s390x assembler pack: tune-up and support for new z196 hardware.
authorAndy Polyakov <appro@openssl.org>
Fri, 4 Mar 2011 13:09:16 +0000 (13:09 +0000)
committerAndy Polyakov <appro@openssl.org>
Fri, 4 Mar 2011 13:09:16 +0000 (13:09 +0000)
crypto/aes/asm/aes-s390x.pl
crypto/bn/asm/s390x-mont.pl
crypto/modes/asm/ghash-s390x.pl

index db963c9..d5d514d 100644 (file)
 # remains z/Architecture specific. On z990 it was measured to perform
 # 2x better than code generated by gcc 4.3.
 
+# December 2010.
+#
+# Add support for z196 "cipher message with counter" instruction.
+# Note however that it's disengaged, because it was measured to
+# perform ~12% worse than vanilla km-based code...
+
+# February 2011.
+#
+# Add AES_xts_[en|de]crypt. This includes support for z196
+# km-xts-aes instructions, which deliver ~70% improvement at 8KB
+# block size over vanilla km-based code.
+
 $flavour = shift;
 
 if ($flavour =~ /3[12]/) {
@@ -268,7 +280,7 @@ $code.=<<___;
 .type   _s390x_AES_encrypt,\@function
 .align 16
 _s390x_AES_encrypt:
-       st${g}  $ra,`$stdframe-$SIZE_T`($sp)
+       st${g}  $ra,15*$SIZE_T($sp)
        x       $s0,0($key)
        x       $s1,4($key)
        x       $s2,8($key)
@@ -432,7 +444,7 @@ _s390x_AES_encrypt:
        or      $s2,$i3
        or      $s3,$t3
 
-       l${g}   $ra,`$stdframe-$SIZE_T`($sp)
+       l${g}   $ra,15*$SIZE_T($sp)
        xr      $s0,$t0
        xr      $s1,$t2
        x       $s2,24($key)
@@ -594,7 +606,7 @@ $code.=<<___;
 .type   _s390x_AES_decrypt,\@function
 .align 16
 _s390x_AES_decrypt:
-       st${g}  $ra,`$stdframe-$SIZE_T`($sp)
+       st${g}  $ra,15*$SIZE_T($sp)
        x       $s0,0($key)
        x       $s1,4($key)
        x       $s2,8($key)
@@ -738,7 +750,7 @@ _s390x_AES_decrypt:
        nr      $i1,$mask
        nr      $i2,$mask
 
-       l${g}   $ra,`$stdframe-$SIZE_T`($sp)
+       l${g}   $ra,15*$SIZE_T($sp)
        or      $s1,$t1
        l       $t0,16($key)
        l       $t1,20($key)
@@ -1164,7 +1176,8 @@ $code.=<<___;
 .size  AES_set_decrypt_key,.-AES_set_decrypt_key
 ___
 
-#void AES_cbc_encrypt(const unsigned char *in, unsigned char *out,
+########################################################################
+# void AES_cbc_encrypt(const unsigned char *in, unsigned char *out,
 #                     size_t length, const AES_KEY *key,
 #                     unsigned char *ivec, const int enc)
 {
@@ -1365,13 +1378,14 @@ $code.=<<___;
 .size  AES_cbc_encrypt,.-AES_cbc_encrypt
 ___
 }
-#void AES_ctr32_encrypt(const unsigned char *in, unsigned char *out,
+########################################################################
+# void AES_ctr32_encrypt(const unsigned char *in, unsigned char *out,
 #                     size_t blocks, const AES_KEY *key,
 #                     const unsigned char *ivec)
 {
 my $inp="%r2";
-my $out="%r3";
-my $len="%r4";
+my $out="%r4"; # blocks and out are swapped
+my $len="%r3";
 my $key="%r5"; my $iv0="%r5";
 my $ivp="%r6";
 my $fp ="%r7";
@@ -1381,6 +1395,9 @@ $code.=<<___;
 .type  AES_ctr32_encrypt,\@function
 .align 16
 AES_ctr32_encrypt:
+       xgr     %r3,%r4         # flip %r3 and %r4, $out and $len
+       xgr     %r4,%r3
+       xgr     %r3,%r4
        llgfr   $len,$len       # safe in ctr32 subroutine even in 64-bit case
 ___
 $code.=<<___ if (!$softonly);
@@ -1415,20 +1432,75 @@ $code.=<<___ if (!$softonly);
        st${g}  $fp,$SIZE_T($sp)
 
        slgr    $len,$fp
-       brc     1,.Lctr32_hw_loop       # not zero, no borrow
+       brc     1,.Lctr32_hw_switch     # not zero, no borrow
        algr    $fp,$len        # input is shorter than allocated buffer
        lghi    $len,0
        st${g}  $fp,$SIZE_T($sp)
 
