chacha20poly1305
[openssl.git] / crypto / poly1305 / poly1305_arm.c
1 /* ====================================================================
2  * Copyright (c) 2011-2013 The OpenSSL Project.  All rights reserved.
3  *
4  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
5  * modification, are permitted provided that the following conditions
6  * are met:
7  *
8  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
9  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
10  *
11  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in
13  *    the documentation and/or other materials provided with the
14  *    distribution.
15  *
16  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this
17  *    software must display the following acknowledgment:
18  *    "This product includes software developed by the OpenSSL Project
19  *    for use in the OpenSSL Toolkit. (http://www.OpenSSL.org/)"
20  *
21  * 4. The names "OpenSSL Toolkit" and "OpenSSL Project" must not be used to
22  *    endorse or promote products derived from this software without
23  *    prior written permission. For written permission, please contact
24  *    licensing@OpenSSL.org.
25  *
26  * 5. Products derived from this software may not be called "OpenSSL"
27  *    nor may "OpenSSL" appear in their names without prior written
28  *    permission of the OpenSSL Project.
29  *
30  * 6. Redistributions of any form whatsoever must retain the following
31  *    acknowledgment:
32  *    "This product includes software developed by the OpenSSL Project
33  *    for use in the OpenSSL Toolkit (http://www.OpenSSL.org/)"
34  *
35  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE OpenSSL PROJECT ``AS IS'' AND ANY
36  * EXPRESSED OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
37  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR
38  * PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE OpenSSL PROJECT OR
39  * ITS CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
40  * SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
41  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
42  * LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
43  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT,
44  * STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE)
45  * ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED
46  * OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
47  * ====================================================================
48  */
49
50 /* This implementation was taken from the public domain, neon2 version in
51  * SUPERCOP by D. J. Bernstein and Peter Schwabe. */
52
53 #include <stdint.h>
54
55 #include <openssl/poly1305.h>
56
57 #if !defined(OPENSSL_NO_POLY1305)
58
59 typedef struct {
60   uint32_t v[12]; /* for alignment; only using 10 */
61 } fe1305x2;
62
63 #define addmulmod openssl_poly1305_neon2_addmulmod
64 #define blocks openssl_poly1305_neon2_blocks
65
66 extern void addmulmod(fe1305x2 *r, const fe1305x2 *x, const fe1305x2 *y, const fe1305x2 *c);
67
68 extern int blocks(fe1305x2 *h, const fe1305x2 *precomp, const unsigned char *in, unsigned int inlen);
69
70 static void freeze(fe1305x2 *r)
71         {
72         int i;
73
74         uint32_t x0 = r->v[0];
75         uint32_t x1 = r->v[2];
76         uint32_t x2 = r->v[4];
77         uint32_t x3 = r->v[6];
78         uint32_t x4 = r->v[8];
79         uint32_t y0;
80         uint32_t y1;
81         uint32_t y2;
82         uint32_t y3;
83         uint32_t y4;
84         uint32_t swap;
85
86         for (i = 0;i < 3;++i)
87                 {
88                 x1 += x0 >> 26; x0 &= 0x3ffffff;
89                 x2 += x1 >> 26; x1 &= 0x3ffffff;
90                 x3 += x2 >> 26; x2 &= 0x3ffffff;
91                 x4 += x3 >> 26; x3 &= 0x3ffffff;
92                 x0 += 5*(x4 >> 26); x4 &= 0x3ffffff;
93                 }
94
95         y0 = x0 + 5;
96         y1 = x1 + (y0 >> 26); y0 &= 0x3ffffff;
97         y2 = x2 + (y1 >> 26); y1 &= 0x3ffffff;
98         y3 = x3 + (y2 >> 26); y2 &= 0x3ffffff;
99         y4 = x4 + (y3 >> 26); y3 &= 0x3ffffff;
100         swap = -(y4 >> 26); y4 &= 0x3ffffff;
101
102         y0 ^= x0;
