aaf9c57875ed9b9d6ca778d1cfcedcdef94d6a02
[openssl.git] / crypto / sha / asm / sha512-x86_64.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 # sha256/512_block procedure for x86_64.
10 #
11 # 40% improvement over compiler-generated code on Opteron. On EM64T
12 # sha256 was observed to run >80% faster and sha512 - >40%. No magical
13 # tricks, just straight implementation... I really wonder why gcc
14 # [being armed with inline assembler] fails to generate as fast code.
15 # The only thing which is cool about this module is that it's very
16 # same instruction sequence used for both SHA-256 and SHA-512. In
17 # former case the instructions operate on 32-bit operands, while in
18 # latter - on 64-bit ones. All I had to do is to get one flavor right,
19 # the other one passed the test right away:-)
20 #
21 # sha256_block runs in ~1005 cycles on Opteron, which gives you
22 # asymptotic performance of 64*1000/1005=63.7MBps times CPU clock
23 # frequency in GHz. sha512_block runs in ~1275 cycles, which results
24 # in 128*1000/1275=100MBps per GHz. Is there room for improvement?
25 # Well, if you compare it to IA-64 implementation, which maintains
26 # X[16] in register bank[!], tends to 4 instructions per CPU clock
27 # cycle and runs in 1003 cycles, 1275 is very good result for 3-way
28 # issue Opteron pipeline and X[16] maintained in memory. So that *if*
29 # there is a way to improve it, *then* the only way would be to try to
30 # offload X[16] updates to SSE unit, but that would require "deeper"
31 # loop unroll, which in turn would naturally cause size blow-up, not
32 # to mention increased complexity! And once again, only *if* it's
33 # actually possible to noticeably improve overall ILP, instruction
34 # level parallelism, on a given CPU implementation in this case.
35 #
36 # Special note on Intel EM64T. While Opteron CPU exhibits perfect
37 # perfromance ratio of 1.5 between 64- and 32-bit flavors [see above],
38 # [currently available] EM64T CPUs apparently are far from it. On the
39 # contrary, 64-bit version, sha512_block, is ~30% *slower* than 32-bit
40 # sha256_block:-( This is presumably because 64-bit shifts/rotates
41 # apparently are not atomic instructions, but implemented in microcode.
42
43 $flavour = shift;
44 $output  = shift;
45 if ($flavour =~ /\./) { $output = $flavour; undef $flavour; }
46
47 $win64=0; $win64=1 if ($flavour =~ /[nm]asm|mingw64/ || $output =~ /\.asm$/);
48
49 $0 =~ m/(.*[\/\\])[^\/\\]+$/; $dir=$1;
50 ( $xlate="${dir}x86_64-xlate.pl" and -f $xlate ) or
51 ( $xlate="${dir}../../perlasm/x86_64-xlate.pl" and -f $xlate) or
52 die "can't locate x86_64-xlate.pl";
53
54 open STDOUT,"| $^X $xlate $flavour $output";
55
56 if ($output =~ /512/) {
57         $func="sha512_block_data_order";
58         $TABLE="K512";
59         $SZ=8;
60         @ROT=($A,$B,$C,$D,$E,$F,$G,$H)=("%rax","%rbx","%rcx","%rdx",
61                                         "%r8", "%r9", "%r10","%r11");
62         ($T1,$a0,$a1,$a2)=("%r12","%r13","%r14","%r15");
63         @Sigma0=(28,34,39);
64         @Sigma1=(14,18,41);
65         @sigma0=(1,  8, 7);
66         @sigma1=(19,61, 6);
67         $rounds=80;
68 } else {
69         $func="sha256_block_data_order";
70         $TABLE="K256";
71         $SZ=4;
72         @ROT=($A,$B,$C,$D,$E,$F,$G,$H)=("%eax","%ebx","%ecx","%edx",