-.Lctr32_hw_loop:
+.Lctr32_hw_switch:
+___
+$code.=<<___ if (0);   ######### kmctr code was measured to be ~12% slower
+       larl    $s0,OPENSSL_s390xcap_P
+       lg      $s0,8($s0)
+       tmhh    $s0,0x0004      # check for message_security-assist-4
+       jz      .Lctr32_km_loop
+
+       llgfr   $s0,%r0
+       lgr     $s1,%r1
+       lghi    %r0,0
+       la      %r1,16($sp)
+       .long   0xb92d2042      # kmctr %r4,%r2,%r2
+
+       llihh   %r0,0x8000      # check if kmctr supports the function code
+       srlg    %r0,%r0,0($s0)
+       ng      %r0,16($sp)
+       lgr     %r0,$s0
+       lgr     %r1,$s1
+       jz      .Lctr32_km_loop
+
+####### kmctr code
+       algr    $out,$inp       # restore $out
+       lgr     $s1,$len        # $s1 undertakes $len
+       j       .Lctr32_kmctr_loop
+.align 16
+.Lctr32_kmctr_loop:
+       la      $s2,16($sp)
+       lgr     $s3,$fp
+.Lctr32_kmctr_prepare:
+       stg     $iv0,0($s2)
+       stg     $ivp,8($s2)
+       la      $s2,16($s2)
+       ahi     $ivp,1          # 32-bit increment, preserves upper half
+       brct    $s3,.Lctr32_kmctr_prepare
+
+       #la     $inp,0($inp)    # inp
+       sllg    $len,$fp,4      # len
+       #la     $out,0($out)    # out
+       la      $s2,16($sp)     # iv
+       .long   0xb92da042      # kmctr $out,$s2,$inp
+       brc     1,.-4           # pay attention to "partial completion"
+
+       slgr    $s1,$fp
+       brc     1,.Lctr32_kmctr_loop    # not zero, no borrow
+       algr    $fp,$s1
+       lghi    $s1,0
+       brc     4+1,.Lctr32_kmctr_loop  # not zero
+
+       l${g}   $sp,0($sp)
+       lm${g}  %r6,$s3,6*$SIZE_T($sp)
+       br      $ra
+.align 16
+___
+$code.=<<___;
+.Lctr32_km_loop:
        la      $s2,16($sp)
        lgr     $s3,$fp
-.Lctr32_hw_prepare:
+.Lctr32_km_prepare:
        stg     $iv0,0($s2)
        stg     $ivp,8($s2)
        la      $s2,16($s2)
        ahi     $ivp,1          # 32-bit increment, preserves upper half
-       brct    $s3,.Lctr32_hw_prepare
+       brct    $s3,.Lctr32_km_prepare
 
        la      $s0,16($sp)     # inp
        sllg    $s1,$fp,4       # len
@@ -1439,7 +1511,7 @@ $code.=<<___ if (!$softonly);
        la      $s2,16($sp)
        lgr     $s3,$fp
        slgr    $s2,$inp
-.Lctr32_hw_xor:
+.Lctr32_km_xor:
        lg      $s0,0($inp)
        lg      $s1,8($inp)
        xg      $s0,0($s2,$inp)
@@ -1447,22 +1519,22 @@ $code.=<<___ if (!$softonly);
        stg     $s0,0($out,$inp)
        stg     $s1,8($out,$inp)
        la      $inp,16($inp)
-       brct    $s3,.Lctr32_hw_xor
+       brct    $s3,.Lctr32_km_xor
 
        slgr    $len,$fp
-       brc     1,.Lctr32_hw_loop       # not zero, no borrow
+       brc     1,.Lctr32_km_loop       # not zero, no borrow
        algr    $fp,$len
        lghi    $len,0
-       brc     4+1,.Lctr32_hw_loop     # not zero
+       brc     4+1,.Lctr32_km_loop     # not zero
 
        l${g}   $s0,0($sp)
        l${g}   $s1,$SIZE_T($sp)
        la      $s2,16($sp)
-.Lctr32_hw_zap:
+.Lctr32_km_zap:
        stg     $s0,0($s2)
        stg     $s0,8($s2)
        la      $s2,16($s2)
-       brct    $s1,.Lctr32_hw_zap
+       brct    $s1,.Lctr32_km_zap
 
        la      $sp,0($s0)
        lm${g}  %r6,$s3,6*$SIZE_T($sp)
@@ -1472,12 +1544,12 @@ $code.=<<___ if (!$softonly);
 ___
 $code.=<<___;
        stm${g} $key,$ra,5*$SIZE_T($sp)
-       sl${g}r $out,$inp
+       sl${g}r $inp,$out
        larl    $tbl,AES_Te
        llgf    $t1,12($ivp)
 
 .Lctr32_loop:
-       stm${g} $inp,$len,2*$SIZE_T($sp)
+       stm${g} $inp,$out,2*$SIZE_T($sp)
        llgf    $s0,0($ivp)
        llgf    $s1,4($ivp)
        llgf    $s2,8($ivp)
@@ -1489,27 +1561,694 @@ $code.=<<___;
 
