crypto/bn/rsaz_exp.c

   1 /*****************************************************************************
   2 *                                                                            *
   3 *  Copyright (c) 2012, Intel Corporation                                     *
   4 *                                                                            *
   5 *  All rights reserved.                                                      *
   6 *                                                                            *
   7 *  Redistribution and use in source and binary forms, with or without        *
   8 *  modification, are permitted provided that the following conditions are    *
   9 *  met:                                                                      *
  10 *                                                                            *
  11 *  *  Redistributions of source code must retain the above copyright         *
  12 *     notice, this list of conditions and the following disclaimer.          *
  13 *                                                                            *
  14 *  *  Redistributions in binary form must reproduce the above copyright      *
  15 *     notice, this list of conditions and the following disclaimer in the    *
  16 *     documentation and/or other materials provided with the                 *
  17 *     distribution.                                                          *
  18 *                                                                            *
  19 *  *  Neither the name of the Intel Corporation nor the names of its         *
  20 *     contributors may be used to endorse or promote products derived from   *
  21 *     this software without specific prior written permission.               *
  22 *                                                                            *
  23 *                                                                            *
  24 *  THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY INTEL CORPORATION ""AS IS"" AND ANY          *
  25 *  EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE         *
  26 *  IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR        *
  27 *  PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL INTEL CORPORATION OR            *
  28 *  CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL,     *
  29 *  EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO,       *
  30 *  PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR        *
  31 *  PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF    *
  32 *  LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING      *
  33 *  NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS        *
  34 *  SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.              *
  35 *                                                                            *
  36 ******************************************************************************
  37 * Developers and authors:                                                    *
  38 * Shay Gueron (1, 2), and Vlad Krasnov (1)                                   *
  39 * (1) Intel Corporation, Israel Development Center, Haifa, Israel            *
  40 * (2) University of Haifa, Israel                                            *
  41 *****************************************************************************/
  42
  43 #include "rsaz_exp.h"
  44
  45 /*
  46  * See crypto/bn/asm/rsaz-avx2.pl for further details.
  47  */
  48 void rsaz_1024_norm2red_avx2(void *red, const void *norm);
  49 void rsaz_1024_mul_avx2(void *ret, const void *a, const void *b,
  50                         const void *n, BN_ULONG k);
  51 void rsaz_1024_sqr_avx2(void *ret, const void *a, const void *n, BN_ULONG k,
  52                         int cnt);
  53 void rsaz_1024_scatter5_avx2(void *tbl, const void *val, int i);
  54 void rsaz_1024_gather5_avx2(void *val, const void *tbl, int i);
  55 void rsaz_1024_red2norm_avx2(void *norm, const void *red);
  56
  57 #if defined(__GNUC__)
  58 # define ALIGN64        __attribute__((aligned(64)))
  59 #elif defined(_MSC_VER)
  60 # define ALIGN64        __declspec(align(64))
  61 #elif defined(__SUNPRO_C)
  62 # define ALIGN64
  63 # pragma align 64(one,two80)
  64 #else
  65 /* not fatal, might hurt performance a little */
  66 # define ALIGN64
  67 #endif
  68
  69 ALIGN64 static const BN_ULONG one[40] = {
  70     1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
  71     0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0
  72 };
  73
  74 ALIGN64 static const BN_ULONG two80[40] = {
  75     0, 0, 1 << 22, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
  76     0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0
  77 };
  78
  79 void RSAZ_1024_mod_exp_avx2(BN_ULONG result_norm[16],
  80                             const BN_ULONG base_norm[16],
  81                             const BN_ULONG exponent[16],
  82                             const BN_ULONG m_norm[16], const BN_ULONG RR[16],
  83                             BN_ULONG k0)
  84 {
  85     unsigned char storage[320 * 3 + 32 * 9 * 16 + 64]; /* 5.5KB */
  86     unsigned char *p_str = storage + (64 - ((size_t)storage % 64));
  87     unsigned char *a_inv, *m, *result;
  88     unsigned char *table_s = p_str + 320 * 3;
  89     unsigned char *R2 = table_s; /* borrow */
  90     int index;
  91     int wvalue;
  92
  93     if ((((size_t)p_str & 4095) + 320) >> 12) {
  94         result = p_str;
  95         a_inv = p_str + 320;
  96         m = p_str + 320 * 2;    /* should not cross page */
  97     } else {
  98         m = p_str;              /* should not cross page */
  99         result = p_str + 320;
 100         a_inv = p_str + 320 * 2;
 101     }
 102
 103     rsaz_1024_norm2red_avx2(m, m_norm);
 104     rsaz_1024_norm2red_avx2(a_inv, base_norm);
 105     rsaz_1024_norm2red_avx2(R2, RR);
 106
 107     rsaz_1024_mul_avx2(R2, R2, R2, m, k0);
 108     rsaz_1024_mul_avx2(R2, R2, two80, m, k0);
 109
 110     /* table[0] = 1 */
 111     rsaz_1024_mul_avx2(result, R2, one, m, k0);
 112     /* table[1] = a_inv^1 */
 113     rsaz_1024_mul_avx2(a_inv, a_inv, R2, m, k0);
 114
 115     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 0);
 116     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, a_inv, 1);
 117
 118     /* table[2] = a_inv^2 */
 119     rsaz_1024_sqr_avx2(result, a_inv, m, k0, 1);
 120     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 2);
