crypto/bn/rsaz_exp.c

   1 /*
   2  * Copyright 2013-2023 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 "internal/common.h"
  17 #include "rsaz_exp.h"
  18
  19 #ifndef RSAZ_ENABLED
  20 NON_EMPTY_TRANSLATION_UNIT
  21 #else
  22
  23 /*
  24  * See crypto/bn/asm/rsaz-avx2.pl for further details.
  25  */
  26 void rsaz_1024_norm2red_avx2(void *red, const void *norm);
  27 void rsaz_1024_mul_avx2(void *ret, const void *a, const void *b,
  28                         const void *n, BN_ULONG k);
  29 void rsaz_1024_sqr_avx2(void *ret, const void *a, const void *n, BN_ULONG k,
  30                         int cnt);
  31 void rsaz_1024_scatter5_avx2(void *tbl, const void *val, int i);
  32 void rsaz_1024_gather5_avx2(void *val, const void *tbl, int i);
  33 void rsaz_1024_red2norm_avx2(void *norm, const void *red);
  34
  35 #if defined(__SUNPRO_C)
  36 # pragma align 64(one,two80)
  37 #endif
  38
  39 ALIGN64 static const BN_ULONG one[40] = {
  40     1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
  41     0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0
  42 };
  43
  44 ALIGN64 static const BN_ULONG two80[40] = {
  45     0, 0, 1 << 22, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
  46     0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0
  47 };
  48
  49 void RSAZ_1024_mod_exp_avx2(BN_ULONG result_norm[16],
  50                             const BN_ULONG base_norm[16],
  51                             const BN_ULONG exponent[16],
  52                             const BN_ULONG m_norm[16], const BN_ULONG RR[16],
  53                             BN_ULONG k0)
  54 {
  55     unsigned char storage[320 * 3 + 32 * 9 * 16 + 64]; /* 5.5KB */
  56     unsigned char *p_str = storage + (64 - ((size_t)storage % 64));
  57     unsigned char *a_inv, *m, *result;
  58     unsigned char *table_s = p_str + 320 * 3;
  59     unsigned char *R2 = table_s; /* borrow */
  60     int index;
  61     int wvalue;
  62     BN_ULONG tmp[16];
  63
  64     if ((((size_t)p_str & 4095) + 320) >> 12) {
  65         result = p_str;
  66         a_inv = p_str + 320;
  67         m = p_str + 320 * 2;    /* should not cross page */
  68     } else {
  69         m = p_str;              /* should not cross page */
  70         result = p_str + 320;
  71         a_inv = p_str + 320 * 2;
  72     }
  73
  74     rsaz_1024_norm2red_avx2(m, m_norm);
  75     rsaz_1024_norm2red_avx2(a_inv, base_norm);
  76     rsaz_1024_norm2red_avx2(R2, RR);
  77
  78     rsaz_1024_mul_avx2(R2, R2, R2, m, k0);
  79     rsaz_1024_mul_avx2(R2, R2, two80, m, k0);
  80
  81     /* table[0] = 1 */
  82     rsaz_1024_mul_avx2(result, R2, one, m, k0);
  83     /* table[1] = a_inv^1 */
  84     rsaz_1024_mul_avx2(a_inv, a_inv, R2, m, k0);
  85
  86     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 0);
  87     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, a_inv, 1);
  88
  89     /* table[2] = a_inv^2 */
  90     rsaz_1024_sqr_avx2(result, a_inv, m, k0, 1);
  91     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 2);
  92 #if 0
  93     /* this is almost 2x smaller and less than 1% slower */
  94     for (index = 3; index < 32; index++) {
  95         rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
  96         rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, index);
  97     }
  98 #else
  99     /* table[4] = a_inv^4 */
 100     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 101     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 4);
 102     /* table[8] = a_inv^8 */
 103     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 104     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 8);
 105     /* table[16] = a_inv^16 */
 106     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 107     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 16);
 108     /* table[17] = a_inv^17 */
 109     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 110     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 17);
 111
 112     /* table[3] */
 113     rsaz_1024_gather5_avx2(result, table_s, 2);
 114     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 115     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 3);
 116     /* table[6] */
 117     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 118     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 6);
 119     /* table[12] */
 120     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 121     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 12);
 122     /* table[24] */
 123     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 124     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 24);
 125     /* table[25] */
 126     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 127     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 25);
 128
 129     /* table[5] */
 130     rsaz_1024_gather5_avx2(result, table_s, 4);
 131     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 132     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 5);
 133     /* table[10] */
 134     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 135     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 10);
 136     /* table[20] */
 137     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 138     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 20);
 139     /* table[21] */
 140     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 141     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 21);
 142
 143     /* table[7] */
 144     rsaz_1024_gather5_avx2(result, table_s, 6);
 145     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 146     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 7);
 147     /* table[14] */
 148     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 149     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 14);
 150     /* table[28] */
 151     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 152     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 28);
 153     /* table[29] */
 154     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 155     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 29);
 156
 157     /* table[9] */
 158     rsaz_1024_gather5_avx2(result, table_s, 8);
