acc4f639a715fc69d776330483a216ef8bca4923
[openssl.git] / crypto / sha / asm / sha1-586.pl
1 #!/usr/bin/env perl
2
3 # ====================================================================
4 # [Re]written by Andy Polyakov <appro@openssl.org> for the OpenSSL
5 # project. The module is, however, dual licensed under OpenSSL and
6 # CRYPTOGAMS licenses depending on where you obtain it. For further
7 # details see http://www.openssl.org/~appro/cryptogams/.
8 # ====================================================================
9
10 # "[Re]written" was achieved in two major overhauls. In 2004 BODY_*
11 # functions were re-implemented to address P4 performance issue [see
12 # commentary below], and in 2006 the rest was rewritten in order to
13 # gain freedom to liberate licensing terms.
14
15 # January, September 2004.
16 #
17 # It was noted that Intel IA-32 C compiler generates code which
18 # performs ~30% *faster* on P4 CPU than original *hand-coded*
19 # SHA1 assembler implementation. To address this problem (and
20 # prove that humans are still better than machines:-), the
21 # original code was overhauled, which resulted in following
22 # performance changes:
23 #
24 #               compared with original  compared with Intel cc
25 #               assembler impl.         generated code
26 # Pentium       -16%                    +48%
27 # PIII/AMD      +8%                     +16%
28 # P4            +85%(!)                 +45%
29 #
30 # As you can see Pentium came out as looser:-( Yet I reckoned that
31 # improvement on P4 outweights the loss and incorporate this
32 # re-tuned code to 0.9.7 and later.
33 # ----------------------------------------------------------------
34 #                                       <appro@fy.chalmers.se>
35
36 # August 2009.
37 #
38 # George Spelvin has tipped that F_40_59(b,c,d) can be rewritten as
39 # '(c&d) + (b&(c^d))', which allows to accumulate partial results
40 # and lighten "pressure" on scratch registers. This resulted in
41 # >12% performance improvement on contemporary AMD cores (with no
42 # degradation on other CPUs:-). Also, the code was revised to maximize
43 # "distance" between instructions producing input to 'lea' instruction
44 # and the 'lea' instruction itself, which is essential for Intel Atom
45 # core and resulted in ~15% improvement.
46
47 # October 2010.
48 #
49 # Add SSSE3, Supplemental[!] SSE3, implementation. The idea behind it
50 # is to offload message schedule denoted by Wt in NIST specification,
51 # or Xupdate in OpenSSL source, to SIMD unit. The idea is not novel,
52 # and in SSE2 context was first explored by Dean Gaudet in 2004, see
53 # http://arctic.org/~dean/crypto/sha1.html. Since then several things
54 # have changed that made it interesting again:
55 #
56 # a) XMM units became faster and wider;
57 # b) instruction set became more versatile;
58 # c) an important observation was made by Max Locktykhin, which made
59 #    it possible to reduce amount of instructions required to perform
60 #    the operation in question, for further details see
61 #    http://software.intel.com/en-us/articles/improving-the-performance-of-the-secure-hash-algorithm-1/.
62
63 # April 2011.
64 #
65 # Add AVX code path, probably most controversial... The thing is that
66 # switch to AVX alone improves performance by as little as 4% in
67 # comparison to SSSE3 code path. But below result doesn't look like
68 # 4% improvement... Trouble is that Sandy Bridge decodes 'ro[rl]' as
69 # pair of µ-ops, and it's the additional µ-ops, two per round, that
70 # make it run slower than Core2 and Westmere. But 'sh[rl]d' is decoded
71 # as single µ-op by Sandy Bridge and it's replacing 'ro[rl]' with
72 # equivalent 'sh[rl]d' that is responsible for the impressive 5.1
73 # cycles per processed byte. But 'sh[rl]d' is not something that used
74 # to be fast, nor does it appear to be fast in upcoming Bulldozer
75 # [according to its optimization manual]. Which is why AVX code path
76 # is guarded by *both* AVX and synthetic bit denoting Intel CPUs.
77 # One can argue that it's unfair to AMD, but without 'sh[rl]d' it
78 # makes no sense to keep the AVX code path. If somebody feels that
79 # strongly, it's probably more appropriate to discuss possibility of
80 # using vector rotate XOP on AMD...
81
82 # March 2014.
83 #
84 # Add support for Intel SHA Extensions.
85
86 ######################################################################
87 # Current performance is summarized in following table. Numbers are
88 # CPU clock cycles spent to process single byte (less is better).
89 #
90 #               x86             SSSE3           AVX
91 # Pentium       15.7            -
92 # PIII          11.5            -
93 # P4            10.6            -
94 # AMD K8        7.1             -
95 # Core2         7.3             6.0/+22%        -
96 # Atom          12.5            9.3(*)/+35%     -
97 # Westmere      7.3             5.5/+33%        -
98 # Sandy Bridge  8.8             6.2/+40%        5.1(**)/+73%
99 # Ivy Bridge    7.2             4.8/+51%        4.7(**)/+53%
100 # Haswell       6.5             4.3/+51%        4.1(**)/+58%
101 # Bulldozer     11.6            6.0/+92%
102 # VIA Nano      10.6            7.5/+41%
103 #
104 # (*)   Loop is 1056 instructions long and expected result is ~8.25.
105 #       It remains mystery [to me] why ILP is limited to 1.7.
106 #
107 # (**)  As per above comment, the result is for AVX *plus* sh[rl]d.
108
109 $0 =~ m/(.*[\/\\])[^\/\\]+$/; $dir=$1;
110 push(@INC,"${dir}","${dir}../../perlasm");
111 require "x86asm.pl";
112
113 &asm_init($ARGV[0],"sha1-586.pl",$ARGV[$#ARGV] eq "386");
114
115 $xmm=$ymm=0;
116 for (@ARGV) { $xmm=1 if (/-DOPENSSL_IA32_SSE2/); }
117
118 $ymm=1 if ($xmm &&
119                 `$ENV{CC} -Wa,-v -c -o /dev/null -x assembler /dev/null 2>&1`
120                         =~ /GNU assembler version ([2-9]\.[0-9]+)/ &&
121                 $1>=2.19);      # first version supporting AVX
122
123 $ymm=1 if ($xmm && !$ymm && $ARGV[0] eq "win32n" && 
124                 `nasm -v 2>&1` =~ /NASM version ([2-9]\.[0-9]+)/ &&
125                 $1>=2.03);      # first version supporting AVX
126
127 $ymm=1 if ($xmm && !$ymm && $ARGV[0] eq "win32" &&
128                 `ml 2>&1` =~ /Version ([0-9]+)\./ &&
129                 $1>=10);        # first version supporting AVX
130
131 &external_label("OPENSSL_ia32cap_P") if ($xmm);
132
133
134 $A="eax";
135 $B="ebx";
136 $C="ecx";
137 $D="edx";
138 $E="edi";
139 $T="esi";
140 $tmp1="ebp";
141
142 @V=($A,$B,$C,$D,$E,$T);
143
144 $alt=0; # 1 denotes alternative IALU implementation, which performs
145         # 8% *worse* on P4, same on Westmere and Atom, 2% better on
146         # Sandy Bridge...
147
148 sub BODY_00_15
149         {
150         local($n,$a,$b,$c,$d,$e,$f)=@_;
151
152         &comment("00_15 $n");
153
154         &mov($f,$c);                    # f to hold F_00_19(b,c,d)
155          if ($n==0)  { &mov($tmp1,$a); }
156          else        { &mov($a,$tmp1); }
157         &rotl($tmp1,5);                 # tmp1=ROTATE(a,5)
158          &xor($f,$d);
159         &add($tmp1,$e);                 # tmp1+=e;
160          &mov($e,&swtmp($n%16));        # e becomes volatile and is loaded
161                                         # with xi, also note that e becomes
162                                         # f in next round...