        lm${g}  $inp,$ivp,2*$SIZE_T($sp)
        llgf    $t1,16*$SIZE_T($sp)
-       x       $s0,0($inp)
+       x       $s0,0($inp,$out)
+       x       $s1,4($inp,$out)
+       x       $s2,8($inp,$out)
+       x       $s3,12($inp,$out)
+       stm     $s0,$s3,0($out)
+
+       la      $out,16($out)
+       ahi     $t1,1           # 32-bit increment
+       brct    $len,.Lctr32_loop
+
+       lm${g}  %r6,$ra,6*$SIZE_T($sp)
+       br      $ra
+.size  AES_ctr32_encrypt,.-AES_ctr32_encrypt
+___
+}
+
+########################################################################
+# void AES_xts_encrypt(const char *inp,char *out,size_t len,
+#      const AES_KEY *key1, const AES_KEY *key2,u64 secno);
+#
+{
+my $inp="%r2";
+my $out="%r4"; # len and out are swapped
+my $len="%r3";
+my $key1="%r5";        # $i1
+my $key2="%r6";        # $i2
+my $fp="%r7";  # $i3
+my $tweak=16*$SIZE_T+16;       # or $stdframe-16, bottom of the frame...
+
+$code.=<<___;
+.type  _s390x_xts_km,\@function
+.align 16
+_s390x_xts_km:
+___
+$code.=<<___ if(0);
+       llgfr   $s0,%r0                 # put aside the function code
+       lghi    $s1,0x7f
+       nr      $s1,%r0
+       lghi    %r0,0                   # query capability vector
+       la      %r1,2*$SIZE_T($sp)
+       .long   0xb92e0042              # km %r4,%r2
+       llihh   %r1,0x8000
+       srlg    %r1,%r1,32($s1)         # check for 32+function code
+       ng      %r1,2*$SIZE_T($sp)
+       lgr     %r0,$s0                 # restore the function code
+       la      %r1,0($key1)            # restore $key1
+       jz      .Lxts_km_vanilla
+
+       lmg     $i2,$i3,$tweak($sp)     # put aside the tweak value
+       algr    $out,$inp
+
+       oill    %r0,32                  # switch to xts function code
+       aghi    $s1,-18                 #
+       sllg    $s1,$s1,3               # (function code - 18)*8, 0 or 16
+       la      %r1,$tweak-16($sp)
+       slgr    %r1,$s1                 # parameter block position
+       lmg     $s0,$s3,0($key1)        # load 256 bits of key material,
+       stmg    $s0,$s3,0(%r1)          # and copy it to parameter block.
+                                       # yes, it contains junk and overlaps
+                                       # with the tweak in 128-bit case.
+                                       # it's done to avoid conditional
+                                       # branch.
+       stmg    $i2,$i3,$tweak($sp)     # "re-seat" the tweak value
+
+       .long   0xb92e0042              # km %r4,%r2
+       brc     1,.-4                   # pay attention to "partial completion"
+
+       lrvg    $s0,$tweak+0($sp)       # load the last tweak
+       lrvg    $s1,$tweak+8($sp)
+       stmg    %r0,%r3,$tweak-32(%r1)  # wipe copy of the key
+
+       nill    %r0,0xffdf              # switch back to original function code
+       la      %r1,0($key1)            # restore pointer to $key1
+       slgr    $out,$inp
+
+       llgc    $len,2*$SIZE_T-1($sp)
+       nill    $len,0x0f               # $len%=16
+       br      $ra
+       
+.align 16
+.Lxts_km_vanilla:
+___
+$code.=<<___;
+       # prepare and allocate stack frame at the top of 4K page
+       # with 1K reserved for eventual signal handling
+       lghi    $s0,-1024-256-16# guarantee at least 256-bytes buffer
+       lghi    $s1,-4096
+       algr    $s0,$sp
+       lgr     $fp,$sp
+       ngr     $s0,$s1         # align at page boundary
+       slgr    $fp,$s0         # total buffer size
+       lgr     $s2,$sp
+       lghi    $s1,1024+16     # sl[g]fi is extended-immediate facility
+       slgr    $fp,$s1         # deduct reservation to get usable buffer size
+       # buffer size is at lest 256 and at most 3072+256-16
+
+       la      $sp,1024($s0)   # alloca
+       nill    $fp,0xfff0      # round to 16*n
+       st${g}  $s2,0($sp)      # back-chain
+       nill    $len,0xfff0     # redundant
+       st${g}  $fp,$SIZE_T($sp)
+
+       slgr    $len,$fp
+       brc     1,.Lxts_km_go   # not zero, no borrow
+       algr    $fp,$len        # input is shorter than allocated buffer
+       lghi    $len,0
+       st${g}  $fp,$SIZE_T($sp)
+
+.Lxts_km_go:
+       lrvg    $s0,$tweak+0($s2)       # load the tweak value in little-endian
+       lrvg    $s1,$tweak+8($s2)
+
+       la      $s2,16($sp)             # vector of ascending tweak values
+       slgr    $s2,$inp
+       srlg    $s3,$fp,4
+       j       .Lxts_km_start
+
+.Lxts_km_loop:
+       la      $s2,16($sp)
+       slgr    $s2,$inp
+       srlg    $s3,$fp,4
+.Lxts_km_prepare:
+       lghi    $i1,0x87
+       srag    $i2,$s1,63              # broadcast upper bit
+       ngr     $i1,$i2                 # rem
+       srlg    $i2,$s0,63              # carry bit from lower half
+       sllg    $s0,$s0,1
+       sllg    $s1,$s1,1
+       xgr     $s0,$i1
+       ogr     $s1,$i2
+.Lxts_km_start:
+       lrvgr   $i1,$s0                 # flip byte order