 159     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 160     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 9);
 161     /* table[18] */
 162     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 163     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 18);
 164     /* table[19] */
 165     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 166     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 19);
 167
 168     /* table[11] */
 169     rsaz_1024_gather5_avx2(result, table_s, 10);
 170     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 171     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 11);
 172     /* table[22] */
 173     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 174     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 22);
 175     /* table[23] */
 176     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 177     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 23);
 178
 179     /* table[13] */
 180     rsaz_1024_gather5_avx2(result, table_s, 12);
 181     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 182     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 13);
 183     /* table[26] */
 184     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 185     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 26);
 186     /* table[27] */
 187     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 188     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 27);
 189
 190     /* table[15] */
 191     rsaz_1024_gather5_avx2(result, table_s, 14);
 192     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 193     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 15);
 194     /* table[30] */
 195     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 196     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 30);
 197     /* table[31] */
 198     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 199     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 31);
 200 #endif
 201
 202     /* load first window */
 203     p_str = (unsigned char *)exponent;
 204     wvalue = p_str[127] >> 3;
 205     rsaz_1024_gather5_avx2(result, table_s, wvalue);
 206
 207     index = 1014;
 208
 209     while (index > -1) {        /* loop for the remaining 127 windows */
 210
 211         rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 5);
 212
 213         wvalue = (p_str[(index / 8) + 1] << 8) | p_str[index / 8];
 214         wvalue = (wvalue >> (index % 8)) & 31;
 215         index -= 5;
 216
 217         rsaz_1024_gather5_avx2(a_inv, table_s, wvalue); /* borrow a_inv */
 218         rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 219     }
 220
 221     /* square four times */
 222     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 4);
 223
 224     wvalue = p_str[0] & 15;
 225
 226     rsaz_1024_gather5_avx2(a_inv, table_s, wvalue); /* borrow a_inv */
 227     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 228
 229     /* from Montgomery */
 230     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, one, m, k0);
 231
 232     rsaz_1024_red2norm_avx2(result_norm, result);
 233
 234     bn_reduce_once_in_place(result_norm, /*carry=*/0, m_norm, tmp, 16);
 235
 236     OPENSSL_cleanse(storage, sizeof(storage));
 237     OPENSSL_cleanse(tmp, sizeof(tmp));
 238 }
 239
 240 /*
 241  * See crypto/bn/rsaz-x86_64.pl for further details.
 242  */
 243 void rsaz_512_mul(void *ret, const void *a, const void *b, const void *n,
 244                   BN_ULONG k);
 245 void rsaz_512_mul_scatter4(void *ret, const void *a, const void *n,
 246                            BN_ULONG k, const void *tbl, unsigned int power);
 247 void rsaz_512_mul_gather4(void *ret, const void *a, const void *tbl,
 248                           const void *n, BN_ULONG k, unsigned int power);
 249 void rsaz_512_mul_by_one(void *ret, const void *a, const void *n, BN_ULONG k);
 250 void rsaz_512_sqr(void *ret, const void *a, const void *n, BN_ULONG k,
 251                   int cnt);
 252 void rsaz_512_scatter4(void *tbl, const BN_ULONG *val, int power);
 253 void rsaz_512_gather4(BN_ULONG *val, const void *tbl, int power);
 254
 255 void RSAZ_512_mod_exp(BN_ULONG result[8],
 256                       const BN_ULONG base[8], const BN_ULONG exponent[8],
 257                       const BN_ULONG m[8], BN_ULONG k0, const BN_ULONG RR[8])
 258 {
 259     unsigned char storage[16 * 8 * 8 + 64 * 2 + 64]; /* 1.2KB */
 260     unsigned char *table = storage + (64 - ((size_t)storage % 64));
 261     BN_ULONG *a_inv = (BN_ULONG *)(table + 16 * 8 * 8);
 262     BN_ULONG *temp = (BN_ULONG *)(table + 16 * 8 * 8 + 8 * 8);
 263     unsigned char *p_str = (unsigned char *)exponent;
 264     int index;
 265     unsigned int wvalue;
 266     BN_ULONG tmp[8];
 267
 268     /* table[0] = 1_inv */
 269     temp[0] = 0 - m[0];
 270     temp[1] = ~m[1];
 271     temp[2] = ~m[2];
 272     temp[3] = ~m[3];
 273     temp[4] = ~m[4];
 274     temp[5] = ~m[5];
 275     temp[6] = ~m[6];
 276     temp[7] = ~m[7];
 277     rsaz_512_scatter4(table, temp, 0);
 278
 279     /* table [1] = a_inv^1 */
 280     rsaz_512_mul(a_inv, base, RR, m, k0);
 281     rsaz_512_scatter4(table, a_inv, 1);
 282
 283     /* table [2] = a_inv^2 */
 284     rsaz_512_sqr(temp, a_inv, m, k0, 1);
 285     rsaz_512_scatter4(table, temp, 2);
 286
 287     for (index = 3; index < 16; index++)
 288         rsaz_512_mul_scatter4(temp, a_inv, m, k0, table, index);
 289
 290     /* load first window */
 291     wvalue = p_str[63];
 292
 293     rsaz_512_gather4(temp, table, wvalue >> 4);
 294     rsaz_512_sqr(temp, temp, m, k0, 4);
 295     rsaz_512_mul_gather4(temp, temp, table, m, k0, wvalue & 0xf);
 296
 297     for (index = 62; index >= 0; index--) {
 298         wvalue = p_str[index];
 299
 300         rsaz_512_sqr(temp, temp, m, k0, 4);
 301         rsaz_512_mul_gather4(temp, temp, table, m, k0, wvalue >> 4);
 302
 303         rsaz_512_sqr(temp, temp, m, k0, 4);
 304         rsaz_512_mul_gather4(temp, temp, table, m, k0, wvalue & 0x0f);
 305     }
 306
 307     /* from Montgomery */
 308     rsaz_512_mul_by_one(result, temp, m, k0);
 309
 310     bn_reduce_once_in_place(result, /*carry=*/0, m, tmp, 8);
 311
 312     OPENSSL_cleanse(storage, sizeof(storage));
 313     OPENSSL_cleanse(tmp, sizeof(tmp));
 314 }
 315
 316 #endif