73                                         "%r8d","%r9d","%r10d","%r11d");
74         ($T1,$a0,$a1,$a2)=("%r12d","%r13d","%r14d","%r15d");
75         @Sigma0=( 2,13,22);
76         @Sigma1=( 6,11,25);
77         @sigma0=( 7,18, 3);
78         @sigma1=(17,19,10);
79         $rounds=64;
80 }
81
82 $ctx="%rdi";    # 1st arg
83 $round="%rdi";  # zaps $ctx
84 $inp="%rsi";    # 2nd arg
85 $Tbl="%rbp";
86
87 $_ctx="16*$SZ+0*8(%rsp)";
88 $_inp="16*$SZ+1*8(%rsp)";
89 $_end="16*$SZ+2*8(%rsp)";
90 $_rsp="16*$SZ+3*8(%rsp)";
91 $framesz="16*$SZ+4*8";
92
93
94 sub ROUND_00_15()
95 { my ($i,$a,$b,$c,$d,$e,$f,$g,$h) = @_;
96
97 $code.=<<___;
98         mov     $e,$a0
99         mov     $e,$a1
100         mov     $f,$a2
101
102         ror     \$$Sigma1[0],$a0
103         ror     \$$Sigma1[1],$a1
104         xor     $g,$a2                  # f^g
105
106         xor     $a1,$a0
107         ror     \$`$Sigma1[2]-$Sigma1[1]`,$a1
108         and     $e,$a2                  # (f^g)&e
109         mov     $T1,`$SZ*($i&0xf)`(%rsp)
110
111         xor     $a1,$a0                 # Sigma1(e)
112         xor     $g,$a2                  # Ch(e,f,g)=((f^g)&e)^g
113         add     $h,$T1                  # T1+=h
114
115         mov     $a,$h
116         add     $a0,$T1                 # T1+=Sigma1(e)
117
118         add     $a2,$T1                 # T1+=Ch(e,f,g)
119         mov     $a,$a0
120         mov     $a,$a1
121
122         ror     \$$Sigma0[0],$h
123         ror     \$$Sigma0[1],$a0
124         mov     $a,$a2
125         add     ($Tbl,$round,$SZ),$T1   # T1+=K[round]
126
127         xor     $a0,$h
128         ror     \$`$Sigma0[2]-$Sigma0[1]`,$a0
129         or      $c,$a1                  # a|c
130
131         xor     $a0,$h                  # h=Sigma0(a)
132         and     $c,$a2                  # a&c
133         add     $T1,$d                  # d+=T1
134
135         and     $b,$a1                  # (a|c)&b
136         add     $T1,$h                  # h+=T1
137
138         or      $a2,$a1                 # Maj(a,b,c)=((a|c)&b)|(a&c)
139         lea     1($round),$round        # round++
140
141         add     $a1,$h                  # h+=Maj(a,b,c)
142 ___
143 }
144
145 sub ROUND_16_XX()
146 { my ($i,$a,$b,$c,$d,$e,$f,$g,$h) = @_;
147
148 $code.=<<___;
149         mov     `$SZ*(($i+1)&0xf)`(%rsp),$a0
150         mov     `$SZ*(($i+14)&0xf)`(%rsp),$T1
151
152         mov     $a0,$a2
153
154         shr     \$$sigma0[2],$a0
155         ror     \$$sigma0[0],$a2
156
157         xor     $a2,$a0
158         ror     \$`$sigma0[1]-$sigma0[0]`,$a2
159
160         xor     $a2,$a0                 # sigma0(X[(i+1)&0xf])
161         mov     $T1,$a1
162
163         shr     \$$sigma1[2],$T1
164         ror     \$$sigma1[0],$a1
165
166         xor     $a1,$T1
167         ror     \$`$sigma1[1]-$sigma1[0]`,$a1
168
169         xor     $a1,$T1                 # sigma1(X[(i+14)&0xf])
170
171         add     $a0,$T1
172
173         add     `$SZ*(($i+9)&0xf)`(%rsp),$T1
174
175         add     `$SZ*($i&0xf)`(%rsp),$T1
176 ___
177         &ROUND_00_15(@_);
178 }
179
180 $code=<<___;
181 .section .note.GNU-stack,"",\@progbits
182
183 .text
184
185 .globl  $func
186 .type   $func,\@function,4
187 .align  16
188 $func:
189         push    %rbx
190         push    %rbp
191         push    %r12
192         push    %r13
193         push    %r14
