
475                                 cpuset_setaffinity(CPU_LEVEL_WHICH, CPU_WHICH_PID,
476                                     -1, sizeof(mask), &mask);
477                                 runtest(alg, count, size, cmd, &tvp[i]);
478                                 exit(0);
479                         }
480                 while (waitpid(WAIT_MYPGRP, &status, 0) != -1)
481                         ;
482         } else
483                 runtest(alg, count, size, cmd, tvp);
484
485         t = 0;
486         for (i = 0; i < threads; i++)
487                 t += (((double)tvp[i].tv_sec * 1000000 + tvp[i].tv_usec) / 1000000);
488         if (t) {
489                 int nops = alg->ishash ? count : 2*count;
490
491                 nops *= threads;
492                 printf("%8.3lf sec, %7d %6s crypts, %7d bytes, %8.0lf byte/sec, %7.1lf Mb/sec\n",
493                     t, nops, alg->name, size, (double)nops*size / t,
494                     (double)nops*size / t * 8 / 1024 / 1024);
495         }
496 #ifdef __FreeBSD__
497         if (profile) {
498                 struct cryptostats stats;
499                 size_t slen = sizeof (stats);
500
501                 if (sysctlbyname("debug.crypto_timing", NULL, NULL,
502                                 &otiming, sizeof (otiming)) < 0)
503                         perror("debug.crypto_timing");
504                 if (sysctlbyname("kern.crypto_stats", &stats, &slen, NULL, 0) < 0)
505                         perror("kern.cryptostats");
506                 if (stats.cs_invoke.count) {
507                         printt("dispatch->invoke", &stats.cs_invoke);
508                         printt("invoke->done", &stats.cs_done);
509                         printt("done->cb", &stats.cs_cb);
510                         printt("cb->finis", &stats.cs_finis);
511                 }
512         }
513 #endif
514         fflush(stdout);
515 }
516
517 int
518 main(int argc, char **argv)
519 {
520         struct alg *alg = NULL;
521         int count = 1;
522         int sizes[128], nsizes = 0;
523         u_long cmd = CIOCGSESSION2;
524         int testall = 0;
525         int maxthreads = 1;
526         int profile = 0;
527         int i, ch;
528
529         while ((ch = getopt(argc, argv, "cpzsva:bd:t:")) != -1) {
530                 switch (ch) {
531 #ifdef CIOCGSSESSION
532                 case 's':
533                         cmd = CIOCGSSESSION;
534                         break;
535 #endif
536                 case 'v':
537                         verbose++;
538                         break;
539                 case 'a':
540                         alg = getalgbyname(optarg);
541                         if (alg == NULL) {
542                                 if (streq(optarg, "rijndael"))
543                                         alg = getalgbyname("aes");
544                                 else
545                                         usage(argv[0]);
546                         }
547                         break;
548                 case 'd':
549                         crid = crlookup(optarg);
550                         break;
551                 case 't':
552                         maxthreads = atoi(optarg);
553                         break;
554                 case 'z':
555                         testall = 1;
556                         break;
557                 case 'p':
558                         profile = 1;
559                         break;
560                 case 'b':
561                         opflags |= COP_F_BATCH;
562                         break;
563                 case 'c':
564                         verify = 1;
565                         break;
566                 default:
567                         usage(argv[0]);
568                 }
569         }
570         argc -= optind, argv += optind;
571         if (argc > 0)
572                 count = atoi(argv[0]);
573         while (argc > 1) {
574                 int s = atoi(argv[1]);
575                 if (nsizes < nitems(sizes)) {
576                         sizes[nsizes++] = s;
577                 } else {
578                         printf("Too many sizes, ignoring %u\n", s);
579                 }
580                 argc--, argv++;
581         }
582         if (maxthreads > CPU_SETSIZE)
583                 errx(EX_USAGE, "Too many threads, %d, choose fewer.", maxthreads);
584         
585         if (nsizes == 0) {
586                 if (alg)
587                         sizes[nsizes++] = alg->blocksize;
588                 else
589                         sizes[nsizes++] = 8;
590                 if (testall) {
591                         while (sizes[nsizes-1] < 8*1024) {
592                                 sizes[nsizes] = sizes[nsizes-1]<<1;
593                                 nsizes++;
594                         }
595                 }
596         }
597
598         if (testall) {
599                 for (i = 0; i < nitems(algorithms); i++) {
600                         int j;
601                         alg = &algorithms[i];
602                         for (j = 0; j < nsizes; j++)
603                                 runtests(alg, count, sizes[j], cmd, maxthreads, profile);
604                 }
605         } else {
606                 if (alg == NULL)
607                         alg = getalgbycode(CRYPTO_3DES_CBC);
608                 for (i = 0; i < nsizes; i++)
609                         runtests(alg, count, sizes[i], cmd, maxthreads, profile);
610         }
611
612         return (0);
613 }
614
615 void
616 hexdump(char *p, int n)
617 {
618         int i, off;
619
620         for (off = 0; n > 0; off += 16, n -= 16) {
621                 printf("%s%04x:", off == 0 ? "\n" : "", off);
622                 i = (n >= 16 ? 16 : n);
623                 do {
624                         printf(" %02x", *p++ & 0xff);
625                 } while (--i);
626                 printf("\n");
627         }
628 }