crypto/rc4/asm/rc4-amd64.pl

   1 #!/usr/bin/env perl
   2 #
   3 # ====================================================================
   4 # Written by Andy Polyakov <appro@fy.chalmers.se> for the OpenSSL
   5 # project. Rights for redistribution and usage in source and binary
   6 # forms are granted according to the OpenSSL license.
   7 # ====================================================================
   8 #
   9 # 2.22x RC4 tune-up:-) It should be noted though that my hand [as in
  10 # "hand-coded assembler"] doesn't stand for the whole improvement
  11 # coefficient. It turned out that eliminating RC4_CHAR from config
  12 # line results in ~40% improvement (yes, even for C implementation).
  13 # Presumably it has everything to do with AMD cache architecture and
  14 # RAW or whatever penalties. Once again! The module *requires* config
  15 # line *without* RC4_CHAR! As for coding "secret," I bet on partial
  16 # register arithmetics. For example instead of 'inc %r8; and $255,%r8'
  17 # I simply 'inc %r8b'. Even though optimization manual discourages
  18 # to operate on partial registers, it turned out to be the best bet.
  19 # At least for AMD... How IA32E would perform remains to be seen...
  20
  21 # As was shown by Marc Bevand reordering of couple of load operations
  22 # results in even higher performance gain of 3.3x:-) At least on
  23 # Opteron... For reference, 1x in this case is RC4_CHAR C-code
  24 # compiled with gcc 3.3.2, which performs at ~54MBps per 1GHz clock.
  25 # Latter means that if you want to *estimate* what to expect from
  26 # *your* CPU, then multiply 54 by 3.3 and clock frequency in GHz.
  27
  28 # Intel P4 EM64T core was found to run the AMD64 code really slow...
  29 # The only way to achieve comparable performance on P4 is to keep
  30 # RC4_CHAR. Kind of ironic, huh? As it's apparently impossible to
  31 # compose blended code, which would perform even within 30% marginal
  32 # on either AMD and Intel platforms, I implement both cases. See
  33 # rc4_skey.c for further details...
  34
  35 $output=shift;
  36
  37 $win64a=1 if ($output =~ /win64a.[s|asm]/);
  38
  39 open STDOUT,">$output" || die "can't open $output: $!";
  40
  41 if (defined($win64a)) {
  42     $dat="%rcx";        # arg1
  43     $len="%rdx";        # arg2
  44     $inp="%rsi";        # r8, arg3 moves here
  45     $out="%rdi";        # r9, arg4 moves here
  46 } else {
  47     $dat="%rdi";        # arg1
  48     $len="%rsi";        # arg2
  49     $inp="%rdx";        # arg3
  50     $out="%rcx";        # arg4
  51 }
  52
  53 $XX="%r10";
  54 $TX="%r8";
  55 $YY="%r11";
  56 $TY="%r9";
  57
  58 sub PTR() {
  59     my $ret=shift;
  60     if (defined($win64a)) {
  61         $ret =~ s/\[([\S]+)\+([\S]+)\]/[$2+$1]/g;   # [%rN+%rM*4]->[%rM*4+%rN]
  62         $ret =~ s/:([^\[]+)\[([^\]]+)\]/:[$2+$1]/g; # :off[ea]->:[ea+off]
  63     } else {
  64         $ret =~ s/[\+\*]/,/g;           # [%rN+%rM*4]->[%rN,%rM,4]
  65         $ret =~ s/\[([^\]]+)\]/($1)/g;  # [%rN]->(%rN)
  66     }
  67     $ret;
  68 }
  69
  70 $code=<<___ if (!defined($win64a));
  71 .text
  72
  73 .globl  RC4
  74 .type   RC4,\@function
  75 .align  16
  76 RC4:    or      $len,$len
  77         jne     .Lentry
  78         repret
  79 .Lentry:
  80 ___
  81 $code=<<___ if (defined($win64a));
  82 _TEXT   SEGMENT
  83 PUBLIC  RC4
  84 ALIGN   16
  85 RC4     PROC
  86         or      $len,$len
  87         jne     .Lentry
  88         repret
  89 .Lentry:
  90         push    %rdi
  91         push    %rsi
  92         sub     \$40,%rsp
  93         mov     %r8,$inp
  94         mov     %r9,$out
  95 ___
  96 $code.=<<___;
  97         add     \$8,$dat
  98         movl    `&PTR("DWORD:-8[$dat]")`,$XX#d
  99         movl    `&PTR("DWORD:-4[$dat]")`,$YY#d
 100         cmpl    \$-1,`&PTR("DWORD:256[$dat]")`
 101         je      .LRC4_CHAR
 102         test    \$-8,$len
 103         jz      .Lloop1
 104 .align  16
 105 .Lloop8:
 106         inc     $XX#b