163         &and($f,$b);
164         &rotr($b,2);                    # b=ROTATE(b,30)
165          &xor($f,$d);                   # f holds F_00_19(b,c,d)
166         &lea($tmp1,&DWP(0x5a827999,$tmp1,$e));  # tmp1+=K_00_19+xi
167
168         if ($n==15) { &mov($e,&swtmp(($n+1)%16));# pre-fetch f for next round
169                       &add($f,$tmp1); } # f+=tmp1
170         else        { &add($tmp1,$f); } # f becomes a in next round
171         &mov($tmp1,$a)                  if ($alt && $n==15);
172         }
173
174 sub BODY_16_19
175         {
176         local($n,$a,$b,$c,$d,$e,$f)=@_;
177
178         &comment("16_19 $n");
179
180 if ($alt) {
181         &xor($c,$d);
182          &xor($f,&swtmp(($n+2)%16));    # f to hold Xupdate(xi,xa,xb,xc,xd)
183         &and($tmp1,$c);                 # tmp1 to hold F_00_19(b,c,d), b&=c^d
184          &xor($f,&swtmp(($n+8)%16));
185         &xor($tmp1,$d);                 # tmp1=F_00_19(b,c,d)
186          &xor($f,&swtmp(($n+13)%16));   # f holds xa^xb^xc^xd
187         &rotl($f,1);                    # f=ROTATE(f,1)
188          &add($e,$tmp1);                # e+=F_00_19(b,c,d)
189         &xor($c,$d);                    # restore $c
190          &mov($tmp1,$a);                # b in next round
191         &rotr($b,$n==16?2:7);           # b=ROTATE(b,30)
192          &mov(&swtmp($n%16),$f);        # xi=f
193         &rotl($a,5);                    # ROTATE(a,5)
194          &lea($f,&DWP(0x5a827999,$f,$e));# f+=F_00_19(b,c,d)+e
195         &mov($e,&swtmp(($n+1)%16));     # pre-fetch f for next round
196          &add($f,$a);                   # f+=ROTATE(a,5)
197 } else {
198         &mov($tmp1,$c);                 # tmp1 to hold F_00_19(b,c,d)
199          &xor($f,&swtmp(($n+2)%16));    # f to hold Xupdate(xi,xa,xb,xc,xd)
200         &xor($tmp1,$d);
201          &xor($f,&swtmp(($n+8)%16));
202         &and($tmp1,$b);
203          &xor($f,&swtmp(($n+13)%16));   # f holds xa^xb^xc^xd
204         &rotl($f,1);                    # f=ROTATE(f,1)
205          &xor($tmp1,$d);                # tmp1=F_00_19(b,c,d)
206         &add($e,$tmp1);                 # e+=F_00_19(b,c,d)
207          &mov($tmp1,$a);
208         &rotr($b,2);                    # b=ROTATE(b,30)
209          &mov(&swtmp($n%16),$f);        # xi=f
210         &rotl($tmp1,5);                 # ROTATE(a,5)
211          &lea($f,&DWP(0x5a827999,$f,$e));# f+=F_00_19(b,c,d)+e
212         &mov($e,&swtmp(($n+1)%16));     # pre-fetch f for next round
213          &add($f,$tmp1);                # f+=ROTATE(a,5)
214 }
215         }
216
217 sub BODY_20_39
218         {
219         local($n,$a,$b,$c,$d,$e,$f)=@_;
220         local $K=($n<40)?0x6ed9eba1:0xca62c1d6;
221
222         &comment("20_39 $n");
223
224 if ($alt) {
225         &xor($tmp1,$c);                 # tmp1 to hold F_20_39(b,c,d), b^=c
226          &xor($f,&swtmp(($n+2)%16));    # f to hold Xupdate(xi,xa,xb,xc,xd)
227         &xor($tmp1,$d);                 # tmp1 holds F_20_39(b,c,d)
228          &xor($f,&swtmp(($n+8)%16));
229         &add($e,$tmp1);                 # e+=F_20_39(b,c,d)
230          &xor($f,&swtmp(($n+13)%16));   # f holds xa^xb^xc^xd
231         &rotl($f,1);                    # f=ROTATE(f,1)
232          &mov($tmp1,$a);                # b in next round
233         &rotr($b,7);                    # b=ROTATE(b,30)
234          &mov(&swtmp($n%16),$f)         if($n<77);# xi=f
235         &rotl($a,5);                    # ROTATE(a,5)
236          &xor($b,$c)                    if($n==39);# warm up for BODY_40_59
237         &and($tmp1,$b)                  if($n==39);
238          &lea($f,&DWP($K,$f,$e));       # f+=e+K_XX_YY
239         &mov($e,&swtmp(($n+1)%16))      if($n<79);# pre-fetch f for next round
240          &add($f,$a);                   # f+=ROTATE(a,5)
241         &rotr($a,5)                     if ($n==79);
242 } else {
243         &mov($tmp1,$b);                 # tmp1 to hold F_20_39(b,c,d)
244          &xor($f,&swtmp(($n+2)%16));    # f to hold Xupdate(xi,xa,xb,xc,xd)
245         &xor($tmp1,$c);
246          &xor($f,&swtmp(($n+8)%16));
247         &xor($tmp1,$d);                 # tmp1 holds F_20_39(b,c,d)
248          &xor($f,&swtmp(($n+13)%16));   # f holds xa^xb^xc^xd
249         &rotl($f,1);                    # f=ROTATE(f,1)
250          &add($e,$tmp1);                # e+=F_20_39(b,c,d)
251         &rotr($b,2);                    # b=ROTATE(b,30)
252          &mov($tmp1,$a);
253         &rotl($tmp1,5);                 # ROTATE(a,5)
254          &mov(&swtmp($n%16),$f) if($n<77);# xi=f
255         &lea($f,&DWP($K,$f,$e));        # f+=e+K_XX_YY
256          &mov($e,&swtmp(($n+1)%16)) if($n<79);# pre-fetch f for next round
257         &add($f,$tmp1);                 # f+=ROTATE(a,5)
258 }
259         }
260
261 sub BODY_40_59
262         {
263         local($n,$a,$b,$c,$d,$e,$f)=@_;
264
265         &comment("40_59 $n");
266
267 if ($alt) {
268         &add($e,$tmp1);                 # e+=b&(c^d)
269          &xor($f,&swtmp(($n+2)%16));    # f to hold Xupdate(xi,xa,xb,xc,xd)
270         &mov($tmp1,$d);
271          &xor($f,&swtmp(($n+8)%16));
272         &xor($c,$d);                    # restore $c
273          &xor($f,&swtmp(($n+13)%16));   # f holds xa^xb^xc^xd
274         &rotl($f,1);                    # f=ROTATE(f,1)
275          &and($tmp1,$c);
276         &rotr($b,7);                    # b=ROTATE(b,30)
277          &add($e,$tmp1);                # e+=c&d
278         &mov($tmp1,$a);                 # b in next round
279          &mov(&swtmp($n%16),$f);        # xi=f
280         &rotl($a,5);                    # ROTATE(a,5)
281          &xor($b,$c)                    if ($n<59);
282         &and($tmp1,$b)                  if ($n<59);# tmp1 to hold F_40_59(b,c,d)
283          &lea($f,&DWP(0x8f1bbcdc,$f,$e));# f+=K_40_59+e+(b&(c^d))
284         &mov($e,&swtmp(($n+1)%16));     # pre-fetch f for next round
285          &add($f,$a);                   # f+=ROTATE(a,5)
286 } else {
287         &mov($tmp1,$c);                 # tmp1 to hold F_40_59(b,c,d)
288          &xor($f,&swtmp(($n+2)%16));    # f to hold Xupdate(xi,xa,xb,xc,xd)
289         &xor($tmp1,$d);
290          &xor($f,&swtmp(($n+8)%16));
291         &and($tmp1,$b);
292          &xor($f,&swtmp(($n+13)%16));   # f holds xa^xb^xc^xd
293         &rotl($f,1);                    # f=ROTATE(f,1)
294          &add($tmp1,$e);                # b&(c^d)+=e
295         &rotr($b,2);                    # b=ROTATE(b,30)
296          &mov($e,$a);                   # e becomes volatile
297         &rotl($e,5);                    # ROTATE(a,5)
298          &mov(&swtmp($n%16),$f);        # xi=f
299         &lea($f,&DWP(0x8f1bbcdc,$f,$tmp1));# f+=K_40_59+e+(b&(c^d))
300          &mov($tmp1,$c);
301         &add($f,$e);                    # f+=ROTATE(a,5)
302          &and($tmp1,$d);
303         &mov($e,&swtmp(($n+1)%16));     # pre-fetch f for next round
304          &add($f,$tmp1);                # f+=c&d
305 }
306         }
307
308 &function_begin("sha1_block_data_order");
309 if ($xmm) {
310   &static_label("shaext_shortcut");
311   &static_label("ssse3_shortcut");
312   &static_label("avx_shortcut")         if ($ymm);
313   &static_label("K_XX_XX");
314
315         &call   (&label("pic_point"));  # make it PIC!
316   &set_label("pic_point");
317         &blindpop($tmp1);
318         &picmeup($T,"OPENSSL_ia32cap_P",$tmp1,&label("pic_point"));
319         &lea    ($tmp1,&DWP(&label("K_XX_XX")."-".&label("pic_point"),$tmp1));
320
321         &mov    ($A,&DWP(0,$T));
322         &mov    ($D,&DWP(4,$T));
323         &test   ($D,1<<9);              # check SSSE3 bit
324         &jz     (&label("x86"));
325         &mov    ($C,&DWP(8,$T));
326         &test   ($A,1<<24);             # check FXSR bit
327         &jz     (&label("x86"));
328         &test   ($C,1<<29);             # check SHA bit
329         &jnz    (&label("shaext_shortcut"));
330         if ($ymm) {
331                 &and    ($D,1<<28);             # mask AVX bit
332                 &and    ($A,1<<30);             # mask "Intel CPU" bit
333                 &or     ($A,$D);
334                 &cmp    ($A,1<<28|1<<30);
335                 &je     (&label("avx_shortcut"));
336         }
337         &jmp    (&label("ssse3_shortcut"));
338   &set_label("x86",16);
339 }
340         &mov($tmp1,&wparam(0)); # SHA_CTX *c
341         &mov($T,&wparam(1));    # const void *input
342         &mov($A,&wparam(2));    # size_t num
343         &stack_push(16+3);      # allocate X[16]
344         &shl($A,6);
345         &add($A,$T);
346         &mov(&wparam(2),$A);    # pointer beyond the end of input
347         &mov($E,&DWP(16,$tmp1));# pre-load E
348         &jmp(&label("loop"));
349
350 &set_label("loop",16);
351
352         # copy input chunk to X, but reversing byte order!
