crypto/bn/rsaz_exp.c

   1 /*
   2  * Copyright 2013-2016 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
   3  * Copyright (c) 2012, Intel Corporation. All Rights Reserved.
   4  *
   5  * Licensed under the Apache License 2.0 (the "License").  You may not use
   6  * this file except in compliance with the License.  You can obtain a copy
   7  * in the file LICENSE in the source distribution or at
   8  * https://www.openssl.org/source/license.html
   9  *
  10  * Originally written by Shay Gueron (1, 2), and Vlad Krasnov (1)
  11  * (1) Intel Corporation, Israel Development Center, Haifa, Israel
  12  * (2) University of Haifa, Israel
  13  */
  14
  15 #include <openssl/opensslconf.h>
  16 #include "rsaz_exp.h"
  17
  18 #ifndef RSAZ_ENABLED
  19 NON_EMPTY_TRANSLATION_UNIT
  20 #else
  21
  22 /*
  23  * See crypto/bn/asm/rsaz-avx2.pl for further details.
  24  */
  25 void rsaz_1024_norm2red_avx2(void *red, const void *norm);
  26 void rsaz_1024_mul_avx2(void *ret, const void *a, const void *b,
  27                         const void *n, BN_ULONG k);
  28 void rsaz_1024_sqr_avx2(void *ret, const void *a, const void *n, BN_ULONG k,
  29                         int cnt);
  30 void rsaz_1024_scatter5_avx2(void *tbl, const void *val, int i);
  31 void rsaz_1024_gather5_avx2(void *val, const void *tbl, int i);
  32 void rsaz_1024_red2norm_avx2(void *norm, const void *red);
  33
  34 #if defined(__GNUC__)
  35 # define ALIGN64        __attribute__((aligned(64)))
  36 #elif defined(_MSC_VER)
  37 # define ALIGN64        __declspec(align(64))
  38 #elif defined(__SUNPRO_C)
  39 # define ALIGN64
  40 # pragma align 64(one,two80)
  41 #else
  42 /* not fatal, might hurt performance a little */
  43 # define ALIGN64
  44 #endif
  45
  46 ALIGN64 static const BN_ULONG one[40] = {
  47     1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
  48     0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0
  49 };
  50
  51 ALIGN64 static const BN_ULONG two80[40] = {
  52     0, 0, 1 << 22, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
  53     0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0
  54 };
  55
  56 void RSAZ_1024_mod_exp_avx2(BN_ULONG result_norm[16],
  57                             const BN_ULONG base_norm[16],
  58                             const BN_ULONG exponent[16],
  59                             const BN_ULONG m_norm[16], const BN_ULONG RR[16],
  60                             BN_ULONG k0)
  61 {
  62     unsigned char storage[320 * 3 + 32 * 9 * 16 + 64]; /* 5.5KB */
  63     unsigned char *p_str = storage + (64 - ((size_t)storage % 64));
  64     unsigned char *a_inv, *m, *result;
  65     unsigned char *table_s = p_str + 320 * 3;
  66     unsigned char *R2 = table_s; /* borrow */
  67     int index;
  68     int wvalue;
  69     BN_ULONG tmp[16];
  70
  71     if ((((size_t)p_str & 4095) + 320) >> 12) {
  72         result = p_str;
  73         a_inv = p_str + 320;
  74         m = p_str + 320 * 2;    /* should not cross page */
  75     } else {
  76         m = p_str;              /* should not cross page */
  77         result = p_str + 320;
  78         a_inv = p_str + 320 * 2;
  79     }
  80
  81     rsaz_1024_norm2red_avx2(m, m_norm);
  82     rsaz_1024_norm2red_avx2(a_inv, base_norm);
  83     rsaz_1024_norm2red_avx2(R2, RR);
  84
  85     rsaz_1024_mul_avx2(R2, R2, R2, m, k0);
  86     rsaz_1024_mul_avx2(R2, R2, two80, m, k0);
  87
  88     /* table[0] = 1 */
  89     rsaz_1024_mul_avx2(result, R2, one, m, k0);
  90     /* table[1] = a_inv^1 */
  91     rsaz_1024_mul_avx2(a_inv, a_inv, R2, m, k0);
  92
  93     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 0);
  94     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, a_inv, 1);
  95
  96     /* table[2] = a_inv^2 */
  97     rsaz_1024_sqr_avx2(result, a_inv, m, k0, 1);
  98     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 2);
  99 #if 0
 100     /* this is almost 2x smaller and less than 1% slower */
 101     for (index = 3; index < 32; index++) {
 102         rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 103         rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, index);
 104     }
 105 #else
 106     /* table[4] = a_inv^4 */
 107     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 108     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 4);
 109     /* table[8] = a_inv^8 */
 110     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 111     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 8);
 112     /* table[16] = a_inv^16 */
 113     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 114     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 16);
 115     /* table[17] = a_inv^17 */
 116     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 117     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 17);
 118
 119     /* table[3] */
 120     rsaz_1024_gather5_avx2(result, table_s, 2);
 121     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 122     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 3);
 123     /* table[6] */
 124     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 125     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 6);
 126     /* table[12] */