+       lrvgr   $i2,$s1
+       stg     $i1,0($s2,$inp)
+       stg     $i2,8($s2,$inp)
+       xg      $i1,0($inp)
+       xg      $i2,8($inp)
+       stg     $i1,0($out,$inp)
+       stg     $i2,8($out,$inp)
+       la      $inp,16($inp)
+       brct    $s3,.Lxts_km_prepare
+
+       slgr    $inp,$fp                # rewind $inp
+       la      $s2,0($out,$inp)
+       lgr     $s3,$fp
+       .long   0xb92e00aa              # km $s2,$s2
+       brc     1,.-4                   # pay attention to "partial completion"
+
+       la      $s2,16($sp)
+       slgr    $s2,$inp
+       srlg    $s3,$fp,4
+.Lxts_km_xor:
+       lg      $i1,0($out,$inp)
+       lg      $i2,8($out,$inp)
+       xg      $i1,0($s2,$inp)
+       xg      $i2,8($s2,$inp)
+       stg     $i1,0($out,$inp)
+       stg     $i2,8($out,$inp)
+       la      $inp,16($inp)
+       brct    $s3,.Lxts_km_xor
+
+       slgr    $len,$fp
+       brc     1,.Lxts_km_loop         # not zero, no borrow
+       algr    $fp,$len
+       lghi    $len,0
+       brc     4+1,.Lxts_km_loop       # not zero
+
+       l${g}   $i1,0($sp)              # back-chain
+       llgf    $fp,`2*$SIZE_T-4`($sp)  # bytes used
+       la      $i2,16($sp)
+       srlg    $fp,$fp,4
+.Lxts_km_zap:
+       stg     $i1,0($i2)
+       stg     $i1,8($i2)
+       la      $i2,16($i2)
+       brct    $fp,.Lxts_km_zap
+
+       la      $sp,0($i1)
+       llgc    $len,2*$SIZE_T-1($i1)
+       nill    $len,0x0f               # $len%=16
+       bzr     $ra
+
+       # generate one more tweak...
+       lghi    $i1,0x87
+       srag    $i2,$s1,63              # broadcast upper bit
+       ngr     $i1,$i2                 # rem
+       srlg    $i2,$s0,63              # carry bit from lower half
+       sllg    $s0,$s0,1
+       sllg    $s1,$s1,1
+       xgr     $s0,$i1
+       ogr     $s1,$i2
+
+       ltr     $len,$len               # clear zero flag
+       br      $ra
+.size  _s390x_xts_km,.-_s390x_xts_km
+
+.globl AES_xts_encrypt
+.type  AES_xts_encrypt,\@function
+.align 16
+AES_xts_encrypt:
+       xgr     %r3,%r4                 # flip %r3 and %r4, $out and $len
+       xgr     %r4,%r3
+       xgr     %r3,%r4
+___
+$code.=<<___ if ($SIZE_T==4);
+       llgfr   $len,$len
+___
+$code.=<<___;
+       st${g}  $len,1*$SIZE_T($sp)     # save copy of $len
+       srag    $len,$len,4             # formally wrong, because it expands
+                                       # sign byte, but who can afford asking
+                                       # to process more than 2^63-1 bytes?
+                                       # I use it, because it sets condition
+                                       # code...
+       bcr     8,$ra                   # abort if zero (i.e. less than 16)
+___
+$code.=<<___ if (!$softonly);
+       llgf    %r0,240($key2)
+       lhi     %r1,16
+       clr     %r0,%r1
+       jl      .Lxts_enc_software
+
+       stm${g} %r6,$s3,6*$SIZE_T($sp)
+       st${g}  $ra,14*$SIZE_T($sp)
+
+       sllg    $len,$len,4             # $len&=~15
+       slgr    $out,$inp
+
+       lrvg    $s0,$stdframe($sp)      # load secno
+       lghi    $s1,0
+       la      $s2,$tweak($sp)
+       lghi    $s3,16
+       stmg    $s0,$s1,0($s2)
+       la      %r1,0($key2)            # $key2 is not needed anymore
+       .long   0xb92e00aa              # km $s2,$s2, generate the tweak
+       brc     1,.-4                   # can this happen?
+
+       l       %r0,240($key1)
+       la      %r1,0($key1)            # $key1 is not needed anymore
+       bras    $ra,_s390x_xts_km
+       jz      .Lxts_enc_km_done
+
+       aghi    $inp,-16                # take one step back
+       la      $i3,0($out,$inp)        # put aside real $out
+.Lxts_enc_km_steal:
+       llgc    $i1,16($inp)
+       llgc    $i2,0($out,$inp)
+       stc     $i1,0($out,$inp)
+       stc     $i2,16($out,$inp)
+       la      $inp,1($inp)
+       brct    $len,.Lxts_enc_km_steal
+
+       la      $s2,0($i3)
+       lghi    $s3,16
+       lrvgr   $i1,$s0                 # flip byte order
+       lrvgr   $i2,$s1
+       xg      $i1,0($s2)
+       xg      $i2,8($s2)
+       stg     $i1,0($s2)
+       stg     $i2,8($s2)
+       .long   0xb92e00aa              # km $s2,$s2
+       brc     1,.-4                   # can this happen?
+       lrvgr   $i1,$s0                 # flip byte order
+       lrvgr   $i2,$s1
+       xg      $i1,0($i3)
+       xg      $i2,8($i3)
+       stg     $i1,0($i3)
+       stg     $i2,8($i3)
+
+.Lxts_enc_km_done:
+       l${g}   $ra,14*$SIZE_T($sp)
+       st${g}  $sp,$tweak($sp)         # wipe tweak
+       st${g}  $sp,$tweak($sp)
+       lm${g}  %r6,$s3,6*$SIZE_T($sp)
+       br      $ra
+.align 16
+.Lxts_enc_software:
+___
+$code.=<<___;
+       stm${g} %r6,$ra,6*$SIZE_T($sp)
+
+       slgr    $out,$inp
+
+       xgr     $s0,$s0                 # clear upper half
+       xgr     $s1,$s1
+       lrv     $s0,$stdframe+4($sp)    # load secno
