5047f0d56eaadc4310ce7b29a9ecc81103e64e63
[openssl.git] / crypto / aes / asm / bsaes-armv7.pl
1 #!/usr/bin/env perl
2
3 # ====================================================================
4 # 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 # Bit-sliced AES for ARM NEON
11 #
12 # February 2012.
13 #
14 # This implementation is direct adaptation of bsaes-x86_64 module for
15 # ARM NEON. Except that this module is endian-neutral [in sense that
16 # it can be compiled for either endianness] by courtesy of vld1.8's
17 # neutrality. Initial version doesn't implement interface to OpenSSL,
18 # only low-level primitives and unsupported entry points, just enough
19 # to collect performance results, which for Cortex-A8 core are:
20 #
21 # encrypt       19.7 cycles per byte processed with 128-bit key
22 # decrypt       24.1 cycles per byte processed with 128-bit key
23 # key conv.     440  cycles per 128-bit key/0.17 of 8x block
24 #
25 # Snapdragon S4 encrypts byte in 17.9 cycles and decrypts in 22.9.
26 #
27 # When comparing to x86_64 results keep in mind that NEON unit is
28 # [mostly] single-issue and thus can't [fully] benefit from
29 # instruction-level parallelism. And when comparing to aes-armv4
30 # results keep in mind key schedule conversion overhead (see
31 # bsaes-x86_64.pl for further details)...
32 #
33 #                                               <appro@openssl.org>
34
35 while (($output=shift) && ($output!~/^\w[\w\-]*\.\w+$/)) {}
36 open STDOUT,">$output";
37
38 my ($inp,$out,$len,$key)=("r0","r1","r2","r3");
39 my @XMM=map("q$_",(0..15));
40
41 {
42 my ($key,$rounds,$const)=("r4","r5","r6");
43
44 sub Dlo()   { shift=~m|q([1]?[0-9])|?"d".($1*2):"";     }
45 sub Dhi()   { shift=~m|q([1]?[0-9])|?"d".($1*2+1):"";   }
46
47 sub Sbox {
48 # input in  lsb > [b0, b1, b2, b3, b4, b5, b6, b7] < msb
49 # output in lsb > [b0, b1, b4, b6, b3, b7, b2, b5] < msb
50 my @b=@_[0..7];
51 my @t=@_[8..11];
52 my @s=@_[12..15];
53         &InBasisChange  (@b);
54         &Inv_GF256      (@b[6,5,0,3,7,1,4,2],@t,@s);
55         &OutBasisChange (@b[7,1,4,2,6,5,0,3]);
56 }
57
58 sub InBasisChange {
59 # input in  lsb > [b0, b1, b2, b3, b4, b5, b6, b7] < msb
60 # output in lsb > [b6, b5, b0, b3, b7, b1, b4, b2] < msb 
61 my @b=@_[0..7];
62 $code.=<<___;
63         veor    @b[2], @b[2], @b[1]
64         veor    @b[5], @b[5], @b[6]
65         veor    @b[3], @b[3], @b[0]
66         veor    @b[6], @b[6], @b[2]
67         veor    @b[5], @b[5], @b[0]
68
69         veor    @b[6], @b[6], @b[3]
70         veor    @b[3], @b[3], @b[7]
71         veor    @b[7], @b[7], @b[5]
72         veor    @b[3], @b[3], @b[4]
73         veor    @b[4], @b[4], @b[5]
74
75         veor    @b[2], @b[2], @b[7]
76         veor    @b[3], @b[3], @b[1]
77         veor    @b[1], @b[1], @b[5]
78 ___
79 }
80
81 sub OutBasisChange {
82 # input in  lsb > [b0, b1, b2, b3, b4, b5, b6, b7] < msb
83 # output in lsb > [b6, b1, b2, b4, b7, b0, b3, b5] < msb
84 my @b=@_[0..7];
85 $code.=<<___;
86         veor    @b[0], @b[0], @b[6]
87         veor    @b[1], @b[1], @b[4]
88         veor    @b[4], @b[4], @b[6]
89         veor    @b[2], @b[2], @b[0]
90         veor    @b[6], @b[6], @b[1]
91
92         veor    @b[1], @b[1], @b[5]
93         veor    @b[5], @b[5], @b[3]
94         veor    @b[3], @b[3], @b[7]
95         veor    @b[7], @b[7], @b[5]
96         veor    @b[2], @b[2], @b[5]
97
98         veor    @b[4], @b[4], @b[7]
99 ___
100 }
101
102 sub InvSbox {
103 # input in lsb  > [b0, b1, b2, b3, b4, b5, b6, b7] < msb
104 # output in lsb > [b0, b1, b6, b4, b2, b7, b3, b5] < msb
105 my @b=@_[0..7];
106 my @t=@_[8..11];
107 my @s=@_[12..15];
108         &InvInBasisChange       (@b);
109         &Inv_GF256              (@b[5,1,2,6,3,7,0,4],@t,@s);
110         &InvOutBasisChange      (@b[3,7,0,4,5,1,2,6]);
111 }
112
113 sub InvInBasisChange {          # OutBasisChange in reverse (with twist)
114 my @b=@_[5,1,2,6,3,7,0,4];
115 $code.=<<___
116          veor   @b[1], @b[1], @b[7]
117         veor    @b[4], @b[4], @b[7]
118
119         veor    @b[7], @b[7], @b[5]
120          veor   @b[1], @b[1], @b[3]
121         veor    @b[2], @b[2], @b[5]
122         veor    @b[3], @b[3], @b[7]
123
124         veor    @b[6], @b[6], @b[1]
125         veor    @b[2], @b[2], @b[0]
126          veor   @b[5], @b[5], @b[3]
127         veor    @b[4], @b[4], @b[6]
128         veor    @b[0], @b[0], @b[6]
129         veor    @b[1], @b[1], @b[4]
130 ___
131 }
132
133 sub InvOutBasisChange {         # InBasisChange in reverse
134 my @b=@_[2,5,7,3,6,1,0,4];
135 $code.=<<___;
136         veor    @b[1], @b[1], @b[5]
137         veor    @b[2], @b[2], @b[7]
138
139         veor    @b[3], @b[3], @b[1]