 107         movl    `&PTR("DWORD:[$dat+$XX*4]")`,$TX#d
 108         add     $TX#b,$YY#b
 109         movl    `&PTR("DWORD:[$dat+$YY*4]")`,$TY#d
 110         movl    $TX#d,`&PTR("DWORD:[$dat+$YY*4]")`
 111         movl    $TY#d,`&PTR("DWORD:[$dat+$XX*4]")`
 112         add     $TX#b,$TY#b
 113         inc     $XX#b
 114         movl    `&PTR("DWORD:[$dat+$XX*4]")`,$TX#d
 115         movb    `&PTR("BYTE:[$dat+$TY*4]")`,%al
 116 ___
 117 for ($i=1;$i<=6;$i++) {
 118 $code.=<<___;
 119         add     $TX#b,$YY#b
 120         ror     \$8,%rax
 121         movl    `&PTR("DWORD:[$dat+$YY*4]")`,$TY#d
 122         movl    $TX#d,`&PTR("DWORD:[$dat+$YY*4]")`
 123         movl    $TY#d,`&PTR("DWORD:[$dat+$XX*4]")`
 124         add     $TX#b,$TY#b
 125         inc     $XX#b
 126         movl    `&PTR("DWORD:[$dat+$XX*4]")`,$TX#d
 127         movb    `&PTR("BYTE:[$dat+$TY*4]")`,%al
 128 ___
 129 }
 130 $code.=<<___;
 131         add     $TX#b,$YY#b
 132         ror     \$8,%rax
 133         movl    `&PTR("DWORD:[$dat+$YY*4]")`,$TY#d
 134         movl    $TX#d,`&PTR("DWORD:[$dat+$YY*4]")`
 135         movl    $TY#d,`&PTR("DWORD:[$dat+$XX*4]")`
 136         sub     \$8,$len
 137         add     $TY#b,$TX#b
 138         movb    `&PTR("BYTE:[$dat+$TX*4]")`,%al
 139         ror     \$8,%rax
 140         add     \$8,$inp
 141         add     \$8,$out
 142
 143         xor     `&PTR("QWORD:-8[$inp]")`,%rax
 144         mov     %rax,`&PTR("QWORD:-8[$out]")`
 145
 146         test    \$-8,$len
 147         jnz     .Lloop8
 148         cmp     \$0,$len
 149         jne     .Lloop1
 150 .Lexit:
 151         movl    $XX#d,`&PTR("DWORD:-8[$dat]")`
 152         movl    $YY#d,`&PTR("DWORD:-4[$dat]")`
 153 ___
 154 $code.=<<___ if (defined($win64a));
 155         add     \$40,%rsp
 156         pop     %rsi
 157         pop     %rdi
 158 ___
 159 $code.=<<___;
 160         repret
 161 .align  16
 162 .Lloop1:
 163         movzb   `&PTR("BYTE:[$inp]")`,%eax
 164         inc     $XX#b
 165         movl    `&PTR("DWORD:[$dat+$XX*4]")`,$TX#d
 166         add     $TX#b,$YY#b
 167         movl    `&PTR("DWORD:[$dat+$YY*4]")`,$TY#d
 168         movl    $TX#d,`&PTR("DWORD:[$dat+$YY*4]")`
 169         movl    $TY#d,`&PTR("DWORD:[$dat+$XX*4]")`
 170         add     $TY#b,$TX#b
 171         movl    `&PTR("DWORD:[$dat+$TX*4]")`,$TY#d
 172         xor     $TY,%rax
 173         inc     $inp
 174         movb    %al,`&PTR("BYTE:[$out]")`
 175         inc     $out
 176         dec     $len
 177         jnz     .Lloop1
 178         jmp     .Lexit
 179
 180 .align  16
 181 .LRC4_CHAR:
 182         inc     $XX#b
 183         movzb   `&PTR("BYTE:[$dat+$XX]")`,$TX#d
 184         add     $TX#b,$YY#b
 185         movzb   `&PTR("BYTE:[$dat+$YY]")`,$TY#d
 186         movb    $TX#b,`&PTR("BYTE:[$dat+$YY]")`
 187         movb    $TY#b,`&PTR("BYTE:[$dat+$XX]")`
 188         add     $TX#b,$TY#b
 189         movzb   `&PTR("BYTE:[$dat+$TY]")`,$TY#d
 190         xorb    `&PTR("BYTE:[$inp]")`,$TY#b
 191         movb    $TY#b,`&PTR("BYTE:[$out]")`
 192         inc     $inp
 193         inc     $out
 194         dec     $len
 195         jnz     .LRC4_CHAR
 196         jmp     .Lexit
 197 ___
 198 $code.=<<___ if (defined($win64a));
 199 RC4     ENDP
 200 _TEXT   ENDS
 201 END
 202 ___
 203 $code.=<<___ if (!defined($win64a));
 204 .size   RC4,.-RC4
 205 ___
 206
 207 $code =~ s/#([bwd])/$1/gm;
 208 $code =~ s/\`([^\`]*)\`/eval $1/gem;
 209
 210 if (defined($win64a)) {
 211     $code =~ s/\.align/ALIGN/gm;
 212     $code =~ s/[\$%]//gm;
 213     $code =~ s/\.L/\$L/gm;
 214     $code =~ s/([\w]+)([\s]+)([\S]+),([\S]+)/$1$2$4,$3/gm;
 215     $code =~ s/([QD]*WORD|BYTE):/$1 PTR/gm;
 216     $code =~ s/mov[bwlq]/mov/gm;
 217     $code =~ s/movzb/movzx/gm;
 218     $code =~ s/repret/DB\t0F3h,0C3h/gm;
 219     $code =~ s/cmpl/cmp/gm;
 220     $code =~ s/xorb/xor/gm;
 221 } else {
 222     $code =~ s/([QD]*WORD|BYTE)://gm;
 223     $code =~ s/repret/.byte\t0xF3,0xC3/gm;
 224 }
 225 print $code;