+       lrv     $s1,$stdframe+0($sp)
+       xgr     $s2,$s2
+       xgr     $s3,$s3
+       stm${g} %r2,%r5,2*$SIZE_T($sp)
+       la      $key,0($key2)
+       larl    $tbl,AES_Te
+       bras    $ra,_s390x_AES_encrypt  # generate the tweak
+       lm${g}  %r2,%r5,2*$SIZE_T($sp)
+       stm     $s0,$s3,$tweak($sp)     # save the tweak
+       j       .Lxts_enc_enter
+
+.align 16
+.Lxts_enc_loop:
+       lrvg    $s1,$tweak+0($sp)       # load the tweak in little-endian
+       lrvg    $s3,$tweak+8($sp)
+       lghi    %r1,0x87
+       srag    %r0,$s3,63              # broadcast upper bit
+       ngr     %r1,%r0                 # rem
+       srlg    %r0,$s1,63              # carry bit from lower half
+       sllg    $s1,$s1,1
+       sllg    $s3,$s3,1
+       xgr     $s1,%r1
+       ogr     $s3,%r0
+       lrvgr   $s1,$s1                 # flip byte order
+       lrvgr   $s3,$s3
+       srlg    $s0,$s1,32              # smash the tweak to 4x32-bits 
+       stg     $s1,$tweak+0($sp)       # save the tweak
+       llgfr   $s1,$s1
+       srlg    $s2,$s3,32
+       stg     $s3,$tweak+8($sp)
+       llgfr   $s3,$s3
+       la      $inp,16($inp)           # $inp+=16
+.Lxts_enc_enter:
+       x       $s0,0($inp)             # ^=*($inp)
        x       $s1,4($inp)
        x       $s2,8($inp)
        x       $s3,12($inp)
+       stm${g} %r2,%r3,2*$SIZE_T($sp)  # only two registers are changing
+       la      $key,0($key1)
+       bras    $ra,_s390x_AES_encrypt
+       lm${g}  %r2,%r5,2*$SIZE_T($sp)
+       x       $s0,$tweak+0($sp)       # ^=tweak
+       x       $s1,$tweak+4($sp)
+       x       $s2,$tweak+8($sp)
+       x       $s3,$tweak+12($sp)
        st      $s0,0($out,$inp)
        st      $s1,4($out,$inp)
        st      $s2,8($out,$inp)
        st      $s3,12($out,$inp)
+       brct${g}        $len,.Lxts_enc_loop
+
+       llgc    $len,`2*$SIZE_T-1`($sp)
+       nill    $len,0x0f               # $len%16
+       jz      .Lxts_enc_done
+
+       la      $i3,0($inp,$out)        # put aside real $out
+.Lxts_enc_steal:
+       llgc    %r0,16($inp)
+       llgc    %r1,0($out,$inp)
+       stc     %r0,0($out,$inp)
+       stc     %r1,16($out,$inp)
+       la      $inp,1($inp)
+       brct    $len,.Lxts_enc_steal
+       la      $out,0($i3)             # restore real $out
+
+       # generate last tweak...
+       lrvg    $s1,$tweak+0($sp)       # load the tweak in little-endian
+       lrvg    $s3,$tweak+8($sp)
+       lghi    %r1,0x87
+       srag    %r0,$s3,63              # broadcast upper bit
+       ngr     %r1,%r0                 # rem
+       srlg    %r0,$s1,63              # carry bit from lower half
+       sllg    $s1,$s1,1
+       sllg    $s3,$s3,1
+       xgr     $s1,%r1
+       ogr     $s3,%r0
+       lrvgr   $s1,$s1                 # flip byte order
+       lrvgr   $s3,$s3
+       srlg    $s0,$s1,32              # smash the tweak to 4x32-bits 
+       stg     $s1,$tweak+0($sp)       # save the tweak
+       llgfr   $s1,$s1
+       srlg    $s2,$s3,32
+       stg     $s3,$tweak+8($sp)
+       llgfr   $s3,$s3
+
+       x       $s0,0($out)             # ^=*(inp)|stolen cipther-text
+       x       $s1,4($out)
+       x       $s2,8($out)
+       x       $s3,12($out)
+       st${g}  $out,4*$SIZE_T($sp)
+       la      $key,0($key1)
+       bras    $ra,_s390x_AES_encrypt
+       l${g}   $out,4*$SIZE_T($sp)
+       x       $s0,`$tweak+0`($sp)     # ^=tweak
+       x       $s1,`$tweak+4`($sp)
+       x       $s2,`$tweak+8`($sp)
+       x       $s3,`$tweak+12`($sp)
+       st      $s0,0($out)
+       st      $s1,4($out)
+       st      $s2,8($out)
+       st      $s3,12($out)
+
+.Lxts_enc_done:
+       stg     $sp,$tweak+0($sp)       # wipe tweak
+       stg     $sp,$twesk+8($sp)
+       lm${g}  %r6,$ra,6*$SIZE_T($sp)
+       br      $ra
+.size  AES_xts_encrypt,.-AES_xts_encrypt
+___
+# void AES_xts_decrypt(const char *inp,char *out,size_t len,
+#      const AES_KEY *key1, const AES_KEY *key2,u64 secno);
+#
+$code.=<<___;
+.globl AES_xts_decrypt
+.type  AES_xts_decrypt,\@function
+.align 16
+AES_xts_decrypt:
+       xgr     %r3,%r4                 # flip %r3 and %r4, $out and $len
+       xgr     %r4,%r3
+       xgr     %r3,%r4
+___
+$code.=<<___ if ($SIZE_T==4);
+       llgfr   $len,$len
+___
+$code.=<<___;
+       st${g}  $len,1*$SIZE_T($sp)     # save copy of $len
+       aghi    $len,-16
+       bcr     4,$ra                   # abort if less than zero. formally
+                                       # wrong, because $len is unsigned,
+                                       # but who can afford asking to
+                                       # process more than 2^63-1 bytes?
+       tmll    $len,0x0f
+       jnz     .Lxts_dec_proceed
+       aghi    $len,16
+.Lxts_dec_proceed:
+___
+$code.=<<___ if (!$softonly);
+       llgf    %r0,240($key2)
+       lhi     %r1,16
+       clr     %r0,%r1
+       jl      .Lxts_dec_software
 