140         veor    @b[4], @b[4], @b[5]
141         veor    @b[7], @b[7], @b[5]
142         veor    @b[3], @b[3], @b[4]
143          veor   @b[5], @b[5], @b[0]
144         veor    @b[3], @b[3], @b[7]
145          veor   @b[6], @b[6], @b[2]
146          veor   @b[2], @b[2], @b[1]
147         veor    @b[6], @b[6], @b[3]
148
149         veor    @b[3], @b[3], @b[0]
150         veor    @b[5], @b[5], @b[6]
151 ___
152 }
153
154 sub Mul_GF4 {
155 #;*************************************************************
156 #;* Mul_GF4: Input x0-x1,y0-y1 Output x0-x1 Temp t0 (8) *
157 #;*************************************************************
158 my ($x0,$x1,$y0,$y1,$t0,$t1)=@_;
159 $code.=<<___;
160         veor    $t0, $y0, $y1
161         vand    $t0, $t0, $x0
162         veor    $x0, $x0, $x1
163         vand    $t1, $x1, $y0
164         vand    $x0, $x0, $y1
165         veor    $x1, $t1, $t0
166         veor    $x0, $x0, $t1
167 ___
168 }
169
170 sub Mul_GF4_N {                         # not used, see next subroutine
171 # multiply and scale by N
172 my ($x0,$x1,$y0,$y1,$t0)=@_;
173 $code.=<<___;
174         veor    $t0, $y0, $y1
175         vand    $t0, $t0, $x0
176         veor    $x0, $x0, $x1
177         vand    $x1, $x1, $y0
178         vand    $x0, $x0, $y1
179         veor    $x1, $x1, $x0
180         veor    $x0, $x0, $t0
181 ___
182 }
183
184 sub Mul_GF4_N_GF4 {
185 # interleaved Mul_GF4_N and Mul_GF4
186 my ($x0,$x1,$y0,$y1,$t0,
187     $x2,$x3,$y2,$y3,$t1)=@_;
188 $code.=<<___;
189         veor    $t0, $y0, $y1
190          veor   $t1, $y2, $y3
191         vand    $t0, $t0, $x0
192          vand   $t1, $t1, $x2
193         veor    $x0, $x0, $x1
194          veor   $x2, $x2, $x3
195         vand    $x1, $x1, $y0
196          vand   $x3, $x3, $y2
197         vand    $x0, $x0, $y1
198          vand   $x2, $x2, $y3
199         veor    $x1, $x1, $x0
200          veor   $x2, $x2, $x3
201         veor    $x0, $x0, $t0
202          veor   $x3, $x3, $t1
203 ___
204 }
205 sub Mul_GF16_2 {
206 my @x=@_[0..7];
207 my @y=@_[8..11];
208 my @t=@_[12..15];
209 $code.=<<___;
210         veor    @t[0], @x[0], @x[2]
211         veor    @t[1], @x[1], @x[3]
212 ___
213         &Mul_GF4        (@x[0], @x[1], @y[0], @y[1], @t[2..3]);
214 $code.=<<___;
215         veor    @y[0], @y[0], @y[2]
216         veor    @y[1], @y[1], @y[3]
217 ___
218         Mul_GF4_N_GF4   (@t[0], @t[1], @y[0], @y[1], @t[3],
219                          @x[2], @x[3], @y[2], @y[3], @t[2]);
220 $code.=<<___;
221         veor    @x[0], @x[0], @t[0]
222         veor    @x[2], @x[2], @t[0]
223         veor    @x[1], @x[1], @t[1]
224         veor    @x[3], @x[3], @t[1]
225
226         veor    @t[0], @x[4], @x[6]
227         veor    @t[1], @x[5], @x[7]
228 ___
229         &Mul_GF4_N_GF4  (@t[0], @t[1], @y[0], @y[1], @t[3],
230                          @x[6], @x[7], @y[2], @y[3], @t[2]);
231 $code.=<<___;
232         veor    @y[0], @y[0], @y[2]
233         veor    @y[1], @y[1], @y[3]
234 ___
235         &Mul_GF4        (@x[4], @x[5], @y[0], @y[1], @t[2..3]);
236 $code.=<<___;
237         veor    @x[4], @x[4], @t[0]
238         veor    @x[6], @x[6], @t[0]
239         veor    @x[5], @x[5], @t[1]
240         veor    @x[7], @x[7], @t[1]
241 ___
242 }
243 sub Inv_GF256 {
244 #;********************************************************************
245 #;* Inv_GF256: Input x0-x7 Output x0-x7 Temp t0-t3,s0-s3 (144)       *
246 #;********************************************************************
247 my @x=@_[0..7];
248 my @t=@_[8..11];
249 my @s=@_[12..15];
250 # direct optimizations from hardware
251 $code.=<<___;
252         veor    @t[3], @x[4], @x[6]
253         veor    @t[2], @x[5], @x[7]
254         veor    @t[1], @x[1], @x[3]
255         veor    @s[1], @x[7], @x[6]
256          vmov   @t[0], @t[2]
257         veor    @s[0], @x[0], @x[2]
258
259         vorr    @t[2], @t[2], @t[1]
260         veor    @s[3], @t[3], @t[0]
261         vand    @s[2], @t[3], @s[0]
262         vorr    @t[3], @t[3], @s[0]
263         veor    @s[0], @s[0], @t[1]
264         vand    @t[0], @t[0], @t[1]
265         veor    @t[1], @x[3], @x[2]
266         vand    @s[3], @s[3], @s[0]
267         vand    @s[1], @s[1], @t[1]
268         veor    @t[1], @x[4], @x[5]
269         veor    @s[0], @x[1], @x[0]
270         veor    @t[3], @t[3], @s[1]
271         veor    @t[2], @t[2], @s[1]
272         vand    @s[1], @t[1], @s[0]
273         vorr    @t[1], @t[1], @s[0]
274         veor    @t[3], @t[3], @s[3]
275         veor    @t[0], @t[0], @s[1]
276         veor    @t[2], @t[2], @s[2]
277         veor    @t[1], @t[1], @s[3]
278         veor    @t[0], @t[0], @s[2]
279         vand    @s[0], @x[7], @x[3]