353         for ($i=0; $i<16; $i+=4)
354                 {
355                 &mov($A,&DWP(4*($i+0),$T));
356                 &mov($B,&DWP(4*($i+1),$T));
357                 &mov($C,&DWP(4*($i+2),$T));
358                 &mov($D,&DWP(4*($i+3),$T));
359                 &bswap($A);
360                 &bswap($B);
361                 &bswap($C);
362                 &bswap($D);
363                 &mov(&swtmp($i+0),$A);
364                 &mov(&swtmp($i+1),$B);
365                 &mov(&swtmp($i+2),$C);
366                 &mov(&swtmp($i+3),$D);
367                 }
368         &mov(&wparam(1),$T);    # redundant in 1st spin
369
370         &mov($A,&DWP(0,$tmp1)); # load SHA_CTX
371         &mov($B,&DWP(4,$tmp1));
372         &mov($C,&DWP(8,$tmp1));
373         &mov($D,&DWP(12,$tmp1));
374         # E is pre-loaded
375
376         for($i=0;$i<16;$i++)    { &BODY_00_15($i,@V); unshift(@V,pop(@V)); }
377         for(;$i<20;$i++)        { &BODY_16_19($i,@V); unshift(@V,pop(@V)); }
378         for(;$i<40;$i++)        { &BODY_20_39($i,@V); unshift(@V,pop(@V)); }
379         for(;$i<60;$i++)        { &BODY_40_59($i,@V); unshift(@V,pop(@V)); }
380         for(;$i<80;$i++)        { &BODY_20_39($i,@V); unshift(@V,pop(@V)); }
381
382         (($V[5] eq $D) and ($V[0] eq $E)) or die;       # double-check
383
384         &mov($tmp1,&wparam(0)); # re-load SHA_CTX*
385         &mov($D,&wparam(1));    # D is last "T" and is discarded
386
387         &add($E,&DWP(0,$tmp1)); # E is last "A"...
388         &add($T,&DWP(4,$tmp1));
389         &add($A,&DWP(8,$tmp1));
390         &add($B,&DWP(12,$tmp1));
391         &add($C,&DWP(16,$tmp1));
392
393         &mov(&DWP(0,$tmp1),$E); # update SHA_CTX
394          &add($D,64);           # advance input pointer
395         &mov(&DWP(4,$tmp1),$T);
396          &cmp($D,&wparam(2));   # have we reached the end yet?
397         &mov(&DWP(8,$tmp1),$A);
398          &mov($E,$C);           # C is last "E" which needs to be "pre-loaded"
399         &mov(&DWP(12,$tmp1),$B);
400          &mov($T,$D);           # input pointer
401         &mov(&DWP(16,$tmp1),$C);
402         &jb(&label("loop"));
403
404         &stack_pop(16+3);
405 &function_end("sha1_block_data_order");
406
407 if ($xmm) {
408 {
409 ######################################################################
410 # Intel SHA Extensions implementation of SHA1 update function.
411 #
412 my ($ctx,$inp,$num)=("edi","esi","ecx");
413 my ($ABCD,$E,$E_,$BSWAP)=map("xmm$_",(0..3));
414 my @MSG=map("xmm$_",(4..7));
415
416 sub sha1rnds4 {
417  my ($dst,$src,$imm)=@_;
418     if ("$dst:$src" =~ /xmm([0-7]):xmm([0-7])/)
419     {   &data_byte(0x0f,0x3a,0xcc,0xc0|($1<<3)|$2,$imm);        }
420 }
421 sub sha1op38 {
422  my ($opcodelet,$dst,$src)=@_;
423     if ("$dst:$src" =~ /xmm([0-7]):xmm([0-7])/)
424     {   &data_byte(0x0f,0x38,$opcodelet,0xc0|($1<<3)|$2);       }
425 }
426 sub sha1nexte   { sha1op38(0xc8,@_); }
427 sub sha1msg1    { sha1op38(0xc9,@_); }
428 sub sha1msg2    { sha1op38(0xca,@_); }
429
430 &function_begin("_sha1_block_data_order_shaext");
431         &call   (&label("pic_point"));  # make it PIC!
432         &set_label("pic_point");
433         &blindpop($tmp1);
434         &lea    ($tmp1,&DWP(&label("K_XX_XX")."-".&label("pic_point"),$tmp1));
435 &set_label("shaext_shortcut");
436         &mov    ($ctx,&wparam(0));
437         &mov    ("ebx","esp");
438         &mov    ($inp,&wparam(1));
439         &mov    ($num,&wparam(2));
440         &sub    ("esp",32);
441
442         &movdqu ($ABCD,&QWP(0,$ctx));
443         &movd   ($E,&QWP(16,$ctx));
444         &and    ("esp",-32);
445         &movdqa ($BSWAP,&QWP(0x50,$tmp1));      # byte-n-word swap
446
447         &movdqu (@MSG[0],&QWP(0,$inp));
448         &pshufd ($ABCD,$ABCD,0b00011011);       # flip word order
449         &movdqu (@MSG[1],&QWP(0x10,$inp));
450         &pshufd ($E,$E,0b00011011);             # flip word order
451         &movdqu (@MSG[2],&QWP(0x20,$inp));
452         &pshufb (@MSG[0],$BSWAP);
453         &movdqu (@MSG[3],&QWP(0x30,$inp));
454         &pshufb (@MSG[1],$BSWAP);
455         &pshufb (@MSG[2],$BSWAP);
456         &pshufb (@MSG[3],$BSWAP);
457         &jmp    (&label("loop_shaext"));
458
459 &set_label("loop_shaext",16);
460         &dec            ($num);
461         &lea            ("eax",&DWP(0x40,$inp));
462         &movdqa         (&QWP(0,"esp"),$E);     # offload $E
463         &paddd          ($E,@MSG[0]);
464         &cmovne         ($inp,"eax");
465         &movdqa         (&QWP(16,"esp"),$ABCD); # offload $ABCD
466
467 for($i=0;$i<20-4;$i+=2) {
468         &sha1msg1       (@MSG[0],@MSG[1]);
469         &movdqa         ($E_,$ABCD);
470         &sha1rnds4      ($ABCD,$E,int($i/5));   # 0-3...
471         &sha1nexte      ($E_,@MSG[1]);
472         &pxor           (@MSG[0],@MSG[2]);
473         &sha1msg1       (@MSG[1],@MSG[2]);
474         &sha1msg2       (@MSG[0],@MSG[3]);
475
476         &movdqa         ($E,$ABCD);
477         &sha1rnds4      ($ABCD,$E_,int(($i+1)/5));
478         &sha1nexte      ($E,@MSG[2]);
479         &pxor           (@MSG[1],@MSG[3]);
480         &sha1msg2       (@MSG[1],@MSG[0]);
481
482         push(@MSG,shift(@MSG)); push(@MSG,shift(@MSG));
483 }
484         &movdqu         (@MSG[0],&QWP(0,$inp));
485         &movdqa         ($E_,$ABCD);
486         &sha1rnds4      ($ABCD,$E,3);           # 64-67
487         &sha1nexte      ($E_,@MSG[1]);
488         &movdqu         (@MSG[1],&QWP(0x10,$inp));
489         &pshufb         (@MSG[0],$BSWAP);
490
491         &movdqa         ($E,$ABCD);
492         &sha1rnds4      ($ABCD,$E_,3);          # 68-71
493         &sha1nexte      ($E,@MSG[2]);
494         &movdqu         (@MSG[2],&QWP(0x20,$inp));
495         &pshufb         (@MSG[1],$BSWAP);
496
497         &movdqa         ($E_,$ABCD);
498         &sha1rnds4      ($ABCD,$E,3);           # 72-75
499         &sha1nexte      ($E_,@MSG[3]);
500         &movdqu         (@MSG[3],&QWP(0x30,$inp));
501         &pshufb         (@MSG[2],$BSWAP);
502
503         &movdqa         ($E,$ABCD);
504         &sha1rnds4      ($ABCD,$E_,3);          # 76-79
505         &movdqa         ($E_,&QWP(0,"esp"));
506         &pshufb         (@MSG[3],$BSWAP);
507         &sha1nexte      ($E,$E_);
508         &paddd          ($ABCD,&QWP(16,"esp"));
509
510         &jnz            (&label("loop_shaext"));
511
512         &pshufd ($ABCD,$ABCD,0b00011011);
513         &pshufd ($E,$E,0b00011011);
514         &movdqu (&QWP(0,$ctx),$ABCD)
515         &movd   (&DWP(16,$ctx),$E);
516         &mov    ("esp","ebx");
517 &function_end("_sha1_block_data_order_shaext");
518 }
519 ######################################################################
520 # The SSSE3 implementation.
521 #
522 # %xmm[0-7] are used as ring @X[] buffer containing quadruples of last
523 # 32 elements of the message schedule or Xupdate outputs. First 4
524 # quadruples are simply byte-swapped input, next 4 are calculated
525 # according to method originally suggested by Dean Gaudet (modulo
526 # being implemented in SSSE3). Once 8 quadruples or 32 elements are
527 # collected, it switches to routine proposed by Max Locktyukhin.
528 #
529 # Calculations inevitably require temporary reqisters, and there are
530 # no %xmm registers left to spare. For this reason part of the ring
531 # buffer, X[2..4] to be specific, is offloaded to 3 quadriples ring
532 # buffer on the stack. Keep in mind that X[2] is alias X[-6], X[3] -
533 # X[-5], and X[4] - X[-4]...
534 #
535 # Another notable optimization is aggressive stack frame compression
536 # aiming to minimize amount of 9-byte instructions...