 121 #if 0
 122     /* this is almost 2x smaller and less than 1% slower */
 123     for (index = 3; index < 32; index++) {
 124         rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 125         rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, index);
 126     }
 127 #else
 128     /* table[4] = a_inv^4 */
 129     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 130     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 4);
 131     /* table[8] = a_inv^8 */
 132     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 133     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 8);
 134     /* table[16] = a_inv^16 */
 135     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 136     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 16);
 137     /* table[17] = a_inv^17 */
 138     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 139     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 17);
 140
 141     /* table[3] */
 142     rsaz_1024_gather5_avx2(result, table_s, 2);
 143     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 144     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 3);
 145     /* table[6] */
 146     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 147     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 6);
 148     /* table[12] */
 149     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 150     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 12);
 151     /* table[24] */
 152     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 153     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 24);
 154     /* table[25] */
 155     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 156     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 25);
 157
 158     /* table[5] */
 159     rsaz_1024_gather5_avx2(result, table_s, 4);
 160     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 161     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 5);
 162     /* table[10] */
 163     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 164     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 10);
 165     /* table[20] */
 166     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 167     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 20);
 168     /* table[21] */
 169     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 170     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 21);
 171
 172     /* table[7] */
 173     rsaz_1024_gather5_avx2(result, table_s, 6);
 174     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 175     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 7);
 176     /* table[14] */
 177     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 178     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 14);
 179     /* table[28] */
 180     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 181     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 28);
 182     /* table[29] */
 183     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 184     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 29);
 185
 186     /* table[9] */
 187     rsaz_1024_gather5_avx2(result, table_s, 8);
 188     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 189     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 9);
 190     /* table[18] */
 191     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 192     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 18);
 193     /* table[19] */
 194     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 195     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 19);
 196
 197     /* table[11] */
 198     rsaz_1024_gather5_avx2(result, table_s, 10);
 199     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 200     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 11);
 201     /* table[22] */
 202     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 203     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 22);
 204     /* table[23] */
 205     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 206     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 23);
 207
 208     /* table[13] */
 209     rsaz_1024_gather5_avx2(result, table_s, 12);
 210     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 211     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 13);
 212     /* table[26] */
 213     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 214     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 26);
 215     /* table[27] */
 216     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 217     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 27);
 218
 219     /* table[15] */
 220     rsaz_1024_gather5_avx2(result, table_s, 14);
 221     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 222     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 15);
 223     /* table[30] */
 224     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 225     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 30);
 226     /* table[31] */
 227     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 228     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 31);
 229 #endif
 230
 231     /* load first window */
 232     p_str = (unsigned char *)exponent;
 233     wvalue = p_str[127] >> 3;
 234     rsaz_1024_gather5_avx2(result, table_s, wvalue);
 235
 236     index = 1014;
 237
 238     while (index > -1) {        /* loop for the remaining 127 windows */
 239
 240         rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 5);
 241
 242         wvalue = *((unsigned short *)&p_str[index / 8]);
 243         wvalue = (wvalue >> (index % 8)) & 31;
 244         index -= 5;
 245
 246         rsaz_1024_gather5_avx2(a_inv, table_s, wvalue); /* borrow a_inv */
 247         rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 248     }
 249
 250     /* square four times */
 251     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 4);
 252
 253     wvalue = p_str[0] & 15;
 254
 255     rsaz_1024_gather5_avx2(a_inv, table_s, wvalue); /* borrow a_inv */
 256     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 257
 258     /* from Montgomery */
 259     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, one, m, k0);
 260
 261     rsaz_1024_red2norm_avx2(result_norm, result);
 262
 263     OPENSSL_cleanse(storage, sizeof(storage));
 264 }
 265
 266 /*
 267  * See crypto/bn/rsaz-x86_64.pl for further details.