194         push    %r15
195         mov     %rsp,%r11               # copy %rsp
196         shl     \$4,%rdx                # num*16
197         sub     \$$framesz,%rsp
198         lea     ($inp,%rdx,$SZ),%rdx    # inp+num*16*$SZ
199         and     \$-64,%rsp              # align stack frame
200         mov     $ctx,$_ctx              # save ctx, 1st arg
201         mov     $inp,$_inp              # save inp, 2nd arh
202         mov     %rdx,$_end              # save end pointer, "3rd" arg
203         mov     %r11,$_rsp              # save copy of %rsp
204 .Lprologue:
205
206         lea     $TABLE(%rip),$Tbl
207
208         mov     $SZ*0($ctx),$A
209         mov     $SZ*1($ctx),$B
210         mov     $SZ*2($ctx),$C
211         mov     $SZ*3($ctx),$D
212         mov     $SZ*4($ctx),$E
213         mov     $SZ*5($ctx),$F
214         mov     $SZ*6($ctx),$G
215         mov     $SZ*7($ctx),$H
216         jmp     .Lloop
217
218 .align  16
219 .Lloop:
220         xor     $round,$round
221 ___
222         for($i=0;$i<16;$i++) {
223                 $code.="        mov     $SZ*$i($inp),$T1\n";
224                 $code.="        bswap   $T1\n";
225                 &ROUND_00_15($i,@ROT);
226                 unshift(@ROT,pop(@ROT));
227         }
228 $code.=<<___;
229         jmp     .Lrounds_16_xx
230 .align  16
231 .Lrounds_16_xx:
232 ___
233         for(;$i<32;$i++) {
234                 &ROUND_16_XX($i,@ROT);
235                 unshift(@ROT,pop(@ROT));
236         }
237
238 $code.=<<___;
239         cmp     \$$rounds,$round
240         jb      .Lrounds_16_xx
241
242         mov     $_ctx,$ctx
243         lea     16*$SZ($inp),$inp
244
245         add     $SZ*0($ctx),$A
246         add     $SZ*1($ctx),$B
247         add     $SZ*2($ctx),$C
248         add     $SZ*3($ctx),$D
249         add     $SZ*4($ctx),$E
250         add     $SZ*5($ctx),$F
251         add     $SZ*6($ctx),$G
252         add     $SZ*7($ctx),$H
253
254         cmp     $_end,$inp
255
256         mov     $A,$SZ*0($ctx)
257         mov     $B,$SZ*1($ctx)
258         mov     $C,$SZ*2($ctx)
259         mov     $D,$SZ*3($ctx)
260         mov     $E,$SZ*4($ctx)
261         mov     $F,$SZ*5($ctx)
262         mov     $G,$SZ*6($ctx)
263         mov     $H,$SZ*7($ctx)
264         jb      .Lloop
265
266         mov     $_rsp,%rsi
267         mov     (%rsi),%r15
268         mov     8(%rsi),%r14
269         mov     16(%rsi),%r13
270         mov     24(%rsi),%r12
271         mov     32(%rsi),%rbp
272         mov     40(%rsi),%rbx
273         lea     48(%rsi),%rsp
274 .Lepilogue:
275         ret
276 .size   $func,.-$func
277 ___
278
279 if ($SZ==4) {
280 $code.=<<___;
281 .align  64
282 .type   $TABLE,\@object
283 $TABLE:
284         .long   0x428a2f98,0x71374491,0xb5c0fbcf,0xe9b5dba5
285         .long   0x3956c25b,0x59f111f1,0x923f82a4,0xab1c5ed5
286         .long   0xd807aa98,0x12835b01,0x243185be,0x550c7dc3
287         .long   0x72be5d74,0x80deb1fe,0x9bdc06a7,0xc19bf174
288         .long   0xe49b69c1,0xefbe4786,0x0fc19dc6,0x240ca1cc
289         .long   0x2de92c6f,0x4a7484aa,0x5cb0a9dc,0x76f988da
290         .long   0x983e5152,0xa831c66d,0xb00327c8,0xbf597fc7
291         .long   0xc6e00bf3,0xd5a79147,0x06ca6351,0x14292967
292         .long   0x27b70a85,0x2e1b2138,0x4d2c6dfc,0x53380d13
293         .long   0x650a7354,0x766a0abb,0x81c2c92e,0x92722c85