537 #
538 # Yet another notable optimization is "jumping" $B variable. It means
539 # that there is no register permanently allocated for $B value. This
540 # allowed to eliminate one instruction from body_20_39...
541 #
542 my $Xi=4;                       # 4xSIMD Xupdate round, start pre-seeded
543 my @X=map("xmm$_",(4..7,0..3)); # pre-seeded for $Xi=4
544 my @V=($A,$B,$C,$D,$E);
545 my $j=0;                        # hash round
546 my $rx=0;
547 my @T=($T,$tmp1);
548 my $inp;
549
550 my $_rol=sub { &rol(@_) };
551 my $_ror=sub { &ror(@_) };
552
553 &function_begin("_sha1_block_data_order_ssse3");
554         &call   (&label("pic_point"));  # make it PIC!
555         &set_label("pic_point");
556         &blindpop($tmp1);
557         &lea    ($tmp1,&DWP(&label("K_XX_XX")."-".&label("pic_point"),$tmp1));
558 &set_label("ssse3_shortcut");
559
560         &movdqa (@X[3],&QWP(0,$tmp1));          # K_00_19
561         &movdqa (@X[4],&QWP(16,$tmp1));         # K_20_39
562         &movdqa (@X[5],&QWP(32,$tmp1));         # K_40_59
563         &movdqa (@X[6],&QWP(48,$tmp1));         # K_60_79
564         &movdqa (@X[2],&QWP(64,$tmp1));         # pbswap mask
565
566         &mov    ($E,&wparam(0));                # load argument block
567         &mov    ($inp=@T[1],&wparam(1));
568         &mov    ($D,&wparam(2));
569         &mov    (@T[0],"esp");
570
571         # stack frame layout
572         #
573         # +0    X[0]+K  X[1]+K  X[2]+K  X[3]+K  # XMM->IALU xfer area
574         #       X[4]+K  X[5]+K  X[6]+K  X[7]+K
575         #       X[8]+K  X[9]+K  X[10]+K X[11]+K
576         #       X[12]+K X[13]+K X[14]+K X[15]+K
577         #
578         # +64   X[0]    X[1]    X[2]    X[3]    # XMM->XMM backtrace area
579         #       X[4]    X[5]    X[6]    X[7]
580         #       X[8]    X[9]    X[10]   X[11]   # even borrowed for K_00_19
581         #
582         # +112  K_20_39 K_20_39 K_20_39 K_20_39 # constants
583         #       K_40_59 K_40_59 K_40_59 K_40_59
584         #       K_60_79 K_60_79 K_60_79 K_60_79
585         #       K_00_19 K_00_19 K_00_19 K_00_19
586         #       pbswap mask
587         #
588         # +192  ctx                             # argument block
589         # +196  inp
590         # +200  end
591         # +204  esp
592         &sub    ("esp",208);
593         &and    ("esp",-64);
594
595         &movdqa (&QWP(112+0,"esp"),@X[4]);      # copy constants
596         &movdqa (&QWP(112+16,"esp"),@X[5]);
597         &movdqa (&QWP(112+32,"esp"),@X[6]);
598         &shl    ($D,6);                         # len*64
599         &movdqa (&QWP(112+48,"esp"),@X[3]);
600         &add    ($D,$inp);                      # end of input
601         &movdqa (&QWP(112+64,"esp"),@X[2]);
602         &add    ($inp,64);
603         &mov    (&DWP(192+0,"esp"),$E);         # save argument block
604         &mov    (&DWP(192+4,"esp"),$inp);
605         &mov    (&DWP(192+8,"esp"),$D);
606         &mov    (&DWP(192+12,"esp"),@T[0]);     # save original %esp
607
608         &mov    ($A,&DWP(0,$E));                # load context
609         &mov    ($B,&DWP(4,$E));
610         &mov    ($C,&DWP(8,$E));
611         &mov    ($D,&DWP(12,$E));
612         &mov    ($E,&DWP(16,$E));
613         &mov    (@T[0],$B);                     # magic seed
614
615         &movdqu (@X[-4&7],&QWP(-64,$inp));      # load input to %xmm[0-3]
616         &movdqu (@X[-3&7],&QWP(-48,$inp));
617         &movdqu (@X[-2&7],&QWP(-32,$inp));
618         &movdqu (@X[-1&7],&QWP(-16,$inp));
619         &pshufb (@X[-4&7],@X[2]);               # byte swap
620         &pshufb (@X[-3&7],@X[2]);
621         &pshufb (@X[-2&7],@X[2]);
622         &movdqa (&QWP(112-16,"esp"),@X[3]);     # borrow last backtrace slot
623         &pshufb (@X[-1&7],@X[2]);
624         &paddd  (@X[-4&7],@X[3]);               # add K_00_19
625         &paddd  (@X[-3&7],@X[3]);
626         &paddd  (@X[-2&7],@X[3]);
627         &movdqa (&QWP(0,"esp"),@X[-4&7]);       # X[]+K xfer to IALU
628         &psubd  (@X[-4&7],@X[3]);               # restore X[]
629         &movdqa (&QWP(0+16,"esp"),@X[-3&7]);
630         &psubd  (@X[-3&7],@X[3]);
631         &movdqa (&QWP(0+32,"esp"),@X[-2&7]);
632         &mov    (@T[1],$C);
633         &psubd  (@X[-2&7],@X[3]);
634         &xor    (@T[1],$D);
635         &pshufd (@X[0],@X[-4&7],0xee);          # was &movdqa   (@X[0],@X[-3&7]);
636         &and    (@T[0],@T[1]);
637         &jmp    (&label("loop"));
638
639 ######################################################################
640 # SSE instruction sequence is first broken to groups of indepentent
641 # instructions, independent in respect to their inputs and shifter
642 # (not all architectures have more than one). Then IALU instructions
643 # are "knitted in" between the SSE groups. Distance is maintained for
644 # SSE latency of 2 in hope that it fits better upcoming AMD Bulldozer
645 # [which allegedly also implements SSSE3]...
646 #
647 # Temporary registers usage. X[2] is volatile at the entry and at the
648 # end is restored from backtrace ring buffer. X[3] is expected to
649 # contain current K_XX_XX constant and is used to caclulate X[-1]+K
650 # from previous round, it becomes volatile the moment the value is
651 # saved to stack for transfer to IALU. X[4] becomes volatile whenever
652 # X[-4] is accumulated and offloaded to backtrace ring buffer, at the
653 # end it is loaded with next K_XX_XX [which becomes X[3] in next
654 # round]...
655 #
656 sub Xupdate_ssse3_16_31()               # recall that $Xi starts wtih 4
657 { use integer;
658   my $body = shift;
659   my @insns = (&$body,&$body,&$body,&$body);    # 40 instructions
660   my ($a,$b,$c,$d,$e);
661
662          eval(shift(@insns));           # ror
663          eval(shift(@insns));
664          eval(shift(@insns));
665         &punpcklqdq(@X[0],@X[-3&7]);    # compose "X[-14]" in "X[0]", was &palignr(@X[0],@X[-4&7],8);
666         &movdqa (@X[2],@X[-1&7]);
667          eval(shift(@insns));
668          eval(shift(@insns));
669
670           &paddd        (@X[3],@X[-1&7]);
671           &movdqa       (&QWP(64+16*(($Xi-4)%3),"esp"),@X[-4&7]);# save X[] to backtrace buffer
672          eval(shift(@insns));           # rol
673          eval(shift(@insns));
674         &psrldq (@X[2],4);              # "X[-3]", 3 dwords
675          eval(shift(@insns));
676          eval(shift(@insns));
677         &pxor   (@X[0],@X[-4&7]);       # "X[0]"^="X[-16]"
678          eval(shift(@insns));
679          eval(shift(@insns));           # ror
680
681         &pxor   (@X[2],@X[-2&7]);       # "X[-3]"^"X[-8]"
682          eval(shift(@insns));
683          eval(shift(@insns));
684          eval(shift(@insns));
685
686         &pxor   (@X[0],@X[2]);          # "X[0]"^="X[-3]"^"X[-8]"
687          eval(shift(@insns));
688          eval(shift(@insns));           # rol
689           &movdqa       (&QWP(0+16*(($Xi-1)&3),"esp"),@X[3]);   # X[]+K xfer to IALU
690          eval(shift(@insns));
691          eval(shift(@insns));
692
693         &movdqa (@X[4],@X[0]);
694          eval(shift(@insns));
695          eval(shift(@insns));
696          eval(shift(@insns));           # ror
697         &movdqa (@X[2],@X[0]);
698          eval(shift(@insns));
699
700         &pslldq (@X[4],12);             # "X[0]"<<96, extract one dword
701         &paddd  (@X[0],@X[0]);
702          eval(shift(@insns));
703          eval(shift(@insns));
704
705         &psrld  (@X[2],31);
706          eval(shift(@insns));
707          eval(shift(@insns));           # rol
708         &movdqa (@X[3],@X[4]);
709          eval(shift(@insns));
710          eval(shift(@insns));
711          eval(shift(@insns));
712
713         &psrld  (@X[4],30);
714          eval(shift(@insns));
715          eval(shift(@insns));           # ror
716         &por    (@X[0],@X[2]);          # "X[0]"<<<=1
717          eval(shift(@insns));
718           &movdqa       (@X[2],&QWP(64+16*(($Xi-6)%3),"esp")) if ($Xi>5);       # restore X[] from backtrace buffer
719          eval(shift(@insns));
720          eval(shift(@insns));
721
722         &pslld  (@X[3],2);
723          eval(shift(@insns));
724          eval(shift(@insns));           # rol
725         &pxor   (@X[0],@X[4]);
726           &movdqa       (@X[4],&QWP(112-16+16*(($Xi)/5),"esp"));        # K_XX_XX
727          eval(shift(@insns));
728          eval(shift(@insns));
729
730         &pxor   (@X[0],@X[3]);          # "X[0]"^=("X[0]"<<96)<<<2
731           &pshufd       (@X[1],@X[-3&7],0xee)   if ($Xi<7);     # was &movdqa   (@X[1],@X[-2&7])
732           &pshufd       (@X[3],@X[-1&7],0xee)   if ($Xi==7);
733          eval(shift(@insns));
734          eval(shift(@insns));
735
736          foreach (@insns) { eval; }     # remaining instructions [if any]
737
738   $Xi++;        push(@X,shift(@X));     # "rotate" X[]
739 }
740
741 sub Xupdate_ssse3_32_79()
742 { use integer;
743   my $body = shift;
744   my @insns = (&$body,&$body,&$body,&$body);    # 32 to 44 instructions
745   my ($a,$b,$c,$d,$e);
746
747          eval(shift(@insns));           # body_20_39
748         &pxor   (@X[0],@X[-4&7]);       # "X[0]"="X[-32]"^"X[-16]"
749         &punpcklqdq(@X[2],@X[-1&7]);    # compose "X[-6]", was &palignr(@X[2],@X[-2&7],8)
750          eval(shift(@insns));
751          eval(shift(@insns));
752          eval(shift(@insns));           # rol
753
754         &pxor   (@X[0],@X[-7&7]);       # "X[0]"^="X[-28]"
755           &movdqa       (&QWP(64+16*(($Xi-4)%3),"esp"),@X[-4&7]);       # save X[] to backtrace buffer
756          eval(shift(@insns));
757          eval(shift(@insns));
758          eval(shift(@insns))            if (@insns[0] =~ /_rol/);
759          if ($Xi%5) {
760           &movdqa       (@X[4],@X[3]);  # "perpetuate" K_XX_XX...