280         veor    @t[1], @t[1], @s[2]
281         vand    @s[1], @x[6], @x[2]
282         vand    @s[2], @x[5], @x[1]
283         vorr    @s[3], @x[4], @x[0]
284         veor    @t[3], @t[3], @s[0]
285         veor    @t[2], @t[2], @s[1]
286         veor    @t[1], @t[1], @s[2]
287         veor    @t[0], @t[0], @s[3]
288
289         @ Inv_GF16 \t0, \t1, \t2, \t3, \s0, \s1, \s2, \s3
290
291         @ new smaller inversion
292
293         veor    @s[0], @t[3], @t[2]
294         vand    @t[3], @t[3], @t[1]
295
296         veor    @s[2], @t[0], @t[3]
297         veor    @s[1], @t[2], @t[3]
298
299         vand    @s[3], @s[0], @s[2]
300         vbsl    @s[1], @t[1], @t[0]
301
302         veor    @s[3], @s[3], @t[2]
303         veor    @t[2], @s[2], @s[1]
304
305         vand    @t[2], @t[2], @t[0]
306         vbsl    @t[0], @s[2], @s[1]
307
308         veor    @s[2], @s[2], @t[2]
309         veor    @t[1], @t[1], @t[0]
310
311         vand    @s[2], @s[2], @s[3]
312
313         veor    @s[2], @s[2], @s[0]
314 ___
315 # output in s3, s2, s1, t1
316
317 # Mul_GF16_2 \x0, \x1, \x2, \x3, \x4, \x5, \x6, \x7, \t2, \t3, \t0, \t1, \s0, \s1, \s2, \s3
318
319 # Mul_GF16_2 \x0, \x1, \x2, \x3, \x4, \x5, \x6, \x7, \s3, \s2, \s1, \t1, \s0, \t0, \t2, \t3
320         &Mul_GF16_2(@x,@s[3,2,1],@t[1],@s[0],@t[0,2,3]);
321
322 ### output msb > [x3,x2,x1,x0,x7,x6,x5,x4] < lsb
323 }
324
325 # AES linear components
326
327 sub ShiftRows {
328 my @x=@_[0..7];
329 my @t=@_[8..11];
330 my $mask=pop;
331 $code.=<<___;
332         vldmia  $key!, {@t[0]-@t[3]}
333         veor    @t[0], @t[0], @x[0]
334         veor    @t[1], @t[1], @x[1]
335         vtbl.8  `&Dlo(@x[0])`, {@t[0]}, `&Dlo($mask)`
336         vtbl.8  `&Dhi(@x[0])`, {@t[0]}, `&Dhi($mask)`
337         vldmia  $key!, {@t[0]}
338         veor    @t[2], @t[2], @x[2]
339         vtbl.8  `&Dlo(@x[1])`, {@t[1]}, `&Dlo($mask)`
340         vtbl.8  `&Dhi(@x[1])`, {@t[1]}, `&Dhi($mask)`
341         vldmia  $key!, {@t[1]}
342         veor    @t[3], @t[3], @x[3]
343         vtbl.8  `&Dlo(@x[2])`, {@t[2]}, `&Dlo($mask)`
344         vtbl.8  `&Dhi(@x[2])`, {@t[2]}, `&Dhi($mask)`
345         vldmia  $key!, {@t[2]}
346         vtbl.8  `&Dlo(@x[3])`, {@t[3]}, `&Dlo($mask)`
347         vtbl.8  `&Dhi(@x[3])`, {@t[3]}, `&Dhi($mask)`
348         vldmia  $key!, {@t[3]}
349         veor    @t[0], @t[0], @x[4]
350         veor    @t[1], @t[1], @x[5]
351         vtbl.8  `&Dlo(@x[4])`, {@t[0]}, `&Dlo($mask)`
352         vtbl.8  `&Dhi(@x[4])`, {@t[0]}, `&Dhi($mask)`
353         veor    @t[2], @t[2], @x[6]
354         vtbl.8  `&Dlo(@x[5])`, {@t[1]}, `&Dlo($mask)`
355         vtbl.8  `&Dhi(@x[5])`, {@t[1]}, `&Dhi($mask)`
356         veor    @t[3], @t[3], @x[7]
357         vtbl.8  `&Dlo(@x[6])`, {@t[2]}, `&Dlo($mask)`
358         vtbl.8  `&Dhi(@x[6])`, {@t[2]}, `&Dhi($mask)`
359         vtbl.8  `&Dlo(@x[7])`, {@t[3]}, `&Dlo($mask)`
360         vtbl.8  `&Dhi(@x[7])`, {@t[3]}, `&Dhi($mask)`
361 ___
362 }
363
364 sub MixColumns {
365 # modified to emit output in order suitable for feeding back to aesenc[last]
366 my @x=@_[0..7];
367 my @t=@_[8..15];
368 $code.=<<___;
369         vext.8  @t[0], @x[0], @x[0], #12        @ x0 <<< 32
370         vext.8  @t[1], @x[1], @x[1], #12
371          veor   @x[0], @x[0], @t[0]             @ x0 ^ (x0 <<< 32)
372         vext.8  @t[2], @x[2], @x[2], #12
373          veor   @x[1], @x[1], @t[1]
374         vext.8  @t[3], @x[3], @x[3], #12
375          veor   @x[2], @x[2], @t[2]
376         vext.8  @t[4], @x[4], @x[4], #12
377          veor   @x[3], @x[3], @t[3]
378         vext.8  @t[5], @x[5], @x[5], #12
379          veor   @x[4], @x[4], @t[4]
380         vext.8  @t[6], @x[6], @x[6], #12
381          veor   @x[5], @x[5], @t[5]
382         vext.8  @t[7], @x[7], @x[7], #12
383          veor   @x[6], @x[6], @t[6]
384
385         veor    @t[1], @t[1], @x[0]
386          veor   @x[7], @x[7], @t[7]
387          vext.8 @x[0], @x[0], @x[0], #8         @ (x0 ^ (x0 <<< 32)) <<< 64)
388         veor    @t[2], @t[2], @x[1]
389         veor    @t[0], @t[0], @x[7]
390         veor    @t[1], @t[1], @x[7]
391          vext.8 @x[1], @x[1], @x[1], #8
392         veor    @t[5], @t[5], @x[4]
393          veor   @x[0], @x[0], @t[0]
394         veor    @t[6], @t[6], @x[5]
395          veor   @x[1], @x[1], @t[1]
396          vext.8 @t[0], @x[4], @x[4], #8
397         veor    @t[4], @t[4], @x[3]
398          vext.8 @t[1], @x[5], @x[5], #8
399         veor    @t[7], @t[7], @x[6]
400          vext.8 @x[4], @x[3], @x[3], #8
401         veor    @t[3], @t[3], @x[2]
402          vext.8 @x[5], @x[7], @x[7], #8
403         veor    @t[4], @t[4], @x[7]
404          vext.8 @x[3], @x[6], @x[6], #8
