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 #ifndef RSAZ_ENABLED
  46 NON_EMPTY_TRANSLATION_UNIT
  47 #else
  48
  49 /*
  50  * See crypto/bn/asm/rsaz-avx2.pl for further details.
  51  */
  52 void rsaz_1024_norm2red_avx2(void *red, const void *norm);
  53 void rsaz_1024_mul_avx2(void *ret, const void *a, const void *b,
  54                         const void *n, BN_ULONG k);
  55 void rsaz_1024_sqr_avx2(void *ret, const void *a, const void *n, BN_ULONG k,
  56                         int cnt);
  57 void rsaz_1024_scatter5_avx2(void *tbl, const void *val, int i);
  58 void rsaz_1024_gather5_avx2(void *val, const void *tbl, int i);
  59 void rsaz_1024_red2norm_avx2(void *norm, const void *red);
  60
  61 #if defined(__GNUC__)
  62 # define ALIGN64        __attribute__((aligned(64)))
  63 #elif defined(_MSC_VER)
  64 # define ALIGN64        __declspec(align(64))
  65 #elif defined(__SUNPRO_C)
  66 # define ALIGN64
  67 # pragma align 64(one,two80)
  68 #else
  69 /* not fatal, might hurt performance a little */
  70 # define ALIGN64
  71 #endif
  72
  73 ALIGN64 static const BN_ULONG one[40] = {
  74     1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
  75     0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0
  76 };
  77
  78 ALIGN64 static const BN_ULONG two80[40] = {
  79     0, 0, 1 << 22, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
  80     0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0
  81 };
  82
  83 void RSAZ_1024_mod_exp_avx2(BN_ULONG result_norm[16],
  84                             const BN_ULONG base_norm[16],
  85                             const BN_ULONG exponent[16],
  86                             const BN_ULONG m_norm[16], const BN_ULONG RR[16],
  87                             BN_ULONG k0)
  88 {
  89     unsigned char storage[320 * 3 + 32 * 9 * 16 + 64]; /* 5.5KB */
  90     unsigned char *p_str = storage + (64 - ((size_t)storage % 64));
  91     unsigned char *a_inv, *m, *result;
  92     unsigned char *table_s = p_str + 320 * 3;
  93     unsigned char *R2 = table_s; /* borrow */
  94     int index;
  95     int wvalue;
  96
  97     if ((((size_t)p_str & 4095) + 320) >> 12) {
  98         result = p_str;
  99         a_inv = p_str + 320;
 100         m = p_str + 320 * 2;    /* should not cross page */
 101     } else {
 102         m = p_str;              /* should not cross page */
 103         result = p_str + 320;
 104         a_inv = p_str + 320 * 2;
 105     }
 106
 107     rsaz_1024_norm2red_avx2(m, m_norm);
 108     rsaz_1024_norm2red_avx2(a_inv, base_norm);
 109     rsaz_1024_norm2red_avx2(R2, RR);
 110
 111     rsaz_1024_mul_avx2(R2, R2, R2, m, k0);
 112     rsaz_1024_mul_avx2(R2, R2, two80, m, k0);
 113
 114     /* table[0] = 1 */
 115     rsaz_1024_mul_avx2(result, R2, one, m, k0);
 116     /* table[1] = a_inv^1 */
 117     rsaz_1024_mul_avx2(a_inv, a_inv, R2, m, k0);
 118
 119     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 0);
 120     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, a_inv, 1);
 121
 122     /* table[2] = a_inv^2 */
 123     rsaz_1024_sqr_avx2(result, a_inv, m, k0, 1);
 124     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 2);
 125 #if 0
 126     /* this is almost 2x smaller and less than 1% slower */
 127     for (index = 3; index < 32; index++) {
 128         rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 129         rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, index);
 130     }
 131 #else
 132     /* table[4] = a_inv^4 */
 133     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 134     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 4);
 135     /* table[8] = a_inv^8 */
 136     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 137     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 8);
 138     /* table[16] = a_inv^16 */
 139     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 140     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 16);
 141     /* table[17] = a_inv^17 */
 142     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 143     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 17);
 144
 145     /* table[3] */
 146     rsaz_1024_gather5_avx2(result, table_s, 2);
 147     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 148     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 3);
 149     /* table[6] */
 150     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 151     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 6);
 152     /* table[12] */
 153     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 154     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 12);
 155     /* table[24] */
 156     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 157     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 24);
 158     /* table[25] */
 159     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 160     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 25);
 161
 162     /* table[5] */
 163     rsaz_1024_gather5_avx2(result, table_s, 4);
 164     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 165     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 5);
 166     /* table[10] */
 167     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 168     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 10);
 169     /* table[20] */
 170     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 171     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 20);
 172     /* table[21] */
 173     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 174     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 21);
 175
 176     /* table[7] */
 177     rsaz_1024_gather5_avx2(result, table_s, 6);
 178     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 179     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 7);
 180     /* table[14] */
 181     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 182     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 14);
 183     /* table[28] */
 184     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 185     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 28);
 186     /* table[29] */