761          } else {                       # ... or load next one
762           &movdqa       (@X[4],&QWP(112-16+16*($Xi/5),"esp"));
763          }
764          eval(shift(@insns));           # ror
765           &paddd        (@X[3],@X[-1&7]);
766          eval(shift(@insns));
767
768         &pxor   (@X[0],@X[2]);          # "X[0]"^="X[-6]"
769          eval(shift(@insns));           # body_20_39
770          eval(shift(@insns));
771          eval(shift(@insns));
772          eval(shift(@insns));           # rol
773
774         &movdqa (@X[2],@X[0]);
775           &movdqa       (&QWP(0+16*(($Xi-1)&3),"esp"),@X[3]);   # X[]+K xfer to IALU
776          eval(shift(@insns));
777          eval(shift(@insns));
778          eval(shift(@insns));           # ror
779          eval(shift(@insns));
780          eval(shift(@insns))            if (@insns[0] =~ /_rol/);
781
782         &pslld  (@X[0],2);
783          eval(shift(@insns));           # body_20_39
784          eval(shift(@insns));
785         &psrld  (@X[2],30);
786          eval(shift(@insns));
787          eval(shift(@insns));           # rol
788          eval(shift(@insns));
789          eval(shift(@insns));
790          eval(shift(@insns));           # ror
791          eval(shift(@insns));
792          eval(shift(@insns))            if (@insns[1] =~ /_rol/);
793          eval(shift(@insns))            if (@insns[0] =~ /_rol/);
794
795         &por    (@X[0],@X[2]);          # "X[0]"<<<=2
796          eval(shift(@insns));           # body_20_39
797          eval(shift(@insns));
798           &movdqa       (@X[2],&QWP(64+16*(($Xi-6)%3),"esp")) if($Xi<19);       # restore X[] from backtrace buffer
799          eval(shift(@insns));
800          eval(shift(@insns));           # rol
801          eval(shift(@insns));
802          eval(shift(@insns));
803          eval(shift(@insns));           # ror
804           &pshufd       (@X[3],@X[-1],0xee)     if ($Xi<19);    # was &movdqa   (@X[3],@X[0])
805          eval(shift(@insns));
806
807          foreach (@insns) { eval; }     # remaining instructions
808
809   $Xi++;        push(@X,shift(@X));     # "rotate" X[]
810 }
811
812 sub Xuplast_ssse3_80()
813 { use integer;
814   my $body = shift;
815   my @insns = (&$body,&$body,&$body,&$body);    # 32 instructions
816   my ($a,$b,$c,$d,$e);
817
818          eval(shift(@insns));
819          eval(shift(@insns));
820          eval(shift(@insns));
821          eval(shift(@insns));
822          eval(shift(@insns));
823          eval(shift(@insns));
824          eval(shift(@insns));
825           &paddd        (@X[3],@X[-1&7]);
826          eval(shift(@insns));
827          eval(shift(@insns));
828          eval(shift(@insns));
829          eval(shift(@insns));
830
831           &movdqa       (&QWP(0+16*(($Xi-1)&3),"esp"),@X[3]);   # X[]+K xfer IALU
832
833          foreach (@insns) { eval; }             # remaining instructions
834
835         &mov    ($inp=@T[1],&DWP(192+4,"esp"));
836         &cmp    ($inp,&DWP(192+8,"esp"));
837         &je     (&label("done"));
838
839         &movdqa (@X[3],&QWP(112+48,"esp"));     # K_00_19
840         &movdqa (@X[2],&QWP(112+64,"esp"));     # pbswap mask
841         &movdqu (@X[-4&7],&QWP(0,$inp));        # load input
842         &movdqu (@X[-3&7],&QWP(16,$inp));
843         &movdqu (@X[-2&7],&QWP(32,$inp));
844         &movdqu (@X[-1&7],&QWP(48,$inp));
845         &add    ($inp,64);
846         &pshufb (@X[-4&7],@X[2]);               # byte swap
847         &mov    (&DWP(192+4,"esp"),$inp);
848         &movdqa (&QWP(112-16,"esp"),@X[3]);     # borrow last backtrace slot
849
850   $Xi=0;
851 }
852
853 sub Xloop_ssse3()
854 { use integer;
855   my $body = shift;
856   my @insns = (&$body,&$body,&$body,&$body);    # 32 instructions
857   my ($a,$b,$c,$d,$e);
858
859          eval(shift(@insns));
860          eval(shift(@insns));
861          eval(shift(@insns));
862          eval(shift(@insns));
863          eval(shift(@insns));
864          eval(shift(@insns));
865          eval(shift(@insns));
866         &pshufb (@X[($Xi-3)&7],@X[2]);
867          eval(shift(@insns));
868          eval(shift(@insns));
869          eval(shift(@insns));
870          eval(shift(@insns));
871         &paddd  (@X[($Xi-4)&7],@X[3]);
872          eval(shift(@insns));
873          eval(shift(@insns));
874          eval(shift(@insns));
875          eval(shift(@insns));
876         &movdqa (&QWP(0+16*$Xi,"esp"),@X[($Xi-4)&7]);   # X[]+K xfer to IALU
877          eval(shift(@insns));
878          eval(shift(@insns));
879          eval(shift(@insns));
880          eval(shift(@insns));
881         &psubd  (@X[($Xi-4)&7],@X[3]);
882
883         foreach (@insns) { eval; }
884   $Xi++;
885 }
886
887 sub Xtail_ssse3()
888 { use integer;
889   my $body = shift;
890   my @insns = (&$body,&$body,&$body,&$body);    # 32 instructions
891   my ($a,$b,$c,$d,$e);
892
893         foreach (@insns) { eval; }
894 }
895
896 sub body_00_19 () {     # ((c^d)&b)^d
897         # on start @T[0]=(c^d)&b
898         return &body_20_39()    if ($rx==19);   $rx++;
899         (
900         '($a,$b,$c,$d,$e)=@V;'.
901         '&$_ror ($b,$j?7:2);',  # $b>>>2
902         '&xor   (@T[0],$d);',
903         '&mov   (@T[1],$a);',   # $b in next round
904
905         '&add   ($e,&DWP(4*($j&15),"esp"));',   # X[]+K xfer
906         '&xor   ($b,$c);',      # $c^$d for next round
907
908         '&$_rol ($a,5);',
909         '&add   ($e,@T[0]);',
910         '&and   (@T[1],$b);',   # ($b&($c^$d)) for next round
911
912         '&xor   ($b,$c);',      # restore $b
913         '&add   ($e,$a);'       .'$j++; unshift(@V,pop(@V)); unshift(@T,pop(@T));'
914         );
915 }
916
917 sub body_20_39 () {     # b^d^c
918         # on entry @T[0]=b^d
919         return &body_40_59()    if ($rx==39);   $rx++;
920         (
921         '($a,$b,$c,$d,$e)=@V;'.
922         '&add   ($e,&DWP(4*($j&15),"esp"));',   # X[]+K xfer
923         '&xor   (@T[0],$d)      if($j==19);'.