405         veor    @t[3], @t[3], @x[7]
406          vext.8 @x[6], @x[2], @x[2], #8
407         veor    @x[7], @t[1], @t[5]
408         veor    @x[2], @t[0], @t[4]
409
410         veor    @x[4], @x[4], @t[3]
411         veor    @x[5], @x[5], @t[7]
412         veor    @x[3], @x[3], @t[6]
413          @ vmov @x[2], @t[0]
414         veor    @x[6], @x[6], @t[2]
415          @ vmov @x[7], @t[1]
416 ___
417 }
418
419 sub InvMixColumns {
420 my @x=@_[0..7];
421 my @t=@_[8..15];
422
423 $code.=<<___;
424         @ multiplication by 0x0e
425         vext.8  @t[7], @x[7], @x[7], #12
426         vmov    @t[2], @x[2]
427         veor    @x[2], @x[2], @x[5]             @ 2 5
428         veor    @x[7], @x[7], @x[5]             @ 7 5
429         vext.8  @t[0], @x[0], @x[0], #12
430         vmov    @t[5], @x[5]
431         veor    @x[5], @x[5], @x[0]             @ 5 0           [1]
432         veor    @x[0], @x[0], @x[1]             @ 0 1
433         vext.8  @t[1], @x[1], @x[1], #12
434         veor    @x[1], @x[1], @x[2]             @ 1 25
435         veor    @x[0], @x[0], @x[6]             @ 01 6          [2]
436         vext.8  @t[3], @x[3], @x[3], #12
437         veor    @x[1], @x[1], @x[3]             @ 125 3         [4]
438         veor    @x[2], @x[2], @x[0]             @ 25 016        [3]
439         veor    @x[3], @x[3], @x[7]             @ 3 75
440         veor    @x[7], @x[7], @x[6]             @ 75 6          [0]
441         vext.8  @t[6], @x[6], @x[6], #12
442         vmov    @t[4], @x[4]
443         veor    @x[6], @x[6], @x[4]             @ 6 4
444         veor    @x[4], @x[4], @x[3]             @ 4 375         [6]
445         veor    @x[3], @x[3], @x[7]             @ 375 756=36
446         veor    @x[6], @x[6], @t[5]             @ 64 5          [7]
447         veor    @x[3], @x[3], @t[2]             @ 36 2
448         vext.8  @t[5], @t[5], @t[5], #12
449         veor    @x[3], @x[3], @t[4]             @ 362 4         [5]
450 ___
451                                         my @y = @x[7,5,0,2,1,3,4,6];
452 $code.=<<___;
453         @ multiplication by 0x0b
454         veor    @y[1], @y[1], @y[0]
455         veor    @y[0], @y[0], @t[0]
456         vext.8  @t[2], @t[2], @t[2], #12
457         veor    @y[1], @y[1], @t[1]
458         veor    @y[0], @y[0], @t[5]
459         vext.8  @t[4], @t[4], @t[4], #12
460         veor    @y[1], @y[1], @t[6]
461         veor    @y[0], @y[0], @t[7]
462         veor    @t[7], @t[7], @t[6]             @ clobber t[7]
463
464         veor    @y[3], @y[3], @t[0]
465          veor   @y[1], @y[1], @y[0]
466         vext.8  @t[0], @t[0], @t[0], #12
467         veor    @y[2], @y[2], @t[1]
468         veor    @y[4], @y[4], @t[1]
469         vext.8  @t[1], @t[1], @t[1], #12
470         veor    @y[2], @y[2], @t[2]
471         veor    @y[3], @y[3], @t[2]
472         veor    @y[5], @y[5], @t[2]
473         veor    @y[2], @y[2], @t[7]
474         vext.8  @t[2], @t[2], @t[2], #12
475         veor    @y[3], @y[3], @t[3]
476         veor    @y[6], @y[6], @t[3]
477         veor    @y[4], @y[4], @t[3]
478         veor    @y[7], @y[7], @t[4]
479         vext.8  @t[3], @t[3], @t[3], #12
480         veor    @y[5], @y[5], @t[4]
481         veor    @y[7], @y[7], @t[7]
482         veor    @t[7], @t[7], @t[5]             @ clobber t[7] even more
483         veor    @y[3], @y[3], @t[5]
484         veor    @y[4], @y[4], @t[4]
485
486         veor    @y[5], @y[5], @t[7]
487         vext.8  @t[4], @t[4], @t[4], #12
488         veor    @y[6], @y[6], @t[7]
489         veor    @y[4], @y[4], @t[7]
490
491         veor    @t[7], @t[7], @t[5]
492         vext.8  @t[5], @t[5], @t[5], #12
493
494         @ multiplication by 0x0d
495         veor    @y[4], @y[4], @y[7]
496          veor   @t[7], @t[7], @t[6]             @ restore t[7]
497         veor    @y[7], @y[7], @t[4]
498         vext.8  @t[6], @t[6], @t[6], #12
499         veor    @y[2], @y[2], @t[0]
500         veor    @y[7], @y[7], @t[5]
501         vext.8  @t[7], @t[7], @t[7], #12
502         veor    @y[2], @y[2], @t[2]
503
504         veor    @y[3], @y[3], @y[1]
505         veor    @y[1], @y[1], @t[1]
506         veor    @y[0], @y[0], @t[0]
507         veor    @y[3], @y[3], @t[0]
508         veor    @y[1], @y[1], @t[5]
509         veor    @y[0], @y[0], @t[5]
510         vext.8  @t[0], @t[0], @t[0], #12
511         veor    @y[1], @y[1], @t[7]
512         veor    @y[0], @y[0], @t[6]
513         veor    @y[3], @y[3], @y[1]
514         veor    @y[4], @y[4], @t[1]
515         vext.8  @t[1], @t[1], @t[1], #12
516
517         veor    @y[7], @y[7], @t[7]
518         veor    @y[4], @y[4], @t[2]
519         veor    @y[5], @y[5], @t[2]
520         veor    @y[2], @y[2], @t[6]