+       stm${g} %r6,$s3,6*$SIZE_T($sp)
+       st${g}  $ra,14*$SIZE_T($sp)
+
+       nill    $len,0xfff0             # $len&=~15
+       slgr    $out,$inp
+
+       # generate the tweak value
+       lrvg    $s0,$stdframe($sp)      # load secno
+       lghi    $s1,0
+       la      $s2,$tweak($sp)
+       lghi    $s3,16
+       stg     $s0,0($s2)
+       stg     $s1,8($s2)
+       la      %r1,0($key2)            # $key2 is not needed past this point
+       .long   0xb92e00aa              # km $s2,$s2, generate the tweak
+       brc     1,.-4                   # can this happen?
+
+       l       %r0,240($key1)
+       la      %r1,0($key1)            # $key1 is not needed anymore
+
+       ltgr    $len,$len
+       jz      .Lxts_dec_km_short
+       bras    $ra,_s390x_xts_km
+       jz      .Lxts_dec_km_done
+
+       lrvgr   $s2,$s0                 # make copy in reverse byte order
+       lrvgr   $s3,$s1
+       j       .Lxts_dec_km_2ndtweak
+
+.Lxts_dec_km_short:
+       llgc    $len,`2*$SIZE_T-1`($sp)
+       nill    $len,0x0f               # $len%=16
+       lrvg    $s0,$tweak+0($sp)       # load the tweak
+       lrvg    $s1,$tweak+8($sp)
+       lrvgr   $s2,$s0                 # make copy in reverse byte order
+       lrvgr   $s3,$s1
+
+.Lxts_dec_km_2ndtweak:
+       lghi    $i1,0x87
+       srag    $i2,$s1,63              # broadcast upper bit
+       ngr     $i1,$i2                 # rem
+       srlg    $i2,$s0,63              # carry bit from lower half
+       sllg    $s0,$s0,1
+       sllg    $s1,$s1,1
+       xgr     $s0,$i1
+       ogr     $s1,$i2
+       lrvgr   $i1,$s0                 # flip byte order
+       lrvgr   $i2,$s1
+
+       xg      $i1,0($inp)
+       xg      $i2,8($inp)
+       stg     $i1,0($out,$inp)
+       stg     $i2,8($out,$inp)
+       la      $i2,0($out,$inp)
+       lghi    $i3,16
+       .long   0xb92e0066              # km $i2,$i2
+       brc     1,.-4                   # can this happen?
+       lrvgr   $i1,$s0
+       lrvgr   $i2,$s1
+       xg      $i1,0($out,$inp)
+       xg      $i2,8($out,$inp)
+       stg     $i1,0($out,$inp)
+       stg     $i2,8($out,$inp)
+
+       la      $i3,0($out,$inp)        # put aside real $out
+.Lxts_dec_km_steal:
+       llgc    $i1,16($inp)
+       llgc    $i2,0($out,$inp)
+       stc     $i1,0($out,$inp)
+       stc     $i2,16($out,$inp)
+       la      $inp,1($inp)
+       brct    $len,.Lxts_dec_km_steal
+
+       lgr     $s0,$s2
+       lgr     $s1,$s3
+       xg      $s0,0($i3)
+       xg      $s1,8($i3)
+       stg     $s0,0($i3)
+       stg     $s1,8($i3)
+       la      $s0,0($i3)
+       lghi    $s1,16
+       .long   0xb92e0088              # km $s0,$s0
+       brc     1,.-4                   # can this happen?
+       xg      $s2,0($i3)
+       xg      $s3,8($i3)
+       stg     $s2,0($i3)
+       stg     $s3,8($i3)
+.Lxts_dec_km_done:
+       l${g}   $ra,14*$SIZE_T($sp)
+       st${g}  $sp,$tweak($sp)         # wipe tweak
+       st${g}  $sp,$tweak($sp)
+       lm${g}  %r6,$s3,6*$SIZE_T($sp)
+       br      $ra
+.align 16
+.Lxts_dec_software:
+___
+$code.=<<___;
+       stm${g} %r6,$ra,6*$SIZE_T($sp)
+
+       srlg    $len,$len,4
+       slgr    $out,$inp
+
+       xgr     $s0,$s0                 # clear upper half
+       xgr     $s1,$s1
+       lrv     $s0,$stdframe+4($sp)    # load secno
+       lrv     $s1,$stdframe+0($sp)
+       xgr     $s2,$s2
+       xgr     $s3,$s3
+       stm${g} %r2,%r5,2*$SIZE_T($sp)
+       la      $key,0($key2)
+       larl    $tbl,AES_Te
+       bras    $ra,_s390x_AES_encrypt  # generate the tweak
+       lm${g}  %r2,%r5,2*$SIZE_T($sp)
+       larl    $tbl,AES_Td
+       lt${g}r $len,$len
+       stm     $s0,$s3,$tweak($sp)     # save the tweak
+       jz      .Lxts_dec_short
+       j       .Lxts_dec_enter
+
+.align 16
+.Lxts_dec_loop:
+       lrvg    $s1,$tweak+0($sp)       # load the tweak in little-endian
+       lrvg    $s3,$tweak+8($sp)
+       lghi    %r1,0x87
+       srag    %r0,$s3,63              # broadcast upper bit
+       ngr     %r1,%r0                 # rem
+       srlg    %r0,$s1,63              # carry bit from lower half
+       sllg    $s1,$s1,1
+       sllg    $s3,$s3,1
+       xgr     $s1,%r1
+       ogr     $s3,%r0
+       lrvgr   $s1,$s1                 # flip byte order
+       lrvgr   $s3,$s3
+       srlg    $s0,$s1,32              # smash the tweak to 4x32-bits 
+       stg     $s1,$tweak+0($sp)       # save the tweak
+       llgfr   $s1,$s1
+       srlg    $s2,$s3,32
+       stg     $s3,$tweak+8($sp)
+       llgfr   $s3,$s3
+.Lxts_dec_enter:
+       x       $s0,0($inp)             # tweak^=*(inp)
+       x       $s1,4($inp)
+       x       $s2,8($inp)
+       x       $s3,12($inp)
+       stm${g} %r2,%r3,2*$SIZE_T($sp)  # only two registers are changing
+       la      $key,0($key1)
+       bras    $ra,_s390x_AES_decrypt
+       lm${g}  %r2,%r5,2*$SIZE_T($sp)
+       x       $s0,$tweak+0($sp)       # ^=tweak
+       x       $s1,$tweak+4($sp)
+       x       $s2,$tweak+8($sp)
+       x       $s3,$tweak+12($sp)
+       st      $s0,0($out,$inp)
+       st      $s1,4($out,$inp)
+       st      $s2,8($out,$inp)
+       st      $s3,12($out,$inp)
        la      $inp,16($inp)
-       ahi     $t1,1           # 32-bit increment
-       brct    $len,.Lctr32_loop
+       brct${g}        $len,.Lxts_dec_loop
+
+       llgc    $len,`2*$SIZE_T-1`($sp)
+       nill    $len,0x0f               # $len%16
+       jz      .Lxts_dec_done
+
+       # generate pair of tweaks...
+       lrvg    $s1,$tweak+0($sp)       # load the tweak in little-endian
+       lrvg    $s3,$tweak+8($sp)
+       lghi    %r1,0x87
+       srag    %r0,$s3,63              # broadcast upper bit
+       ngr     %r1,%r0                 # rem
+       srlg    %r0,$s1,63              # carry bit from lower half
+       sllg    $s1,$s1,1
+       sllg    $s3,$s3,1
+       xgr     $s1,%r1
+       ogr     $s3,%r0
+       lrvgr   $i2,$s1                 # flip byte order
+       lrvgr   $i3,$s3
+       stmg    $i2,$i3,$tweak($sp)     # save the 1st tweak
+       j       .Lxts_dec_2ndtweak
+
+.align 16
+.Lxts_dec_short:
+       llgc    $len,`2*$SIZE_T-1`($sp)
+       nill    $len,0x0f               # $len%16
+       lrvg    $s1,$tweak+0($sp)       # load the tweak in little-endian
+       lrvg    $s3,$tweak+8($sp)
+.Lxts_dec_2ndtweak:
+       lghi    %r1,0x87
+       srag    %r0,$s3,63              # broadcast upper bit
+       ngr     %r1,%r0                 # rem
+       srlg    %r0,$s1,63              # carry bit from lower half
+       sllg    $s1,$s1,1
+       sllg    $s3,$s3,1
+       xgr     $s1,%r1
+       ogr     $s3,%r0
+       lrvgr   $s1,$s1                 # flip byte order
+       lrvgr   $s3,$s3
+       srlg    $s0,$s1,32              # smash the tweak to 4x32-bits
+       stg     $s1,$tweak-16+0($sp)    # save the 2nd tweak
+       llgfr   $s1,$s1
+       srlg    $s2,$s3,32
+       stg     $s3,$tweak-16+8($sp)
+       llgfr   $s3,$s3
+
+       x       $s0,0($inp)             # tweak_the_2nd^=*(inp)
+       x       $s1,4($inp)
+       x       $s2,8($inp)
+       x       $s3,12($inp)
+       stm${g} %r2,%r3,2*$SIZE_T($sp)
+       la      $key,0($key1)
+       bras    $ra,_s390x_AES_decrypt
+       lm${g}  %r2,%r5,2*$SIZE_T($sp)
+       x       $s0,$tweak-16+0($sp)    # ^=tweak_the_2nd
+       x       $s1,$tweak-16+4($sp)
+       x       $s2,$tweak-16+8($sp)
+       x       $s3,$tweak-16+12($sp)
+       st      $s0,0($out,$inp)
+       st      $s1,4($out,$inp)
+       st      $s2,8($out,$inp)
+       st      $s3,12($out,$inp)
 