924         '&xor   (@T[0],$c)      if($j> 19);',   # ($b^$d^$c)
925         '&mov   (@T[1],$a);',   # $b in next round
926
927         '&$_rol ($a,5);',
928         '&add   ($e,@T[0]);',
929         '&xor   (@T[1],$c)      if ($j< 79);',  # $b^$d for next round
930
931         '&$_ror ($b,7);',       # $b>>>2
932         '&add   ($e,$a);'       .'$j++; unshift(@V,pop(@V)); unshift(@T,pop(@T));'
933         );
934 }
935
936 sub body_40_59 () {     # ((b^c)&(c^d))^c
937         # on entry @T[0]=(b^c), (c^=d)
938         $rx++;
939         (
940         '($a,$b,$c,$d,$e)=@V;'.
941         '&add   ($e,&DWP(4*($j&15),"esp"));',   # X[]+K xfer
942         '&and   (@T[0],$c)      if ($j>=40);',  # (b^c)&(c^d)
943         '&xor   ($c,$d)         if ($j>=40);',  # restore $c
944
945         '&$_ror ($b,7);',       # $b>>>2
946         '&mov   (@T[1],$a);',   # $b for next round
947         '&xor   (@T[0],$c);',
948
949         '&$_rol ($a,5);',
950         '&add   ($e,@T[0]);',
951         '&xor   (@T[1],$c)      if ($j==59);'.
952         '&xor   (@T[1],$b)      if ($j< 59);',  # b^c for next round
953
954         '&xor   ($b,$c)         if ($j< 59);',  # c^d for next round
955         '&add   ($e,$a);'       .'$j++; unshift(@V,pop(@V)); unshift(@T,pop(@T));'
956         );
957 }
958 ######
959 sub bodyx_00_19 () {    # ((c^d)&b)^d
960         # on start @T[0]=(b&c)^(~b&d), $e+=X[]+K
961         return &bodyx_20_39()   if ($rx==19);   $rx++;
962         (
963         '($a,$b,$c,$d,$e)=@V;'.
964
965         '&rorx  ($b,$b,2)                       if ($j==0);'.   # $b>>>2
966         '&rorx  ($b,@T[1],7)                    if ($j!=0);',   # $b>>>2
967         '&lea   ($e,&DWP(0,$e,@T[0]));',
968         '&rorx  (@T[0],$a,5);',
969
970         '&andn  (@T[1],$a,$c);',
971         '&and   ($a,$b)',
972         '&add   ($d,&DWP(4*(($j+1)&15),"esp"));',       # X[]+K xfer
973
974         '&xor   (@T[1],$a)',
975         '&add   ($e,@T[0]);'    .'$j++; unshift(@V,pop(@V)); unshift(@T,pop(@T));'
976         );
977 }
978
979 sub bodyx_20_39 () {    # b^d^c
980         # on start $b=b^c^d
981         return &bodyx_40_59()   if ($rx==39);   $rx++;
982         (
983         '($a,$b,$c,$d,$e)=@V;'.
984
985         '&add   ($e,($j==19?@T[0]:$b))',
986         '&rorx  ($b,@T[1],7);', # $b>>>2
987         '&rorx  (@T[0],$a,5);',
988
989         '&xor   ($a,$b)                         if ($j<79);',
990         '&add   ($d,&DWP(4*(($j+1)&15),"esp"))  if ($j<79);',   # X[]+K xfer
991         '&xor   ($a,$c)                         if ($j<79);',
992         '&add   ($e,@T[0]);'    .'$j++; unshift(@V,pop(@V)); unshift(@T,pop(@T));'
993         );
994 }
995
996 sub bodyx_40_59 () {    # ((b^c)&(c^d))^c
997         # on start $b=((b^c)&(c^d))^c
998         return &bodyx_20_39()   if ($rx==59);   $rx++;
999         (
1000         '($a,$b,$c,$d,$e)=@V;'.
1001
1002         '&rorx  (@T[0],$a,5)',
1003         '&lea   ($e,&DWP(0,$e,$b))',
1004         '&rorx  ($b,@T[1],7)',  # $b>>>2
1005         '&add   ($d,&DWP(4*(($j+1)&15),"esp"))',        # X[]+K xfer
1006
1007         '&mov   (@T[1],$c)',
1008         '&xor   ($a,$b)',       # b^c for next round
1009         '&xor   (@T[1],$b)',    # c^d for next round
1010
1011         '&and   ($a,@T[1])',
1012         '&add   ($e,@T[0])',
1013         '&xor   ($a,$b)'        .'$j++; unshift(@V,pop(@V)); unshift(@T,pop(@T));'
1014         );
1015 }
1016
1017 &set_label("loop",16);
1018         &Xupdate_ssse3_16_31(\&body_00_19);
1019         &Xupdate_ssse3_16_31(\&body_00_19);
1020         &Xupdate_ssse3_16_31(\&body_00_19);
1021         &Xupdate_ssse3_16_31(\&body_00_19);
1022         &Xupdate_ssse3_32_79(\&body_00_19);
1023         &Xupdate_ssse3_32_79(\&body_20_39);
1024         &Xupdate_ssse3_32_79(\&body_20_39);
1025         &Xupdate_ssse3_32_79(\&body_20_39);
1026         &Xupdate_ssse3_32_79(\&body_20_39);
1027         &Xupdate_ssse3_32_79(\&body_20_39);
1028         &Xupdate_ssse3_32_79(\&body_40_59);
1029         &Xupdate_ssse3_32_79(\&body_40_59);
1030         &Xupdate_ssse3_32_79(\&body_40_59);
1031         &Xupdate_ssse3_32_79(\&body_40_59);
1032         &Xupdate_ssse3_32_79(\&body_40_59);
1033         &Xupdate_ssse3_32_79(\&body_20_39);
1034         &Xuplast_ssse3_80(\&body_20_39);        # can jump to "done"
1035
1036                                 $saved_j=$j; @saved_V=@V;
1037
1038         &Xloop_ssse3(\&body_20_39);
1039         &Xloop_ssse3(\&body_20_39);
1040         &Xloop_ssse3(\&body_20_39);
1041
1042         &mov    (@T[1],&DWP(192,"esp"));        # update context
1043         &add    ($A,&DWP(0,@T[1]));
1044         &add    (@T[0],&DWP(4,@T[1]));          # $b
1045         &add    ($C,&DWP(8,@T[1]));
1046         &mov    (&DWP(0,@T[1]),$A);
1047         &add    ($D,&DWP(12,@T[1]));
1048         &mov    (&DWP(4,@T[1]),@T[0]);
1049         &add    ($E,&DWP(16,@T[1]));
1050         &mov    (&DWP(8,@T[1]),$C);
1051         &mov    ($B,$C);
1052         &mov    (&DWP(12,@T[1]),$D);
1053         &xor    ($B,$D);
1054         &mov    (&DWP(16,@T[1]),$E);
1055         &mov    (@T[1],@T[0]);
1056         &pshufd (@X[0],@X[-4&7],0xee);          # was &movdqa   (@X[0],@X[-3&7]);
1057         &and    (@T[0],$B);
1058         &mov    ($B,$T[1]);
1059
1060         &jmp    (&label("loop"));
1061
1062 &set_label("done",16);          $j=$saved_j; @V=@saved_V;
1063
1064         &Xtail_ssse3(\&body_20_39);
1065         &Xtail_ssse3(\&body_20_39);
1066         &Xtail_ssse3(\&body_20_39);
1067
1068         &mov    (@T[1],&DWP(192,"esp"));        # update context
1069         &add    ($A,&DWP(0,@T[1]));
1070         &mov    ("esp",&DWP(192+12,"esp"));     # restore %esp
1071         &add    (@T[0],&DWP(4,@T[1]));          # $b
1072         &add    ($C,&DWP(8,@T[1]));
1073         &mov    (&DWP(0,@T[1]),$A);
1074         &add    ($D,&DWP(12,@T[1]));
1075         &mov    (&DWP(4,@T[1]),@T[0]);
1076         &add    ($E,&DWP(16,@T[1]));
1077         &mov    (&DWP(8,@T[1]),$C);
1078         &mov    (&DWP(12,@T[1]),$D);
1079         &mov    (&DWP(16,@T[1]),$E);
1080
1081 &function_end("_sha1_block_data_order_ssse3");
1082
1083 $rx=0;  # reset
1084
1085 if ($ymm) {
1086 my $Xi=4;                       # 4xSIMD Xupdate round, start pre-seeded
1087 my @X=map("xmm$_",(4..7,0..3)); # pre-seeded for $Xi=4
1088 my @V=($A,$B,$C,$D,$E);
1089 my $j=0;                        # hash round
1090 my @T=($T,$tmp1);
1091 my $inp;
1092
1093 my $_rol=sub { &shld(@_[0],@_) };
1094 my $_ror=sub { &shrd(@_[0],@_) };
1095
1096 &function_begin("_sha1_block_data_order_avx");
1097         &call   (&label("pic_point"));  # make it PIC!