521         veor    @t[6], @t[6], @t[3]             @ clobber t[6]
522         vext.8  @t[2], @t[2], @t[2], #12
523         veor    @y[4], @y[4], @y[7]
524         veor    @y[3], @y[3], @t[6]
525
526         veor    @y[6], @y[6], @t[6]
527         veor    @y[5], @y[5], @t[5]
528         vext.8  @t[5], @t[5], @t[5], #12
529         veor    @y[6], @y[6], @t[4]
530         vext.8  @t[4], @t[4], @t[4], #12
531         veor    @y[5], @y[5], @t[6]
532         veor    @y[6], @y[6], @t[7]
533         vext.8  @t[7], @t[7], @t[7], #12
534         veor    @t[6], @t[6], @t[3]             @ restore t[6]
535         vext.8  @t[3], @t[3], @t[3], #12
536
537         @ multiplication by 0x09
538         veor    @y[4], @y[4], @y[1]
539         veor    @t[1], @t[1], @y[1]             @ t[1]=y[1]
540         veor    @t[0], @t[0], @t[5]             @ clobber t[0]
541         vext.8  @t[6], @t[6], @t[6], #12
542         veor    @t[1], @t[1], @t[5]
543         veor    @y[3], @y[3], @t[0]
544         veor    @t[0], @t[0], @y[0]             @ t[0]=y[0]
545         veor    @t[1], @t[1], @t[6]
546         veor    @t[6], @t[6], @t[7]             @ clobber t[6]
547         veor    @y[4], @y[4], @t[1]
548         veor    @y[7], @y[7], @t[4]
549         veor    @y[6], @y[6], @t[3]
550         veor    @y[5], @y[5], @t[2]
551         veor    @t[4], @t[4], @y[4]             @ t[4]=y[4]
552         veor    @t[3], @t[3], @y[3]             @ t[3]=y[3]
553         veor    @t[5], @t[5], @y[5]             @ t[5]=y[5]
554         veor    @t[2], @t[2], @y[2]             @ t[2]=y[2]
555         veor    @t[3], @t[3], @t[7]
556         veor    @XMM[5], @t[5], @t[6]
557         veor    @XMM[6], @t[6], @y[6]           @ t[6]=y[6]
558         veor    @XMM[2], @t[2], @t[6]
559         veor    @XMM[7], @t[7], @y[7]           @ t[7]=y[7]
560
561         vmov    @XMM[0], @t[0]
562         vmov    @XMM[1], @t[1]
563         @ vmov  @XMM[2], @t[2]
564         vmov    @XMM[3], @t[3]
565         vmov    @XMM[4], @t[4]
566         @ vmov  @XMM[5], @t[5]
567         @ vmov  @XMM[6], @t[6]
568         @ vmov  @XMM[7], @t[7]
569 ___
570 }
571
572 sub swapmove {
573 my ($a,$b,$n,$mask,$t)=@_;
574 $code.=<<___;
575         vshr.u64        $t, $b, #$n
576         veor            $t, $t, $a
577         vand            $t, $t, $mask
578         veor            $a, $a, $t
579         vshl.u64        $t, $t, #$n
580         veor            $b, $b, $t
581 ___
582 }
583 sub swapmove2x {
584 my ($a0,$b0,$a1,$b1,$n,$mask,$t0,$t1)=@_;
585 $code.=<<___;
586         vshr.u64        $t0, $b0, #$n
587          vshr.u64       $t1, $b1, #$n
588         veor            $t0, $t0, $a0
589          veor           $t1, $t1, $a1
590         vand            $t0, $t0, $mask
591          vand           $t1, $t1, $mask
592         veor            $a0, $a0, $t0
593         vshl.u64        $t0, $t0, #$n
594          veor           $a1, $a1, $t1
595          vshl.u64       $t1, $t1, #$n
596         veor            $b0, $b0, $t0
597          veor           $b1, $b1, $t1
598 ___
599 }
600
601 sub bitslice {
602 my @x=reverse(@_[0..7]);
603 my ($t0,$t1,$t2,$t3)=@_[8..11];
604 $code.=<<___;
605         vmov.i8 $t0,#0x55                       @ compose .LBS0
606         vmov.i8 $t1,#0x33                       @ compose .LBS1
607 ___
608         &swapmove2x(@x[0,1,2,3],1,$t0,$t2,$t3);
609         &swapmove2x(@x[4,5,6,7],1,$t0,$t2,$t3);
610 $code.=<<___;
611         vmov.i8 $t0,#0x0f                       @ compose .LBS2
612 ___
613         &swapmove2x(@x[0,2,1,3],2,$t1,$t2,$t3);
614         &swapmove2x(@x[4,6,5,7],2,$t1,$t2,$t3);
615
616         &swapmove2x(@x[0,4,1,5],4,$t0,$t2,$t3);
617         &swapmove2x(@x[2,6,3,7],4,$t0,$t2,$t3);
618 }
619
620 $code.=<<___;
621 .text
622 .code   32
623 .fpu    neon
624
625 .type   _bsaes_decrypt8,%function
626 .align  4
627 _bsaes_decrypt8:
628         sub     $const,pc,#8                    @ _bsaes_decrypt8
629         vldmia  $key!, {@XMM[9]}                @ round 0 key
630         add     $const,$const,#.LM0ISR-_bsaes_decrypt8
631
632         vldmia  $const!, {@XMM[8]}              @ .LM0ISR
633         veor    @XMM[10], @XMM[0], @XMM[9]      @ xor with round0 key
634         veor    @XMM[11], @XMM[1], @XMM[9]
635          vtbl.8 `&Dlo(@XMM[0])`, {@XMM[10]}, `&Dlo(@XMM[8])`
636          vtbl.8 `&Dhi(@XMM[0])`, {@XMM[10]}, `&Dhi(@XMM[8])`
637         veor    @XMM[12], @XMM[2], @XMM[9]
638          vtbl.8 `&Dlo(@XMM[1])`, {@XMM[11]}, `&Dlo(@XMM[8])`
639          vtbl.8 `&Dhi(@XMM[1])`, {@XMM[11]}, `&Dhi(@XMM[8])`
640         veor    @XMM[13], @XMM[3], @XMM[9]
641          vtbl.8 `&Dlo(@XMM[2])`, {@XMM[12]}, `&Dlo(@XMM[8])`