 268  */
 269 void rsaz_512_mul(void *ret, const void *a, const void *b, const void *n,
 270                   BN_ULONG k);
 271 void rsaz_512_mul_scatter4(void *ret, const void *a, const void *n,
 272                            BN_ULONG k, const void *tbl, unsigned int power);
 273 void rsaz_512_mul_gather4(void *ret, const void *a, const void *tbl,
 274                           const void *n, BN_ULONG k, unsigned int power);
 275 void rsaz_512_mul_by_one(void *ret, const void *a, const void *n, BN_ULONG k);
 276 void rsaz_512_sqr(void *ret, const void *a, const void *n, BN_ULONG k,
 277                   int cnt);
 278 void rsaz_512_scatter4(void *tbl, const BN_ULONG *val, int power);
 279 void rsaz_512_gather4(BN_ULONG *val, const void *tbl, int power);
 280
 281 void RSAZ_512_mod_exp(BN_ULONG result[8],
 282                       const BN_ULONG base[8], const BN_ULONG exponent[8],
 283                       const BN_ULONG m[8], BN_ULONG k0, const BN_ULONG RR[8])
 284 {
 285     unsigned char storage[16 * 8 * 8 + 64 * 2 + 64]; /* 1.2KB */
 286     unsigned char *table = storage + (64 - ((size_t)storage % 64));
 287     BN_ULONG *a_inv = (BN_ULONG *)(table + 16 * 8 * 8);
 288     BN_ULONG *temp = (BN_ULONG *)(table + 16 * 8 * 8 + 8 * 8);
 289     unsigned char *p_str = (unsigned char *)exponent;
 290     int index;
 291     unsigned int wvalue;
 292
 293     /* table[0] = 1_inv */
 294     temp[0] = 0 - m[0];
 295     temp[1] = ~m[1];
 296     temp[2] = ~m[2];
 297     temp[3] = ~m[3];
 298     temp[4] = ~m[4];
 299     temp[5] = ~m[5];
 300     temp[6] = ~m[6];
 301     temp[7] = ~m[7];
 302     rsaz_512_scatter4(table, temp, 0);
 303
 304     /* table [1] = a_inv^1 */
 305     rsaz_512_mul(a_inv, base, RR, m, k0);
 306     rsaz_512_scatter4(table, a_inv, 1);
 307
 308     /* table [2] = a_inv^2 */
 309     rsaz_512_sqr(temp, a_inv, m, k0, 1);
 310     rsaz_512_scatter4(table, temp, 2);
 311
 312     for (index = 3; index < 16; index++)
 313         rsaz_512_mul_scatter4(temp, a_inv, m, k0, table, index);
 314
 315     /* load first window */
 316     wvalue = p_str[63];
 317
 318     rsaz_512_gather4(temp, table, wvalue >> 4);
 319     rsaz_512_sqr(temp, temp, m, k0, 4);
 320     rsaz_512_mul_gather4(temp, temp, table, m, k0, wvalue & 0xf);
 321
 322     for (index = 62; index >= 0; index--) {
 323         wvalue = p_str[index];
 324
 325         rsaz_512_sqr(temp, temp, m, k0, 4);
 326         rsaz_512_mul_gather4(temp, temp, table, m, k0, wvalue >> 4);
 327
 328         rsaz_512_sqr(temp, temp, m, k0, 4);
 329         rsaz_512_mul_gather4(temp, temp, table, m, k0, wvalue & 0x0f);
 330     }
 331
 332     /* from Montgomery */
 333     rsaz_512_mul_by_one(result, temp, m, k0);
 334
 335     OPENSSL_cleanse(storage, sizeof(storage));
 336 }