+       la      $i3,0($out,$inp)        # put aside real $out
+.Lxts_dec_steal:
+       llgc    %r0,16($inp)
+       llgc    %r1,0($out,$inp)
+       stc     %r0,0($out,$inp)
+       stc     %r1,16($out,$inp)
+       la      $inp,1($inp)
+       brct    $len,.Lxts_dec_steal
+       la      $out,0($i3)             # restore real $out
+
+       lm      $s0,$s3,$tweak($sp)     # load the 1st tweak
+       x       $s0,0($out)             # tweak^=*(inp)|stolen cipher-text
+       x       $s1,4($out)
+       x       $s2,8($out)
+       x       $s3,12($out)
+       st${g}  $out,4*$SIZE_T($sp)
+       la      $key,0($key1)
+       bras    $ra,_s390x_AES_decrypt
+       l${g}   $out,4*$SIZE_T($sp)
+       x       $s0,$tweak+0($sp)       # ^=tweak
+       x       $s1,$tweak+4($sp)
+       x       $s2,$tweak+8($sp)
+       x       $s3,$tweak+12($sp)
+       st      $s0,0($out)
+       st      $s1,4($out)
+       st      $s2,8($out)
+       st      $s3,12($out)
+       stg     $sp,$tweak-16+0($sp)    # wipe 2nd tweak
+       stg     $sp,$tweak-16+8($sp)
+.Lxts_dec_done:
+       stg     $sp,$tweak+0($sp)       # wipe tweak
+       stg     $sp,$twesk+8($sp)
        lm${g}  %r6,$ra,6*$SIZE_T($sp)
        br      $ra
-.size  AES_ctr32_encrypt,.-AES_ctr32_encrypt
+.size  AES_xts_decrypt,.-AES_xts_decrypt
 ___
 }
 $code.=<<___;
-.comm  OPENSSL_s390xcap_P,16,8
 .string        "AES for s390x, CRYPTOGAMS by <appro\@openssl.org>"
+.comm  OPENSSL_s390xcap_P,16,8
 ___
 