642          vtbl.8 `&Dhi(@XMM[2])`, {@XMM[12]}, `&Dhi(@XMM[8])`
643         veor    @XMM[14], @XMM[4], @XMM[9]
644          vtbl.8 `&Dlo(@XMM[3])`, {@XMM[13]}, `&Dlo(@XMM[8])`
645          vtbl.8 `&Dhi(@XMM[3])`, {@XMM[13]}, `&Dhi(@XMM[8])`
646         veor    @XMM[15], @XMM[5], @XMM[9]
647          vtbl.8 `&Dlo(@XMM[4])`, {@XMM[14]}, `&Dlo(@XMM[8])`
648          vtbl.8 `&Dhi(@XMM[4])`, {@XMM[14]}, `&Dhi(@XMM[8])`
649         veor    @XMM[10], @XMM[6], @XMM[9]
650          vtbl.8 `&Dlo(@XMM[5])`, {@XMM[15]}, `&Dlo(@XMM[8])`
651          vtbl.8 `&Dhi(@XMM[5])`, {@XMM[15]}, `&Dhi(@XMM[8])`
652         veor    @XMM[11], @XMM[7], @XMM[9]
653          vtbl.8 `&Dlo(@XMM[6])`, {@XMM[10]}, `&Dlo(@XMM[8])`
654          vtbl.8 `&Dhi(@XMM[6])`, {@XMM[10]}, `&Dhi(@XMM[8])`
655          vtbl.8 `&Dlo(@XMM[7])`, {@XMM[11]}, `&Dlo(@XMM[8])`
656          vtbl.8 `&Dhi(@XMM[7])`, {@XMM[11]}, `&Dhi(@XMM[8])`
657 ___
658         &bitslice       (@XMM[0..7, 8..11]);
659 $code.=<<___;
660         sub     $rounds,$rounds,#1
661         b       .Ldec_sbox
662 .align  4
663 .Ldec_loop:
664 ___
665         &ShiftRows      (@XMM[0..7, 8..12]);
666 $code.=".Ldec_sbox:\n";
667         &InvSbox        (@XMM[0..7, 8..15]);
668 $code.=<<___;
669         subs    $rounds,$rounds,#1
670         bcc     .Ldec_done
671 ___
672         &InvMixColumns  (@XMM[0,1,6,4,2,7,3,5, 8..15]);
673 $code.=<<___;
674         vldmia  $const, {@XMM[12]}              @ .LISR
675         addeq   $const,$const,#0x10
676         bne     .Ldec_loop
677         vldmia  $const, {@XMM[12]}              @ .LISRM0
678         b       .Ldec_loop
679 .align  4
680 .Ldec_done:
681 ___
682         &bitslice       (@XMM[0,1,6,4,2,7,3,5, 8..11]);
683 $code.=<<___;
684         vldmia  $key, {@XMM[8]}                 @ last round key
685         veor    @XMM[6], @XMM[6], @XMM[8]
686         veor    @XMM[4], @XMM[4], @XMM[8]
687         veor    @XMM[2], @XMM[2], @XMM[8]
688         veor    @XMM[7], @XMM[7], @XMM[8]
689         veor    @XMM[3], @XMM[3], @XMM[8]
690         veor    @XMM[5], @XMM[5], @XMM[8]
691         veor    @XMM[0], @XMM[0], @XMM[8]
692         veor    @XMM[1], @XMM[1], @XMM[8]
693         bx      lr
694 .size   _bsaes_decrypt8,.-_bsaes_decrypt8
695
696 .type   _bsaes_const,%object
697 .align  6
698 _bsaes_const:
699 .LM0ISR:        @ InvShiftRows constants
700         .quad   0x0a0e0206070b0f03, 0x0004080c0d010509
701 .LISR:
702         .quad   0x0504070602010003, 0x0f0e0d0c080b0a09
703 .LISRM0:
704         .quad   0x01040b0e0205080f, 0x0306090c00070a0d
705 .LM0SR:         @ ShiftRows constants
706         .quad   0x0a0e02060f03070b, 0x0004080c05090d01
707 .LSR:
708         .quad   0x0504070600030201, 0x0f0e0d0c0a09080b
709 .LSRM0:
710         .quad   0x0304090e00050a0f, 0x01060b0c0207080d
711 .LM0:
712         .quad   0x02060a0e03070b0f, 0x0004080c0105090d
713 .asciz  "Bit-sliced AES for NEON, CRYPTOGAMS by <appro\@openssl.org>"
714 .align  6
715 .size   _bsaes_const,.-_bsaes_const
716
717 .type   _bsaes_encrypt8,%function
718 .align  4
719 _bsaes_encrypt8:
720         sub     $const,pc,#8                    @ _bsaes_encrypt8
721         vldmia  $key!, {@XMM[9]}                @ round 0 key
722         sub     $const,$const,#_bsaes_encrypt8-.LM0SR
723
724         vldmia  $const!, {@XMM[8]}              @ .LM0SR
725         veor    @XMM[10], @XMM[0], @XMM[9]      @ xor with round0 key
726         veor    @XMM[11], @XMM[1], @XMM[9]
727          vtbl.8 `&Dlo(@XMM[0])`, {@XMM[10]}, `&Dlo(@XMM[8])`
728          vtbl.8 `&Dhi(@XMM[0])`, {@XMM[10]}, `&Dhi(@XMM[8])`
729         veor    @XMM[12], @XMM[2], @XMM[9]
730          vtbl.8 `&Dlo(@XMM[1])`, {@XMM[11]}, `&Dlo(@XMM[8])`
731          vtbl.8 `&Dhi(@XMM[1])`, {@XMM[11]}, `&Dhi(@XMM[8])`
732         veor    @XMM[13], @XMM[3], @XMM[9]
733          vtbl.8 `&Dlo(@XMM[2])`, {@XMM[12]}, `&Dlo(@XMM[8])`
734          vtbl.8 `&Dhi(@XMM[2])`, {@XMM[12]}, `&Dhi(@XMM[8])`
735         veor    @XMM[14], @XMM[4], @XMM[9]
736          vtbl.8 `&Dlo(@XMM[3])`, {@XMM[13]}, `&Dlo(@XMM[8])`
737          vtbl.8 `&Dhi(@XMM[3])`, {@XMM[13]}, `&Dhi(@XMM[8])`
738         veor    @XMM[15], @XMM[5], @XMM[9]
739          vtbl.8 `&Dlo(@XMM[4])`, {@XMM[14]}, `&Dlo(@XMM[8])`
740          vtbl.8 `&Dhi(@XMM[4])`, {@XMM[14]}, `&Dhi(@XMM[8])`
741         veor    @XMM[10], @XMM[6], @XMM[9]
742          vtbl.8 `&Dlo(@XMM[5])`, {@XMM[15]}, `&Dlo(@XMM[8])`
743          vtbl.8 `&Dhi(@XMM[5])`, {@XMM[15]}, `&Dhi(@XMM[8])`
744         veor    @XMM[11], @XMM[7], @XMM[9]
745          vtbl.8 `&Dlo(@XMM[6])`, {@XMM[10]}, `&Dlo(@XMM[8])`
746          vtbl.8 `&Dhi(@XMM[6])`, {@XMM[10]}, `&Dhi(@XMM[8])`
747          vtbl.8 `&Dlo(@XMM[7])`, {@XMM[11]}, `&Dlo(@XMM[8])`
