PPC: Try out if mftb works before using it
[openssl.git] / crypto / ppccap.c
1 /*
2  * Copyright 2009-2018 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
3  *
4  * Licensed under the Apache License 2.0 (the "License").  You may not use
5  * this file except in compliance with the License.  You can obtain a copy
6  * in the file LICENSE in the source distribution or at
7  * https://www.openssl.org/source/license.html
8  */
9
10 #include <stdio.h>
11 #include <stdlib.h>
12 #include <string.h>
13 #include <setjmp.h>
14 #include <signal.h>
15 #include <unistd.h>
16 #if defined(__linux) || defined(_AIX)
17 # include <sys/utsname.h>
18 #endif
19 #if defined(_AIX53)     /* defined even on post-5.3 */
20 # include <sys/systemcfg.h>
21 # if !defined(__power_set)
22 #  define __power_set(a) (_system_configuration.implementation & (a))
23 # endif
24 #endif
25 #if defined(__APPLE__) && defined(__MACH__)
26 # include <sys/types.h>
27 # include <sys/sysctl.h>
28 #endif
29 #include <openssl/crypto.h>
30 #include <openssl/bn.h>
31 #include <internal/cryptlib.h>
32 #include <internal/chacha.h>
33 #include "bn/bn_lcl.h"
34
35 #include "ppc_arch.h"
36
37 unsigned int OPENSSL_ppccap_P = 0;
38
39 static sigset_t all_masked;
40
41 #ifdef OPENSSL_BN_ASM_MONT
42 int bn_mul_mont(BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap, const BN_ULONG *bp,
43                 const BN_ULONG *np, const BN_ULONG *n0, int num)
44 {
45     int bn_mul_mont_int(BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap, const BN_ULONG *bp,
46                         const BN_ULONG *np, const BN_ULONG *n0, int num);
47     int bn_mul4x_mont_int(BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap, const BN_ULONG *bp,
48                           const BN_ULONG *np, const BN_ULONG *n0, int num);
49
50     if (num < 4)
51         return 0;
52
53     if ((num & 3) == 0)
54         return bn_mul4x_mont_int(rp, ap, bp, np, n0, num);
55
56     /*
57      * There used to be [optional] call to bn_mul_mont_fpu64 here,
58      * but above subroutine is faster on contemporary processors.
59      * Formulation means that there might be old processors where
60      * FPU code path would be faster, POWER6 perhaps, but there was
61      * no opportunity to figure it out...
62      */
63
64     return bn_mul_mont_int(rp, ap, bp, np, n0, num);
65 }
66 #endif
67
68 void sha256_block_p8(void *ctx, const void *inp, size_t len);
69 void sha256_block_ppc(void *ctx, const void *inp, size_t len);
70 void sha256_block_data_order(void *ctx, const void *inp, size_t len);
71 void sha256_block_data_order(void *ctx, const void *inp, size_t len)
72 {
73     OPENSSL_ppccap_P & PPC_CRYPTO207 ? sha256_block_p8(ctx, inp, len) :
74         sha256_block_ppc(ctx, inp, len);
75 }
76
77 void sha512_block_p8(void *ctx, const void *inp, size_t len);
78 void sha512_block_ppc(void *ctx, const void *inp, size_t len);
79 void sha512_block_data_order(void *ctx, const void *inp, size_t len);
80 void sha512_block_data_order(void *ctx, const void *inp, size_t len)
81 {
82     OPENSSL_ppccap_P & PPC_CRYPTO207 ? sha512_block_p8(ctx, inp, len) :
83         sha512_block_ppc(ctx, inp, len);
84 }
85
86 #ifndef OPENSSL_NO_CHACHA
87 void ChaCha20_ctr32_int(unsigned char *out, const unsigned char *inp,
88                         size_t len, const unsigned int key[8],
89                         const unsigned int counter[4]);
90 void ChaCha20_ctr32_vmx(unsigned char *out, const unsigned char *inp,
91                         size_t len, const unsigned int key[8],
92                         const unsigned int counter[4]);
93 void ChaCha20_ctr32_vsx(unsigned char *out, const unsigned char *inp,