103         y1 ^= x1;
104         y2 ^= x2;
105         y3 ^= x3;
106         y4 ^= x4;
107
108         y0 &= swap;
109         y1 &= swap;
110         y2 &= swap;
111         y3 &= swap;
112         y4 &= swap;
113
114         y0 ^= x0;
115         y1 ^= x1;
116         y2 ^= x2;
117         y3 ^= x3;
118         y4 ^= x4;
119
120         r->v[0] = y0;
121         r->v[2] = y1;
122         r->v[4] = y2;
123         r->v[6] = y3;
124         r->v[8] = y4;
125         }
126
127 static void fe1305x2_tobytearray(unsigned char *r, fe1305x2 *x)
128         {
129         uint32_t x0 = x->v[0];
130         uint32_t x1 = x->v[2];
131         uint32_t x2 = x->v[4];
132         uint32_t x3 = x->v[6];
133         uint32_t x4 = x->v[8];
134
135         x1 += x0 >> 26;
136         x0 &= 0x3ffffff;
137         x2 += x1 >> 26;
138         x1 &= 0x3ffffff;
139         x3 += x2 >> 26;
140         x2 &= 0x3ffffff;
141         x4 += x3 >> 26;
142         x3 &= 0x3ffffff;
143
144         *(uint32_t *) r = x0 + (x1 << 26);
145         *(uint32_t *) (r + 4) = (x1 >> 6) + (x2 << 20);
146         *(uint32_t *) (r + 8) = (x2 >> 12) + (x3 << 14);
147         *(uint32_t *) (r + 12) = (x3 >> 18) + (x4 << 8);
148         }
149
150 /* load32 exists to avoid breaking strict aliasing rules in
151  * fe1305x2_frombytearray. */
152 static uint32_t load32(unsigned char *t)
153         {
154         uint32_t tmp;
155         memcpy(&tmp, t, sizeof(tmp));
156         return tmp;
157         }
158
159 static void fe1305x2_frombytearray(fe1305x2 *r, const unsigned char *x, unsigned long long xlen)
160         {
161         int i;
162         unsigned char t[17];
163
164         for (i = 0; (i < 16) && (i < xlen); i++)
165                 t[i] = x[i];
166         xlen -= i;
167         x += i;
168         t[i++] = 1;
169         for (; i<17; i++)
170                 t[i] = 0;
171
172         r->v[0] = 0x3ffffff & load32(t);
173         r->v[2] = 0x3ffffff & (load32(t + 3) >> 2);
174         r->v[4] = 0x3ffffff & (load32(t + 6) >> 4);
175         r->v[6] = 0x3ffffff & (load32(t + 9) >> 6);
176         r->v[8] = load32(t + 13);
177
178         if (xlen)
179                 {
180                 for (i = 0; (i < 16) && (i < xlen); i++)
181                         t[i] = x[i];
182                 t[i++] = 1;
183                 for (; i<17; i++)
184                         t[i] = 0;
185
186                 r->v[1] = 0x3ffffff & load32(t);
187                 r->v[3] = 0x3ffffff & (load32(t + 3) >> 2);
188                 r->v[5] = 0x3ffffff & (load32(t + 6) >> 4);
189                 r->v[7] = 0x3ffffff & (load32(t + 9) >> 6);
190                 r->v[9] = load32(t + 13);
191                 }
192         else
193                 r->v[1] = r->v[3] = r->v[5] = r->v[7] = r->v[9] = 0;
194         }
195
196 static const fe1305x2 zero __attribute__ ((aligned (16)));
197
198 struct poly1305_state_st {
199         unsigned char data[sizeof(fe1305x2[5]) + 128];
200         unsigned char buf[32];
201         unsigned int buf_used;
202         unsigned char key[16];
203 };
204
205 void CRYPTO_poly1305_init(poly1305_state *state, const unsigned char key[32])
206         {
207         struct poly1305_state_st *st = (struct poly1305_state_st*) (state);
208         fe1305x2 *const r = (fe1305x2 *) (st->data + (15 & (-(int) st->data)));
209         fe1305x2 *const h = r + 1;
210         fe1305x2 *const c = h + 1;
211         fe1305x2 *const precomp = c + 1;
212         unsigned int j;
213
214         r->v[1] = r->v[0] = 0x3ffffff & *(uint32_t *) key;
215         r->v[3] = r->v[2] = 0x3ffff03 & ((*(uint32_t *) (key + 3)) >> 2);
216         r->v[5] = r->v[4] = 0x3ffc0ff & ((*(uint32_t *) (key + 6)) >> 4);
217         r->v[7] = r->v[6] = 0x3f03fff & ((*(uint32_t *) (key + 9)) >> 6);
218         r->v[9] = r->v[8] = 0x00fffff & ((*(uint32_t *) (key + 12)) >> 8);
219
220         for (j = 0; j < 10; j++)
221                 h->v[j] = 0; /* XXX: should fast-forward a bit */
222
223         addmulmod(precomp,r,r,&zero);                 /* precompute r^2 */
224         addmulmod(precomp + 1,precomp,precomp,&zero); /* precompute r^4 */
225