748          vtbl.8 `&Dhi(@XMM[7])`, {@XMM[11]}, `&Dhi(@XMM[8])`
749 _bsaes_encrypt8_bitslice:
750 ___
751         &bitslice       (@XMM[0..7, 8..11]);
752 $code.=<<___;
753         sub     $rounds,$rounds,#1
754         b       .Lenc_sbox
755 .align  4
756 .Lenc_loop:
757 ___
758         &ShiftRows      (@XMM[0..7, 8..12]);
759 $code.=".Lenc_sbox:\n";
760         &Sbox           (@XMM[0..7, 8..15]);
761 $code.=<<___;
762         subs    $rounds,$rounds,#1
763         bcc     .Lenc_done
764 ___
765         &MixColumns     (@XMM[0,1,4,6,3,7,2,5, 8..15]);
766 $code.=<<___;
767         vldmia  $const, {@XMM[12]}              @ .LSR
768         addeq   $const,$const,#0x10
769         bne     .Lenc_loop
770         vldmia  $const, {@XMM[12]}              @ .LSRM0
771         b       .Lenc_loop
772 .align  4
773 .Lenc_done:
774 ___
775         # output in lsb > [t0, t1, t4, t6, t3, t7, t2, t5] < msb
776         &bitslice       (@XMM[0,1,4,6,3,7,2,5, 8..11]);
777 $code.=<<___;
778         vldmia  $key, {@XMM[8]}                 @ last round key
779         veor    @XMM[4], @XMM[4], @XMM[8]
780         veor    @XMM[6], @XMM[6], @XMM[8]
781         veor    @XMM[3], @XMM[3], @XMM[8]
782         veor    @XMM[7], @XMM[7], @XMM[8]
783         veor    @XMM[2], @XMM[2], @XMM[8]
784         veor    @XMM[5], @XMM[5], @XMM[8]
785         veor    @XMM[0], @XMM[0], @XMM[8]
786         veor    @XMM[1], @XMM[1], @XMM[8]
787         bx      lr
788 .size   _bsaes_encrypt8,.-_bsaes_encrypt8
789 ___
790 }
791 {
792 my ($out,$inp,$rounds,$const)=("r12","r4","r5","r6");
793
794 sub bitslice_key {
795 my @x=reverse(@_[0..7]);
796 my ($bs0,$bs1,$bs2,$t2,$t3)=@_[8..12];
797
798         &swapmove       (@x[0,1],1,$bs0,$t2,$t3);
799 $code.=<<___;
800         @ &swapmove(@x[2,3],1,$t0,$t2,$t3);
801         vmov    @x[2], @x[0]
802         vmov    @x[3], @x[1]
803 ___
804         #&swapmove2x(@x[4,5,6,7],1,$t0,$t2,$t3);
805
806         &swapmove2x     (@x[0,2,1,3],2,$bs1,$t2,$t3);
807 $code.=<<___;
808         @ &swapmove2x(@x[4,6,5,7],2,$t1,$t2,$t3);
809         vmov    @x[4], @x[0]
810         vmov    @x[6], @x[2]
811         vmov    @x[5], @x[1]
812         vmov    @x[7], @x[3]
813 ___
814         &swapmove2x     (@x[0,4,1,5],4,$bs2,$t2,$t3);
815         &swapmove2x     (@x[2,6,3,7],4,$bs2,$t2,$t3);
816 }
817
818 $code.=<<___;
819 .type   _bsaes_key_convert,%function
820 .align  4
821 _bsaes_key_convert:
822         sub     $const,pc,#8                    @ _bsaes_key_convert
823         vld1.8  {@XMM[7]},  [$inp]!             @ load round 0 key
824         sub     $const,$const,#_bsaes_key_convert-.LM0
825         vld1.8  {@XMM[15]}, [$inp]!             @ load round 1 key
826
827         vmov.i8 @XMM[8],  #0x01                 @ bit masks
828         vmov.i8 @XMM[9],  #0x02
829         vmov.i8 @XMM[10], #0x04
830         vmov.i8 @XMM[11], #0x08
831         vmov.i8 @XMM[12], #0x10
832         vmov.i8 @XMM[13], #0x20
833         vldmia  $const, {@XMM[14]}              @ .LM0
834
835 #ifdef __ARMEL__
836         vrev32.8        @XMM[7],  @XMM[7]
837         vrev32.8        @XMM[15], @XMM[15]
838 #endif
839         sub     $rounds,$rounds,#1
840         vstmia  $out!, {@XMM[7]}                @ save round 0 key
841         b       .Lkey_loop
842
843 .align  4
844 .Lkey_loop:
845         vtbl.8  `&Dlo(@XMM[7])`,{@XMM[15]},`&Dlo(@XMM[14])`
846         vtbl.8  `&Dhi(@XMM[7])`,{@XMM[15]},`&Dhi(@XMM[14])`
847         vmov.i8 @XMM[6],  #0x40
848         vmov.i8 @XMM[15], #0x80
849
850         vtst.8  @XMM[0], @XMM[7], @XMM[8]
851         vtst.8  @XMM[1], @XMM[7], @XMM[9]
852         vtst.8  @XMM[2], @XMM[7], @XMM[10]
853         vtst.8  @XMM[3], @XMM[7], @XMM[11]
854         vtst.8  @XMM[4], @XMM[7], @XMM[12]
855         vtst.8  @XMM[5], @XMM[7], @XMM[13]
856         vtst.8  @XMM[6], @XMM[7], @XMM[6]
857         vtst.8  @XMM[7], @XMM[7], @XMM[15]
858         vld1.8  {@XMM[15]}, [$inp]!             @ load next round key
859         vmvn    @XMM[0], @XMM[0]                @ "pnot"
860         vmvn    @XMM[1], @XMM[1]
861         vmvn    @XMM[5], @XMM[5]
862         vmvn    @XMM[6], @XMM[6]
863 #ifdef __ARMEL__
864         vrev32.8        @XMM[15], @XMM[15]
865 #endif
866         subs    $rounds,$rounds,#1
867         vstmia  $out!,{@XMM[0]-@XMM[7]}         @ write bit-sliced round key
868         bne     .Lkey_loop
869
870         vmov.i8 @XMM[7],#0x63                   @ compose .L63
871         @ don't save last round key
872         bx      lr
873 .size   _bsaes_key_convert,.-_bsaes_key_convert
874 ___
875 }
876
877 if (1) {                # following four functions are unsupported interface
878                         # used for benchmarking...