1098         &set_label("pic_point");
1099         &blindpop($tmp1);
1100         &lea    ($tmp1,&DWP(&label("K_XX_XX")."-".&label("pic_point"),$tmp1));
1101 &set_label("avx_shortcut");
1102         &vzeroall();
1103
1104         &vmovdqa(@X[3],&QWP(0,$tmp1));          # K_00_19
1105         &vmovdqa(@X[4],&QWP(16,$tmp1));         # K_20_39
1106         &vmovdqa(@X[5],&QWP(32,$tmp1));         # K_40_59
1107         &vmovdqa(@X[6],&QWP(48,$tmp1));         # K_60_79
1108         &vmovdqa(@X[2],&QWP(64,$tmp1));         # pbswap mask
1109
1110         &mov    ($E,&wparam(0));                # load argument block
1111         &mov    ($inp=@T[1],&wparam(1));
1112         &mov    ($D,&wparam(2));
1113         &mov    (@T[0],"esp");
1114
1115         # stack frame layout
1116         #
1117         # +0    X[0]+K  X[1]+K  X[2]+K  X[3]+K  # XMM->IALU xfer area
1118         #       X[4]+K  X[5]+K  X[6]+K  X[7]+K
1119         #       X[8]+K  X[9]+K  X[10]+K X[11]+K
1120         #       X[12]+K X[13]+K X[14]+K X[15]+K
1121         #
1122         # +64   X[0]    X[1]    X[2]    X[3]    # XMM->XMM backtrace area
1123         #       X[4]    X[5]    X[6]    X[7]
1124         #       X[8]    X[9]    X[10]   X[11]   # even borrowed for K_00_19
1125         #
1126         # +112  K_20_39 K_20_39 K_20_39 K_20_39 # constants
1127         #       K_40_59 K_40_59 K_40_59 K_40_59
1128         #       K_60_79 K_60_79 K_60_79 K_60_79
1129         #       K_00_19 K_00_19 K_00_19 K_00_19
1130         #       pbswap mask
1131         #
1132         # +192  ctx                             # argument block
1133         # +196  inp
1134         # +200  end
1135         # +204  esp
1136         &sub    ("esp",208);
1137         &and    ("esp",-64);
1138
1139         &vmovdqa(&QWP(112+0,"esp"),@X[4]);      # copy constants
1140         &vmovdqa(&QWP(112+16,"esp"),@X[5]);
1141         &vmovdqa(&QWP(112+32,"esp"),@X[6]);
1142         &shl    ($D,6);                         # len*64
1143         &vmovdqa(&QWP(112+48,"esp"),@X[3]);
1144         &add    ($D,$inp);                      # end of input
1145         &vmovdqa(&QWP(112+64,"esp"),@X[2]);
1146         &add    ($inp,64);
1147         &mov    (&DWP(192+0,"esp"),$E);         # save argument block
1148         &mov    (&DWP(192+4,"esp"),$inp);
1149         &mov    (&DWP(192+8,"esp"),$D);
1150         &mov    (&DWP(192+12,"esp"),@T[0]);     # save original %esp
1151
1152         &mov    ($A,&DWP(0,$E));                # load context
1153         &mov    ($B,&DWP(4,$E));
1154         &mov    ($C,&DWP(8,$E));
1155         &mov    ($D,&DWP(12,$E));
1156         &mov    ($E,&DWP(16,$E));
1157         &mov    (@T[0],$B);                     # magic seed
1158
1159         &vmovdqu(@X[-4&7],&QWP(-64,$inp));      # load input to %xmm[0-3]
1160         &vmovdqu(@X[-3&7],&QWP(-48,$inp));
1161         &vmovdqu(@X[-2&7],&QWP(-32,$inp));
1162         &vmovdqu(@X[-1&7],&QWP(-16,$inp));
1163         &vpshufb(@X[-4&7],@X[-4&7],@X[2]);      # byte swap
1164         &vpshufb(@X[-3&7],@X[-3&7],@X[2]);
1165         &vpshufb(@X[-2&7],@X[-2&7],@X[2]);
1166         &vmovdqa(&QWP(112-16,"esp"),@X[3]);     # borrow last backtrace slot
1167         &vpshufb(@X[-1&7],@X[-1&7],@X[2]);
1168         &vpaddd (@X[0],@X[-4&7],@X[3]);         # add K_00_19
1169         &vpaddd (@X[1],@X[-3&7],@X[3]);
1170         &vpaddd (@X[2],@X[-2&7],@X[3]);
1171         &vmovdqa(&QWP(0,"esp"),@X[0]);          # X[]+K xfer to IALU
1172         &mov    (@T[1],$C);
1173         &vmovdqa(&QWP(0+16,"esp"),@X[1]);
1174         &xor    (@T[1],$D);
1175         &vmovdqa(&QWP(0+32,"esp"),@X[2]);
1176         &and    (@T[0],@T[1]);
1177         &jmp    (&label("loop"));
1178
1179 sub Xupdate_avx_16_31()         # recall that $Xi starts wtih 4
1180 { use integer;
1181   my $body = shift;
1182   my @insns = (&$body,&$body,&$body,&$body);    # 40 instructions
1183   my ($a,$b,$c,$d,$e);
1184
1185          eval(shift(@insns));
1186          eval(shift(@insns));
1187         &vpalignr(@X[0],@X[-3&7],@X[-4&7],8);   # compose "X[-14]" in "X[0]"
1188          eval(shift(@insns));
1189          eval(shift(@insns));
1190
1191           &vpaddd       (@X[3],@X[3],@X[-1&7]);
1192           &vmovdqa      (&QWP(64+16*(($Xi-4)%3),"esp"),@X[-4&7]);# save X[] to backtrace buffer
1193          eval(shift(@insns));
1194          eval(shift(@insns));
1195         &vpsrldq(@X[2],@X[-1&7],4);             # "X[-3]", 3 dwords
1196          eval(shift(@insns));
1197          eval(shift(@insns));
1198         &vpxor  (@X[0],@X[0],@X[-4&7]);         # "X[0]"^="X[-16]"
1199          eval(shift(@insns));
1200          eval(shift(@insns));
1201
1202         &vpxor  (@X[2],@X[2],@X[-2&7]);         # "X[-3]"^"X[-8]"
1203          eval(shift(@insns));
1204          eval(shift(@insns));
1205           &vmovdqa      (&QWP(0+16*(($Xi-1)&3),"esp"),@X[3]);   # X[]+K xfer to IALU
1206          eval(shift(@insns));
1207          eval(shift(@insns));
1208
1209         &vpxor  (@X[0],@X[0],@X[2]);            # "X[0]"^="X[-3]"^"X[-8]"
1210          eval(shift(@insns));
1211          eval(shift(@insns));
1212          eval(shift(@insns));
1213          eval(shift(@insns));
1214
1215         &vpsrld (@X[2],@X[0],31);
1216          eval(shift(@insns));
1217          eval(shift(@insns));
1218          eval(shift(@insns));
1219          eval(shift(@insns));
1220
1221         &vpslldq(@X[4],@X[0],12);               # "X[0]"<<96, extract one dword
1222         &vpaddd (@X[0],@X[0],@X[0]);
1223          eval(shift(@insns));
1224          eval(shift(@insns));
1225          eval(shift(@insns));
1226          eval(shift(@insns));
1227
1228         &vpsrld (@X[3],@X[4],30);
1229         &vpor   (@X[0],@X[0],@X[2]);            # "X[0]"<<<=1
1230          eval(shift(@insns));
1231          eval(shift(@insns));
1232          eval(shift(@insns));
1233          eval(shift(@insns));
1234
1235         &vpslld (@X[4],@X[4],2);
1236           &vmovdqa      (@X[2],&QWP(64+16*(($Xi-6)%3),"esp")) if ($Xi>5);       # restore X[] from backtrace buffer
1237          eval(shift(@insns));
1238          eval(shift(@insns));
1239         &vpxor  (@X[0],@X[0],@X[3]);
1240          eval(shift(@insns));
1241          eval(shift(@insns));
1242          eval(shift(@insns));
1243          eval(shift(@insns));
1244
1245         &vpxor  (@X[0],@X[0],@X[4]);            # "X[0]"^=("X[0]"<<96)<<<2
1246          eval(shift(@insns));
1247          eval(shift(@insns));
1248           &vmovdqa      (@X[4],&QWP(112-16+16*(($Xi)/5),"esp"));        # K_XX_XX
1249          eval(shift(@insns));
1250          eval(shift(@insns));
1251
1252          foreach (@insns) { eval; }     # remaining instructions [if any]
1253
1254   $Xi++;        push(@X,shift(@X));     # "rotate" X[]
1255 }
1256
1257 sub Xupdate_avx_32_79()
1258 { use integer;
1259   my $body = shift;
1260   my @insns = (&$body,&$body,&$body,&$body);    # 32 to 44 instructions
1261   my ($a,$b,$c,$d,$e);
1262
1263         &vpalignr(@X[2],@X[-1&7],@X[-2&7],8);   # compose "X[-6]"
1264         &vpxor  (@X[0],@X[0],@X[-4&7]); # "X[0]"="X[-32]"^"X[-16]"
1265          eval(shift(@insns));           # body_20_39
1266          eval(shift(@insns));
1267          eval(shift(@insns));
1268          eval(shift(@insns));           # rol
1269
1270         &vpxor  (@X[0],@X[0],@X[-7&7]); # "X[0]"^="X[-28]"
1271           &vmovdqa      (&QWP(64+16*(($Xi-4)%3),"esp"),@X[-4&7]);       # save X[] to backtrace buffer
1272          eval(shift(@insns));
1273          eval(shift(@insns));
1274          if ($Xi%5) {
1275           &vmovdqa      (@X[4],@X[3]);  # "perpetuate" K_XX_XX...