294         .long   0xa2bfe8a1,0xa81a664b,0xc24b8b70,0xc76c51a3
295         .long   0xd192e819,0xd6990624,0xf40e3585,0x106aa070
296         .long   0x19a4c116,0x1e376c08,0x2748774c,0x34b0bcb5
297         .long   0x391c0cb3,0x4ed8aa4a,0x5b9cca4f,0x682e6ff3
298         .long   0x748f82ee,0x78a5636f,0x84c87814,0x8cc70208
299         .long   0x90befffa,0xa4506ceb,0xbef9a3f7,0xc67178f2
300 ___
301 } else {
302 $code.=<<___;
303 .align  64
304 .type   $TABLE,\@object
305 $TABLE:
306         .quad   0x428a2f98d728ae22,0x7137449123ef65cd
307         .quad   0xb5c0fbcfec4d3b2f,0xe9b5dba58189dbbc
308         .quad   0x3956c25bf348b538,0x59f111f1b605d019
309         .quad   0x923f82a4af194f9b,0xab1c5ed5da6d8118
310         .quad   0xd807aa98a3030242,0x12835b0145706fbe
311         .quad   0x243185be4ee4b28c,0x550c7dc3d5ffb4e2
312         .quad   0x72be5d74f27b896f,0x80deb1fe3b1696b1
313         .quad   0x9bdc06a725c71235,0xc19bf174cf692694
314         .quad   0xe49b69c19ef14ad2,0xefbe4786384f25e3
315         .quad   0x0fc19dc68b8cd5b5,0x240ca1cc77ac9c65
316         .quad   0x2de92c6f592b0275,0x4a7484aa6ea6e483
317         .quad   0x5cb0a9dcbd41fbd4,0x76f988da831153b5
318         .quad   0x983e5152ee66dfab,0xa831c66d2db43210
319         .quad   0xb00327c898fb213f,0xbf597fc7beef0ee4
320         .quad   0xc6e00bf33da88fc2,0xd5a79147930aa725
321         .quad   0x06ca6351e003826f,0x142929670a0e6e70
322         .quad   0x27b70a8546d22ffc,0x2e1b21385c26c926
323         .quad   0x4d2c6dfc5ac42aed,0x53380d139d95b3df
324         .quad   0x650a73548baf63de,0x766a0abb3c77b2a8
325         .quad   0x81c2c92e47edaee6,0x92722c851482353b
326         .quad   0xa2bfe8a14cf10364,0xa81a664bbc423001
327         .quad   0xc24b8b70d0f89791,0xc76c51a30654be30
328         .quad   0xd192e819d6ef5218,0xd69906245565a910
329         .quad   0xf40e35855771202a,0x106aa07032bbd1b8
330         .quad   0x19a4c116b8d2d0c8,0x1e376c085141ab53
331         .quad   0x2748774cdf8eeb99,0x34b0bcb5e19b48a8
332         .quad   0x391c0cb3c5c95a63,0x4ed8aa4ae3418acb
333         .quad   0x5b9cca4f7763e373,0x682e6ff3d6b2b8a3
334         .quad   0x748f82ee5defb2fc,0x78a5636f43172f60
335         .quad   0x84c87814a1f0ab72,0x8cc702081a6439ec
336         .quad   0x90befffa23631e28,0xa4506cebde82bde9
337         .quad   0xbef9a3f7b2c67915,0xc67178f2e372532b
338         .quad   0xca273eceea26619c,0xd186b8c721c0c207
339         .quad   0xeada7dd6cde0eb1e,0xf57d4f7fee6ed178
340         .quad   0x06f067aa72176fba,0x0a637dc5a2c898a6
341         .quad   0x113f9804bef90dae,0x1b710b35131c471b
342         .quad   0x28db77f523047d84,0x32caab7b40c72493
343         .quad   0x3c9ebe0a15c9bebc,0x431d67c49c100d4c
344         .quad   0x4cc5d4becb3e42b6,0x597f299cfc657e2a
345         .quad   0x5fcb6fab3ad6faec,0x6c44198c4a475817
346 ___
347 }
348
349 # EXCEPTION_DISPOSITION handler (EXCEPTION_RECORD *rec,ULONG64 frame,
350 #               CONTEXT *context,DISPATCHER_CONTEXT *disp)
351 if ($win64) {
352 $rec="%rcx";
353 $frame="%rdx";
354 $context="%r8";
355 $disp="%r9";
356
357 $code.=<<___;
358 .extern __imp_RtlVirtualUnwind
359 .type   se_handler,\@abi-omnipotent
360 .align  16
361 se_handler:
362         push    %rsi
363         push    %rdi
364         push    %rbx
365         push    %rbp
366         push    %r12
367         push    %r13
368         push    %r14