879 $code.=<<___;
880 .globl  bsaes_enc_key_convert
881 .type   bsaes_enc_key_convert,%function
882 .align  4
883 bsaes_enc_key_convert:
884         stmdb   sp!,{r4-r6,lr}
885         vstmdb  sp!,{d8-d15}            @ ABI specification says so
886
887         ldr     r5,[$inp,#240]                  @ pass rounds
888         mov     r4,$inp                         @ pass key
889         mov     r12,$out                        @ pass key schedule
890         bl      _bsaes_key_convert
891         veor    @XMM[7],@XMM[7],@XMM[15]        @ fix up last round key
892         vstmia  r12, {@XMM[7]}                  @ save last round key
893
894         vldmia  sp!,{d8-d15}
895         ldmia   sp!,{r4-r6,pc}
896 .size   bsaes_enc_key_convert,.-bsaes_enc_key_convert
897
898 .globl  bsaes_encrypt_128
899 .type   bsaes_encrypt_128,%function
900 .align  4
901 bsaes_encrypt_128:
902         stmdb   sp!,{r4-r6,lr}
903         vstmdb  sp!,{d8-d15}            @ ABI specification says so
904 .Lenc128_loop:
905         vld1.8  {@XMM[0]-@XMM[1]}, [$inp]!      @ load input
906         vld1.8  {@XMM[2]-@XMM[3]}, [$inp]!
907         mov     r4,$key                         @ pass the key
908         vld1.8  {@XMM[4]-@XMM[5]}, [$inp]!
909         mov     r5,#10                          @ pass rounds
910         vld1.8  {@XMM[6]-@XMM[7]}, [$inp]!
911
912         bl      _bsaes_encrypt8
913
914         vst1.8  {@XMM[0]-@XMM[1]}, [$out]!      @ write output
915         vst1.8  {@XMM[4]}, [$out]!
916         vst1.8  {@XMM[6]}, [$out]!
917         vst1.8  {@XMM[3]}, [$out]!
918         vst1.8  {@XMM[7]}, [$out]!
919         vst1.8  {@XMM[2]}, [$out]!
920         subs    $len,$len,#0x80
921         vst1.8  {@XMM[5]}, [$out]!
922         bhi     .Lenc128_loop
923
924         vldmia  sp!,{d8-d15}
925         ldmia   sp!,{r4-r6,pc}
926 .size   bsaes_encrypt_128,.-bsaes_encrypt_128
927
928 .globl  bsaes_dec_key_convert
929 .type   bsaes_dec_key_convert,%function
930 .align  4
931 bsaes_dec_key_convert:
932         stmdb   sp!,{r4-r6,lr}
933         vstmdb  sp!,{d8-d15}            @ ABI specification says so
934
935         ldr     r5,[$inp,#240]                  @ pass rounds
936         mov     r4,$inp                         @ pass key
937         mov     r12,$out                        @ pass key schedule
938         bl      _bsaes_key_convert
939         vldmia  $out, {@XMM[6]}
940         vstmia  r12,  {@XMM[15]}                @ save last round key
941         veor    @XMM[7], @XMM[7], @XMM[6]       @ fix up round 0 key
942         vstmia  $out, {@XMM[7]}
943
944         vldmia  sp!,{d8-d15}
945         ldmia   sp!,{r4-r6,pc}
946 .size   bsaes_dec_key_convert,.-bsaes_dec_key_convert
947
948 .globl  bsaes_decrypt_128
949 .type   bsaes_decrypt_128,%function
950 .align  4
951 bsaes_decrypt_128:
952         stmdb   sp!,{r4-r6,lr}
953         vstmdb  sp!,{d8-d15}            @ ABI specification says so
954 .Ldec128_loop:
955         vld1.8  {@XMM[0]-@XMM[1]}, [$inp]!      @ load input
956         vld1.8  {@XMM[2]-@XMM[3]}, [$inp]!
957         mov     r4,$key                         @ pass the key
958         vld1.8  {@XMM[4]-@XMM[5]}, [$inp]!
959         mov     r5,#10                          @ pass rounds
960         vld1.8  {@XMM[6]-@XMM[7]}, [$inp]!
961
962         bl      _bsaes_decrypt8
963
964         vst1.8  {@XMM[0]-@XMM[1]}, [$out]!      @ write output
965         vst1.8  {@XMM[6]}, [$out]!
966         vst1.8  {@XMM[4]}, [$out]!
967         vst1.8  {@XMM[2]}, [$out]!
968         vst1.8  {@XMM[7]}, [$out]!
969         vst1.8  {@XMM[3]}, [$out]!
970         subs    $len,$len,#0x80
971         vst1.8  {@XMM[5]}, [$out]!
972         bhi     .Ldec128_loop
973
974         vldmia  sp!,{d8-d15}
975         ldmia   sp!,{r4-r6,pc}
976 .size   bsaes_decrypt_128,.-bsaes_decrypt_128
977 ___
978 }
979
980 $code =~ s/\`([^\`]*)\`/eval($1)/gem;
981
982 print $code;
983
984 close STDOUT;