 127     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 128     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 12);
 129     /* table[24] */
 130     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 131     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 24);
 132     /* table[25] */
 133     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 134     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 25);
 135
 136     /* table[5] */
 137     rsaz_1024_gather5_avx2(result, table_s, 4);
 138     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 139     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 5);
 140     /* table[10] */
 141     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 142     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 10);
 143     /* table[20] */
 144     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 145     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 20);
 146     /* table[21] */
 147     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 148     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 21);
 149
 150     /* table[7] */
 151     rsaz_1024_gather5_avx2(result, table_s, 6);
 152     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 153     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 7);
 154     /* table[14] */
 155     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 156     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 14);
 157     /* table[28] */
 158     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 159     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 28);
 160     /* table[29] */
 161     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 162     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 29);
 163
 164     /* table[9] */
 165     rsaz_1024_gather5_avx2(result, table_s, 8);
 166     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 167     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 9);
 168     /* table[18] */
 169     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 170     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 18);
 171     /* table[19] */
 172     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 173     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 19);
 174
 175     /* table[11] */
 176     rsaz_1024_gather5_avx2(result, table_s, 10);
 177     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 178     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 11);
 179     /* table[22] */
 180     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 181     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 22);
 182     /* table[23] */
 183     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 184     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 23);
 185
 186     /* table[13] */
 187     rsaz_1024_gather5_avx2(result, table_s, 12);
 188     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 189     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 13);
 190     /* table[26] */
 191     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 192     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 26);
 193     /* table[27] */
 194     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 195     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 27);
 196
 197     /* table[15] */
 198     rsaz_1024_gather5_avx2(result, table_s, 14);
 199     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 200     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 15);
 201     /* table[30] */
 202     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 203     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 30);
 204     /* table[31] */
 205     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 206     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 31);
 207 #endif
 208
 209     /* load first window */
 210     p_str = (unsigned char *)exponent;
 211     wvalue = p_str[127] >> 3;
 212     rsaz_1024_gather5_avx2(result, table_s, wvalue);
 213
 214     index = 1014;
 215
 216     while (index > -1) {        /* loop for the remaining 127 windows */
 217
 218         rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 5);
 219
 220         wvalue = (p_str[(index / 8) + 1] << 8) | p_str[index / 8];
 221         wvalue = (wvalue >> (index % 8)) & 31;
 222         index -= 5;
 223
 224         rsaz_1024_gather5_avx2(a_inv, table_s, wvalue); /* borrow a_inv */
 225         rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 226     }
 227
 228     /* square four times */
 229     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 4);
 230
 231     wvalue = p_str[0] & 15;
 232
 233     rsaz_1024_gather5_avx2(a_inv, table_s, wvalue); /* borrow a_inv */
 234     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 235
 236     /* from Montgomery */
 237     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, one, m, k0);
 238
 239     rsaz_1024_red2norm_avx2(result_norm, result);
 240
 241     bn_reduce_once_in_place(result_norm, /*carry=*/0, m_norm, tmp, 16);
 242
 243     OPENSSL_cleanse(storage, sizeof(storage));
 244     OPENSSL_cleanse(tmp, sizeof(tmp));
 245 }
 246
 247 /*
 248  * See crypto/bn/rsaz-x86_64.pl for further details.