226         memcpy(st->key, key + 16, 16);
227         st->buf_used = 0;
228         }
229
230 void CRYPTO_poly1305_update(poly1305_state *state, const unsigned char *in, size_t in_len)
231         {
232         struct poly1305_state_st *st = (struct poly1305_state_st*) (state);
233         fe1305x2 *const r = (fe1305x2 *) (st->data + (15 & (-(int) st->data)));
234         fe1305x2 *const h = r + 1;
235         fe1305x2 *const c = h + 1;
236         fe1305x2 *const precomp = c + 1;
237         unsigned int i;
238         unsigned char data[sizeof(fe1305x2) + 16];
239         fe1305x2 *const r2r = (fe1305x2 *) (data + (15 & (-(int) data)));
240
241         if (st->buf_used)
242                 {
243                 unsigned int todo = 32 - st->buf_used;
244                 if (todo > in_len)
245                         todo = in_len;
246                 for (i = 0; i < todo; i++)
247                         st->buf[st->buf_used + i] = in[i];
248                 st->buf_used += todo;
249                 in_len -= todo;
250                 in += todo;
251
252                 if (st->buf_used == sizeof(st->buf))
253                         {
254                         fe1305x2_frombytearray(c, st->buf, sizeof(st->buf));
255                         r2r->v[0] = precomp->v[0];
256                         r2r->v[2] = precomp->v[2];
257                         r2r->v[4] = precomp->v[4];
258                         r2r->v[6] = precomp->v[6];
259                         r2r->v[8] = precomp->v[8];
260                         r2r->v[1] = r->v[1];
261                         r2r->v[3] = r->v[3];
262                         r2r->v[5] = r->v[5];
263                         r2r->v[7] = r->v[7];
264                         r2r->v[9] = r->v[9];
265                         addmulmod(h,h,r2r,c);
266                         st->buf_used = 0;
267                         }
268                 }
269
270         while (in_len > 32)
271                 {
272                 unsigned int tlen = 1048576;
273                 if (in_len < 1048576)
274                         tlen = in_len;
275                 tlen -= blocks(h, precomp, in, tlen);
276                 in_len -= tlen;
277                 in += tlen;
278                 }
279
280         if (in_len)
281                 {
282                 for (i = 0; i < in_len; i++)
283                         st->buf[i] = in[i];
284                 st->buf_used = in_len;
285                 }
286         }
287
288 void CRYPTO_poly1305_finish(poly1305_state* state, unsigned char mac[16])
289         {
290         struct poly1305_state_st *st = (struct poly1305_state_st*) (state);
291         fe1305x2 *const r = (fe1305x2 *) (st->data + (15 & (-(int) st->data)));
292         fe1305x2 *const h = r + 1;
293         fe1305x2 *const c = h + 1;
294         fe1305x2 *const precomp = c + 1;
295
296         if (st->buf_used > 16)
297                 {
298                 fe1305x2_frombytearray(c, st->buf, st->buf_used);
299                 precomp->v[1] = r->v[1];
300                 precomp->v[3] = r->v[3];
301                 precomp->v[5] = r->v[5];
302                 precomp->v[7] = r->v[7];
303                 precomp->v[9] = r->v[9];
304                 addmulmod(h,h,precomp,c);
305                 }
306         else if (st->buf_used > 0)
307                 {
308                 fe1305x2_frombytearray(c, st->buf, st->buf_used);
309                 r->v[1] = 1;
310                 r->v[3] = 0;
311                 r->v[5] = 0;
312                 r->v[7] = 0;
313                 r->v[9] = 0;
314                 addmulmod(h,h,r,c);
315                 }
316
317         h->v[0] += h->v[1];
318         h->v[2] += h->v[3];
319         h->v[4] += h->v[5];
320         h->v[6] += h->v[7];
321         h->v[8] += h->v[9];
322         freeze(h);
323
324         fe1305x2_frombytearray(c, st->key, 16);
325         c->v[8] ^= (1 << 24);
326
327         h->v[0] += c->v[0];
328         h->v[2] += c->v[2];
329         h->v[4] += c->v[4];
330         h->v[6] += c->v[6];
331         h->v[8] += c->v[8];
332         fe1305x2_tobytearray(mac, h);
333         }
334
335 #endif  /* !OPENSSL_NO_POLY1305 */