SM4 optimization for ARM by HW instruction
authorDaniel Hu <Daniel.Hu@arm.com>
Tue, 19 Oct 2021 21:49:05 +0000 (22:49 +0100)
committerTomas Mraz <tomas@openssl.org>
Tue, 18 Jan 2022 10:52:14 +0000 (11:52 +0100)
commit15b7175f558bf9eb057ec3266685486f727dd70f
treeda3c4336ac7b9a7b8555d4809857342468baba59
parentc1167f09d840b109ef1c1c1485e3de64be2fc625
SM4 optimization for ARM by HW instruction

This patch implements the SM4 optimization for ARM processor,
using SM4 HW instruction, which is an optional feature of
crypto extension for aarch64 V8.

Tested on some modern ARM micro-architectures with SM4 support, the
performance uplift can be observed around 8X~40X over existing
C implementation in openssl. Algorithms that can be parallelized
(like CTR, ECB, CBC decryption) are on higher end, with algorithm
like CBC encryption on lower end (due to inter-block dependency)

Perf data on Yitian-710 2.75GHz hardware, before and after optimization:

Before:
  type      16 bytes     64 bytes    256 bytes    1024 bytes   8192 bytes  16384 bytes
  SM4-CTR  105787.80k   107837.87k   108380.84k   108462.08k   108549.46k   108554.92k
  SM4-ECB  111924.58k   118173.76k   119776.00k   120093.70k   120264.02k   120274.94k
  SM4-CBC  106428.09k   109190.98k   109674.33k   109774.51k   109827.41k   109827.41k

After (7.4x - 36.6x faster):
  type      16 bytes     64 bytes    256 bytes    1024 bytes   8192 bytes  16384 bytes
  SM4-CTR  781979.02k  2432994.28k  3437753.86k  3834177.88k  3963715.58k  3974556.33k
  SM4-ECB  937590.69k  2941689.02k  3945751.81k  4328655.87k  4459181.40k  4468692.31k
  SM4-CBC  890639.88k  1027746.58k  1050621.78k  1056696.66k  1058613.93k  1058701.31k

Signed-off-by: Daniel Hu <Daniel.Hu@arm.com>
Reviewed-by: Paul Dale <pauli@openssl.org>
Reviewed-by: Tomas Mraz <tomas@openssl.org>
(Merged from https://github.com/openssl/openssl/pull/17455)
crypto/arm64cpuid.pl
crypto/arm_arch.h
crypto/armcap.c
crypto/evp/e_sm4.c
crypto/sm4/asm/sm4-armv8.pl [new file with mode: 0755]
crypto/sm4/build.info
include/crypto/sm4_platform.h [new file with mode: 0644]
providers/implementations/ciphers/cipher_sm4.h
providers/implementations/ciphers/cipher_sm4_gcm_hw.c
providers/implementations/ciphers/cipher_sm4_hw.c