 187     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 188     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 29);
 189
 190     /* table[9] */
 191     rsaz_1024_gather5_avx2(result, table_s, 8);
 192     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 193     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 9);
 194     /* table[18] */
 195     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 196     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 18);
 197     /* table[19] */
 198     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 199     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 19);
 200
 201     /* table[11] */
 202     rsaz_1024_gather5_avx2(result, table_s, 10);
 203     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 204     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 11);
 205     /* table[22] */
 206     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 207     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 22);
 208     /* table[23] */
 209     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 210     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 23);
 211
 212     /* table[13] */
 213     rsaz_1024_gather5_avx2(result, table_s, 12);
 214     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 215     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 13);
 216     /* table[26] */
 217     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 218     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 26);
 219     /* table[27] */
 220     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 221     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 27);
 222
 223     /* table[15] */
 224     rsaz_1024_gather5_avx2(result, table_s, 14);
 225     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 226     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 15);
 227     /* table[30] */
 228     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 1);
 229     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 30);
 230     /* table[31] */
 231     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 232     rsaz_1024_scatter5_avx2(table_s, result, 31);
 233 #endif
 234
 235     /* load first window */
 236     p_str = (unsigned char *)exponent;
 237     wvalue = p_str[127] >> 3;
 238     rsaz_1024_gather5_avx2(result, table_s, wvalue);
 239
 240     index = 1014;
 241
 242     while (index > -1) {        /* loop for the remaining 127 windows */
 243
 244         rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 5);
 245
 246         wvalue = *((unsigned short *)&p_str[index / 8]);
 247         wvalue = (wvalue >> (index % 8)) & 31;
 248         index -= 5;
 249
 250         rsaz_1024_gather5_avx2(a_inv, table_s, wvalue); /* borrow a_inv */
 251         rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 252     }
 253
 254     /* square four times */
 255     rsaz_1024_sqr_avx2(result, result, m, k0, 4);
 256
 257     wvalue = p_str[0] & 15;
 258
 259     rsaz_1024_gather5_avx2(a_inv, table_s, wvalue); /* borrow a_inv */
 260     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, a_inv, m, k0);
 261
 262     /* from Montgomery */
 263     rsaz_1024_mul_avx2(result, result, one, m, k0);
 264
 265     rsaz_1024_red2norm_avx2(result_norm, result);
 266
 267     OPENSSL_cleanse(storage, sizeof(storage));
 268 }
 269
 270 /*
 271  * See crypto/bn/rsaz-x86_64.pl for further details.
 272  */
 273 void rsaz_512_mul(void *ret, const void *a, const void *b, const void *n,
 274                   BN_ULONG k);
 275 void rsaz_512_mul_scatter4(void *ret, const void *a, const void *n,
 276                            BN_ULONG k, const void *tbl, unsigned int power);
 277 void rsaz_512_mul_gather4(void *ret, const void *a, const void *tbl,
 278                           const void *n, BN_ULONG k, unsigned int power);
 279 void rsaz_512_mul_by_one(void *ret, const void *a, const void *n, BN_ULONG k);
 280 void rsaz_512_sqr(void *ret, const void *a, const void *n, BN_ULONG k,
 281                   int cnt);
 282 void rsaz_512_scatter4(void *tbl, const BN_ULONG *val, int power);
 283 void rsaz_512_gather4(BN_ULONG *val, const void *tbl, int power);
 284
 285 void RSAZ_512_mod_exp(BN_ULONG result[8],
 286                       const BN_ULONG base[8], const BN_ULONG exponent[8],
 287                       const BN_ULONG m[8], BN_ULONG k0, const BN_ULONG RR[8])
 288 {
 289     unsigned char storage[16 * 8 * 8 + 64 * 2 + 64]; /* 1.2KB */
 290     unsigned char *table = storage + (64 - ((size_t)storage % 64));
 291     BN_ULONG *a_inv = (BN_ULONG *)(table + 16 * 8 * 8);
 292     BN_ULONG *temp = (BN_ULONG *)(table + 16 * 8 * 8 + 8 * 8);
 293     unsigned char *p_str = (unsigned char *)exponent;
 294     int index;
 295     unsigned int wvalue;
 296
 297     /* table[0] = 1_inv */
 298     temp[0] = 0 - m[0];
 299     temp[1] = ~m[1];
 300     temp[2] = ~m[2];
 301     temp[3] = ~m[3];
 302     temp[4] = ~m[4];
 303     temp[5] = ~m[5];
 304     temp[6] = ~m[6];
 305     temp[7] = ~m[7];
 306     rsaz_512_scatter4(table, temp, 0);
 307
 308     /* table [1] = a_inv^1 */
 309     rsaz_512_mul(a_inv, base, RR, m, k0);
 310     rsaz_512_scatter4(table, a_inv, 1);
 311
 312     /* table [2] = a_inv^2 */
 313     rsaz_512_sqr(temp, a_inv, m, k0, 1);
 314     rsaz_512_scatter4(table, temp, 2);
 315
 316     for (index = 3; index < 16; index++)
 317         rsaz_512_mul_scatter4(temp, a_inv, m, k0, table, index);
 318
 319     /* load first window */
 320     wvalue = p_str[63];
 321
 322     rsaz_512_gather4(temp, table, wvalue >> 4);
 323     rsaz_512_sqr(temp, temp, m, k0, 4);
 324     rsaz_512_mul_gather4(temp, temp, table, m, k0, wvalue & 0xf);
 325
 326     for (index = 62; index >= 0; index--) {
 327         wvalue = p_str[index];
 328
 329         rsaz_512_sqr(temp, temp, m, k0, 4);
 330         rsaz_512_mul_gather4(temp, temp, table, m, k0, wvalue >> 4);
 331
 332         rsaz_512_sqr(temp, temp, m, k0, 4);
 333         rsaz_512_mul_gather4(temp, temp, table, m, k0, wvalue & 0x0f);
 334     }
 335
 336     /* from Montgomery */
 337     rsaz_512_mul_by_one(result, temp, m, k0);
 338
 339     OPENSSL_cleanse(storage, sizeof(storage));
 340 }
 341
 342 #endif