1276          } else {                       # ... or load next one
1277           &vmovdqa      (@X[4],&QWP(112-16+16*($Xi/5),"esp"));
1278          }
1279           &vpaddd       (@X[3],@X[3],@X[-1&7]);
1280          eval(shift(@insns));           # ror
1281          eval(shift(@insns));
1282
1283         &vpxor  (@X[0],@X[0],@X[2]);            # "X[0]"^="X[-6]"
1284          eval(shift(@insns));           # body_20_39
1285          eval(shift(@insns));
1286          eval(shift(@insns));
1287          eval(shift(@insns));           # rol
1288
1289         &vpsrld (@X[2],@X[0],30);
1290           &vmovdqa      (&QWP(0+16*(($Xi-1)&3),"esp"),@X[3]);   # X[]+K xfer to IALU
1291          eval(shift(@insns));
1292          eval(shift(@insns));
1293          eval(shift(@insns));           # ror
1294          eval(shift(@insns));
1295
1296         &vpslld (@X[0],@X[0],2);
1297          eval(shift(@insns));           # body_20_39
1298          eval(shift(@insns));
1299          eval(shift(@insns));
1300          eval(shift(@insns));           # rol
1301          eval(shift(@insns));
1302          eval(shift(@insns));
1303          eval(shift(@insns));           # ror
1304          eval(shift(@insns));
1305
1306         &vpor   (@X[0],@X[0],@X[2]);    # "X[0]"<<<=2
1307          eval(shift(@insns));           # body_20_39
1308          eval(shift(@insns));
1309           &vmovdqa      (@X[2],&QWP(64+16*(($Xi-6)%3),"esp")) if($Xi<19);       # restore X[] from backtrace buffer
1310          eval(shift(@insns));
1311          eval(shift(@insns));           # rol
1312          eval(shift(@insns));
1313          eval(shift(@insns));
1314          eval(shift(@insns));           # ror
1315          eval(shift(@insns));
1316
1317          foreach (@insns) { eval; }     # remaining instructions
1318
1319   $Xi++;        push(@X,shift(@X));     # "rotate" X[]
1320 }
1321
1322 sub Xuplast_avx_80()
1323 { use integer;
1324   my $body = shift;
1325   my @insns = (&$body,&$body,&$body,&$body);    # 32 instructions
1326   my ($a,$b,$c,$d,$e);
1327
1328          eval(shift(@insns));
1329           &vpaddd       (@X[3],@X[3],@X[-1&7]);
1330          eval(shift(@insns));
1331          eval(shift(@insns));
1332          eval(shift(@insns));
1333          eval(shift(@insns));
1334
1335           &vmovdqa      (&QWP(0+16*(($Xi-1)&3),"esp"),@X[3]);   # X[]+K xfer IALU
1336
1337          foreach (@insns) { eval; }             # remaining instructions
1338
1339         &mov    ($inp=@T[1],&DWP(192+4,"esp"));
1340         &cmp    ($inp,&DWP(192+8,"esp"));
1341         &je     (&label("done"));
1342
1343         &vmovdqa(@X[3],&QWP(112+48,"esp"));     # K_00_19
1344         &vmovdqa(@X[2],&QWP(112+64,"esp"));     # pbswap mask
1345         &vmovdqu(@X[-4&7],&QWP(0,$inp));        # load input
1346         &vmovdqu(@X[-3&7],&QWP(16,$inp));
1347         &vmovdqu(@X[-2&7],&QWP(32,$inp));
1348         &vmovdqu(@X[-1&7],&QWP(48,$inp));
1349         &add    ($inp,64);
1350         &vpshufb(@X[-4&7],@X[-4&7],@X[2]);              # byte swap
1351         &mov    (&DWP(192+4,"esp"),$inp);
1352         &vmovdqa(&QWP(112-16,"esp"),@X[3]);     # borrow last backtrace slot
1353
1354   $Xi=0;
1355 }
1356
1357 sub Xloop_avx()
1358 { use integer;
1359   my $body = shift;
1360   my @insns = (&$body,&$body,&$body,&$body);    # 32 instructions
1361   my ($a,$b,$c,$d,$e);
1362
1363          eval(shift(@insns));
1364          eval(shift(@insns));
1365         &vpshufb        (@X[($Xi-3)&7],@X[($Xi-3)&7],@X[2]);
1366          eval(shift(@insns));
1367          eval(shift(@insns));
1368         &vpaddd (@X[$Xi&7],@X[($Xi-4)&7],@X[3]);
1369          eval(shift(@insns));
1370          eval(shift(@insns));
1371          eval(shift(@insns));
1372          eval(shift(@insns));
1373         &vmovdqa        (&QWP(0+16*$Xi,"esp"),@X[$Xi&7]);       # X[]+K xfer to IALU
1374          eval(shift(@insns));
1375          eval(shift(@insns));
1376
1377         foreach (@insns) { eval; }
1378   $Xi++;
1379 }
1380
1381 sub Xtail_avx()
1382 { use integer;
1383   my $body = shift;
1384   my @insns = (&$body,&$body,&$body,&$body);    # 32 instructions
1385   my ($a,$b,$c,$d,$e);
1386
1387         foreach (@insns) { eval; }
1388 }
1389
1390 &set_label("loop",16);
1391         &Xupdate_avx_16_31(\&body_00_19);
1392         &Xupdate_avx_16_31(\&body_00_19);
1393         &Xupdate_avx_16_31(\&body_00_19);
1394         &Xupdate_avx_16_31(\&body_00_19);
1395         &Xupdate_avx_32_79(\&body_00_19);
1396         &Xupdate_avx_32_79(\&body_20_39);
1397         &Xupdate_avx_32_79(\&body_20_39);
1398         &Xupdate_avx_32_79(\&body_20_39);
1399         &Xupdate_avx_32_79(\&body_20_39);
1400         &Xupdate_avx_32_79(\&body_20_39);
1401         &Xupdate_avx_32_79(\&body_40_59);
1402         &Xupdate_avx_32_79(\&body_40_59);
1403         &Xupdate_avx_32_79(\&body_40_59);
1404         &Xupdate_avx_32_79(\&body_40_59);
1405         &Xupdate_avx_32_79(\&body_40_59);
1406         &Xupdate_avx_32_79(\&body_20_39);
1407         &Xuplast_avx_80(\&body_20_39);  # can jump to "done"
1408
1409                                 $saved_j=$j; @saved_V=@V;
1410
1411         &Xloop_avx(\&body_20_39);
1412         &Xloop_avx(\&body_20_39);
1413         &Xloop_avx(\&body_20_39);
1414
1415         &mov    (@T[1],&DWP(192,"esp"));        # update context
1416         &add    ($A,&DWP(0,@T[1]));
1417         &add    (@T[0],&DWP(4,@T[1]));          # $b
1418         &add    ($C,&DWP(8,@T[1]));
1419         &mov    (&DWP(0,@T[1]),$A);
1420         &add    ($D,&DWP(12,@T[1]));
1421         &mov    (&DWP(4,@T[1]),@T[0]);
1422         &add    ($E,&DWP(16,@T[1]));
1423         &mov    ($B,$C);
1424         &mov    (&DWP(8,@T[1]),$C);
1425         &xor    ($B,$D);
1426         &mov    (&DWP(12,@T[1]),$D);
1427         &mov    (&DWP(16,@T[1]),$E);
1428         &mov    (@T[1],@T[0]);
1429         &and    (@T[0],$B);
1430         &mov    ($B,@T[1]);
1431
1432         &jmp    (&label("loop"));
1433
1434 &set_label("done",16);          $j=$saved_j; @V=@saved_V;
1435
1436         &Xtail_avx(\&body_20_39);
1437         &Xtail_avx(\&body_20_39);
1438         &Xtail_avx(\&body_20_39);
1439
1440         &vzeroall();
1441
1442         &mov    (@T[1],&DWP(192,"esp"));        # update context
1443         &add    ($A,&DWP(0,@T[1]));
1444         &mov    ("esp",&DWP(192+12,"esp"));     # restore %esp
1445         &add    (@T[0],&DWP(4,@T[1]));          # $b
1446         &add    ($C,&DWP(8,@T[1]));
1447         &mov    (&DWP(0,@T[1]),$A);
1448         &add    ($D,&DWP(12,@T[1]));
1449         &mov    (&DWP(4,@T[1]),@T[0]);
1450         &add    ($E,&DWP(16,@T[1]));
1451         &mov    (&DWP(8,@T[1]),$C);
1452         &mov    (&DWP(12,@T[1]),$D);
1453         &mov    (&DWP(16,@T[1]),$E);
1454 &function_end("_sha1_block_data_order_avx");
1455 }
1456 &set_label("K_XX_XX",64);
1457 &data_word(0x5a827999,0x5a827999,0x5a827999,0x5a827999);        # K_00_19
1458 &data_word(0x6ed9eba1,0x6ed9eba1,0x6ed9eba1,0x6ed9eba1);        # K_20_39
1459 &data_word(0x8f1bbcdc,0x8f1bbcdc,0x8f1bbcdc,0x8f1bbcdc);        # K_40_59
1460 &data_word(0xca62c1d6,0xca62c1d6,0xca62c1d6,0xca62c1d6);        # K_60_79
1461 &data_word(0x00010203,0x04050607,0x08090a0b,0x0c0d0e0f);        # pbswap mask
1462 &data_byte(0xf,0xe,0xd,0xc,0xb,0xa,0x9,0x8,0x7,0x6,0x5,0x4,0x3,0x2,0x1,0x0);
1463 }
1464 &asciz("SHA1 block transform for x86, CRYPTOGAMS by <appro\@openssl.org>");
1465
1466 &asm_finish();