 $code =~ s/\`([^\`]*)\`/eval $1/gem;
index 0c5f063..9fd64e8 100644 (file)
@@ -41,8 +41,8 @@
 # processor, as long as it's "z-CPU". Latter implies that the code
 # remains z/Architecture specific. Compatibility with 32-bit BN_ULONG
 # is achieved by swapping words after 64-bit loads, follow _dswap-s.
-# On z990 it was measured to perform 2.6-2.2 times better, less for
-# longer keys...
+# On z990 it was measured to perform 2.6-2.2 times better than
+# compiler-generated code, less for longer keys...
 
 $flavour = shift;
 
@@ -102,8 +102,8 @@ $code.=<<___ if ($flavour =~ /3[12]/);
        bnzr    %r14            # if ($num&1) return 0;
 ___
 $code.=<<___ if ($flavour !~ /3[12]/);
-       cghi    $num,128        #
-       bhr     %r14            # if($num>128) return 0;
+       cghi    $num,96         #
+       bhr     %r14            # if($num>96) return 0;
 ___
 $code.=<<___;
        stm${g} %r3,%r15,3*$SIZE_T($sp)
index 16ad034..48cb08d 100644 (file)
 # remains z/Architecture specific. On z990 it was measured to perform
 # 2.8x better than 32-bit code generated by gcc 4.3.
 
+# March 2011.
+#
+# Support for hardware KIMD-GHASH is verified to produce correct
+# result and therefore is engaged. On z196 it was measured to process
+# 8KB buffer ~7 faster than software implementation. It's not as
+# impressive for smaller buffer sizes and for smallest 16-bytes buffer
+# it's actually almost 2 times slower. Which is the reason why
+# KIMD-GHASH is not used in gcm_gmult_4bit.
+
 $flavour = shift;
 
 if ($flavour =~ /3[12]/) {
@@ -41,7 +50,7 @@ if ($flavour =~ /3[12]/) {
 while (($output=shift) && ($output!~/^\w[\w\-]*\.\w+$/)) {}
 open STDOUT,">$output";
 
-$softonly=1;   # disable hardware support for now
+$softonly=0;
 
 $Zhi="%r0";
 $Zlo="%r1";
@@ -70,7 +79,7 @@ $code.=<<___;
 .align 32
 gcm_gmult_4bit:
 ___
-$code.=<<___ if(!$softonly);
+$code.=<<___ if(!$softonly && 0);      # hardware is slow for single block...
        larl    %r1,OPENSSL_s390xcap_P
        lg      %r0,0(%r1)
        tmhl    %r0,0x4000      # check for message-security-assist