 249  */
 250 void rsaz_512_mul(void *ret, const void *a, const void *b, const void *n,
 251                   BN_ULONG k);
 252 void rsaz_512_mul_scatter4(void *ret, const void *a, const void *n,
 253                            BN_ULONG k, const void *tbl, unsigned int power);
 254 void rsaz_512_mul_gather4(void *ret, const void *a, const void *tbl,
 255                           const void *n, BN_ULONG k, unsigned int power);
 256 void rsaz_512_mul_by_one(void *ret, const void *a, const void *n, BN_ULONG k);
 257 void rsaz_512_sqr(void *ret, const void *a, const void *n, BN_ULONG k,
 258                   int cnt);
 259 void rsaz_512_scatter4(void *tbl, const BN_ULONG *val, int power);
 260 void rsaz_512_gather4(BN_ULONG *val, const void *tbl, int power);
 261
 262 void RSAZ_512_mod_exp(BN_ULONG result[8],
 263                       const BN_ULONG base[8], const BN_ULONG exponent[8],
 264                       const BN_ULONG m[8], BN_ULONG k0, const BN_ULONG RR[8])
 265 {
 266     unsigned char storage[16 * 8 * 8 + 64 * 2 + 64]; /* 1.2KB */
 267     unsigned char *table = storage + (64 - ((size_t)storage % 64));
 268     BN_ULONG *a_inv = (BN_ULONG *)(table + 16 * 8 * 8);
 269     BN_ULONG *temp = (BN_ULONG *)(table + 16 * 8 * 8 + 8 * 8);
 270     unsigned char *p_str = (unsigned char *)exponent;
 271     int index;
 272     unsigned int wvalue;
 273     BN_ULONG tmp[8];
 274
 275     /* table[0] = 1_inv */
 276     temp[0] = 0 - m[0];
 277     temp[1] = ~m[1];
 278     temp[2] = ~m[2];
 279     temp[3] = ~m[3];
 280     temp[4] = ~m[4];
 281     temp[5] = ~m[5];
 282     temp[6] = ~m[6];
 283     temp[7] = ~m[7];
 284     rsaz_512_scatter4(table, temp, 0);
 285
 286     /* table [1] = a_inv^1 */
 287     rsaz_512_mul(a_inv, base, RR, m, k0);
 288     rsaz_512_scatter4(table, a_inv, 1);
 289
 290     /* table [2] = a_inv^2 */
 291     rsaz_512_sqr(temp, a_inv, m, k0, 1);
 292     rsaz_512_scatter4(table, temp, 2);
 293
 294     for (index = 3; index < 16; index++)
 295         rsaz_512_mul_scatter4(temp, a_inv, m, k0, table, index);
 296
 297     /* load first window */
 298     wvalue = p_str[63];
 299
 300     rsaz_512_gather4(temp, table, wvalue >> 4);
 301     rsaz_512_sqr(temp, temp, m, k0, 4);
 302     rsaz_512_mul_gather4(temp, temp, table, m, k0, wvalue & 0xf);
 303
 304     for (index = 62; index >= 0; index--) {
 305         wvalue = p_str[index];
 306
 307         rsaz_512_sqr(temp, temp, m, k0, 4);
 308         rsaz_512_mul_gather4(temp, temp, table, m, k0, wvalue >> 4);
 309
 310         rsaz_512_sqr(temp, temp, m, k0, 4);
 311         rsaz_512_mul_gather4(temp, temp, table, m, k0, wvalue & 0x0f);
 312     }
 313
 314     /* from Montgomery */
 315     rsaz_512_mul_by_one(result, temp, m, k0);
 316
 317     bn_reduce_once_in_place(result, /*carry=*/0, m, tmp, 8);
 318
 319     OPENSSL_cleanse(storage, sizeof(storage));
 320     OPENSSL_cleanse(tmp, sizeof(tmp));
 321 }
 322
 323 #endif