369         push    %r15
370         pushfq
371         sub     \$64,%rsp
372
373         mov     120($context),%rax      # pull context->Rax
374         mov     248($context),%rbx      # pull context->Rip
375
376         lea     .Lprologue(%rip),%r10
377         cmp     %r10,%rbx               # context->Rip<.Lprologue
378         jb      .Lin_prologue
379
380         mov     152($context),%rax      # pull context->Rsp
381
382         lea     .Lepilogue(%rip),%r10
383         cmp     %r10,%rbx               # context->Rip>=.Lepilogue
384         jae     .Lin_prologue
385
386         mov     16*$SZ+3*8(%rax),%rax   # pull $_rsp
387         lea     48(%rax),%rax
388
389         mov     -8(%rax),%rbx
390         mov     -16(%rax),%rbp
391         mov     -24(%rax),%r12
392         mov     -32(%rax),%r13
393         mov     -40(%rax),%r14
394         mov     -48(%rax),%r15
395         mov     %rbx,144($context)      # restore context->Rbx
396         mov     %rbp,160($context)      # restore context->Rbp
397         mov     %r12,216($context)      # restore context->R12
398         mov     %r13,224($context)      # restore context->R13
399         mov     %r14,232($context)      # restore context->R14
400         mov     %r15,240($context)      # restore context->R15
401
402 .Lin_prologue:
403         mov     8(%rax),%rdi
404         mov     16(%rax),%rsi
405         mov     %rax,152($context)      # restore context->Rsp
406         mov     %rsi,168($context)      # restore context->Rsi
407         mov     %rdi,176($context)      # restore context->Rdi
408
409         mov     40($disp),%rdi          # disp->ContextRecord
410         mov     $context,%rsi           # context
411         mov     \$154,%ecx              # sizeof(CONTEXT)
412         .long   0xa548f3fc              # cld; rep movsq
413
414         mov     $disp,%rsi
415         xor     %rcx,%rcx               # arg1, UNW_FLAG_NHANDLER
416         mov     8(%rsi),%rdx            # arg2, disp->ImageBase
417         mov     0(%rsi),%r8             # arg3, disp->ControlPc
418         mov     16(%rsi),%r9            # arg4, disp->FunctionEntry
419         mov     40(%rsi),%r10           # disp->ContextRecord
420         lea     56(%rsi),%r11           # &disp->HandlerData
421         lea     24(%rsi),%r12           # &disp->EstablisherFrame
422         mov     %r10,32(%rsp)           # arg5
423         mov     %r11,40(%rsp)           # arg6
424         mov     %r12,48(%rsp)           # arg7
425         mov     %rcx,56(%rsp)           # arg8, (NULL)
426         call    *__imp_RtlVirtualUnwind(%rip)
427
428         mov     \$1,%eax                # ExceptionContinueSearch
429         add     \$64,%rsp
430         popfq
431         pop     %r15
432         pop     %r14
433         pop     %r13
434         pop     %r12
435         pop     %rbp
436         pop     %rbx
437         pop     %rdi
438         pop     %rsi
439         ret
440 .size   se_handler,.-se_handler
441
442 .section        .pdata
443 .align  4
444         .rva    .LSEH_begin_$func
445         .rva    .LSEH_end_$func
446         .rva    .LSEH_info_$func
447
448 .section        .xdata
449 .align  8
450 .LSEH_info_$func:
451         .byte   9,0,0,0
452         .rva    se_handler
453 ___
454 }
455
456 $code =~ s/\`([^\`]*)\`/eval $1/gem;
457 print $code;
458 close STDOUT;