94                         size_t len, const unsigned int key[8],
95                         const unsigned int counter[4]);
96 void ChaCha20_ctr32(unsigned char *out, const unsigned char *inp,
97                     size_t len, const unsigned int key[8],
98                     const unsigned int counter[4])
99 {
100     OPENSSL_ppccap_P & PPC_CRYPTO207
101         ? ChaCha20_ctr32_vsx(out, inp, len, key, counter)
102         : OPENSSL_ppccap_P & PPC_ALTIVEC
103             ? ChaCha20_ctr32_vmx(out, inp, len, key, counter)
104             : ChaCha20_ctr32_int(out, inp, len, key, counter);
105 }
106 #endif
107
108 #ifndef OPENSSL_NO_POLY1305
109 void poly1305_init_int(void *ctx, const unsigned char key[16]);
110 void poly1305_blocks(void *ctx, const unsigned char *inp, size_t len,
111                          unsigned int padbit);
112 void poly1305_emit(void *ctx, unsigned char mac[16],
113                        const unsigned int nonce[4]);
114 void poly1305_init_fpu(void *ctx, const unsigned char key[16]);
115 void poly1305_blocks_fpu(void *ctx, const unsigned char *inp, size_t len,
116                          unsigned int padbit);
117 void poly1305_emit_fpu(void *ctx, unsigned char mac[16],
118                        const unsigned int nonce[4]);
119 int poly1305_init(void *ctx, const unsigned char key[16], void *func[2]);
120 int poly1305_init(void *ctx, const unsigned char key[16], void *func[2])
121 {
122     if (sizeof(size_t) == 4 && (OPENSSL_ppccap_P & PPC_FPU)) {
123         poly1305_init_fpu(ctx, key);
124         func[0] = (void*)(uintptr_t)poly1305_blocks_fpu;
125         func[1] = (void*)(uintptr_t)poly1305_emit_fpu;
126     } else {
127         poly1305_init_int(ctx, key);
128         func[0] = (void*)(uintptr_t)poly1305_blocks;
129         func[1] = (void*)(uintptr_t)poly1305_emit;
130     }
131     return 1;
132 }
133 #endif
134
135 #ifdef ECP_NISTZ256_ASM
136 void ecp_nistz256_mul_mont(unsigned long res[4], const unsigned long a[4],
137                            const unsigned long b[4]);
138
139 void ecp_nistz256_to_mont(unsigned long res[4], const unsigned long in[4]);
140 void ecp_nistz256_to_mont(unsigned long res[4], const unsigned long in[4])
141 {
142     static const unsigned long RR[] = { 0x0000000000000003U,
143                                         0xfffffffbffffffffU,
144                                         0xfffffffffffffffeU,
145                                         0x00000004fffffffdU };
146
147     ecp_nistz256_mul_mont(res, in, RR);
148 }
149
150 void ecp_nistz256_from_mont(unsigned long res[4], const unsigned long in[4]);
151 void ecp_nistz256_from_mont(unsigned long res[4], const unsigned long in[4])
152 {
153     static const unsigned long one[] = { 1, 0, 0, 0 };
154
155     ecp_nistz256_mul_mont(res, in, one);
156 }
157 #endif
158
159 static sigjmp_buf ill_jmp;
160 static void ill_handler(int sig)
161 {
162     siglongjmp(ill_jmp, sig);
163 }
164
165 void OPENSSL_fpu_probe(void);
166 void OPENSSL_ppc64_probe(void);
167 void OPENSSL_altivec_probe(void);
168 void OPENSSL_crypto207_probe(void);
169 void OPENSSL_madd300_probe(void);
170
171 long OPENSSL_rdtsc_mftb(void);
172 long OPENSSL_rdtsc_mfspr268(void);
173
174 uint32_t OPENSSL_rdtsc(void)
175 {
176     if (OPENSSL_ppccap_P & PPC_MFTB)
177         return OPENSSL_rdtsc_mftb();
178     else if (OPENSSL_ppccap_P & PPC_MFSPR268)
179         return OPENSSL_rdtsc_mfspr268();
180     else
181         return 0;
182 }
183
184 size_t OPENSSL_instrument_bus_mftb(unsigned int *, size_t);
185 size_t OPENSSL_instrument_bus_mfspr268(unsigned int *, size_t);
186
187 size_t OPENSSL_instrument_bus(unsigned int *out, size_t cnt)
188 {
189     if (OPENSSL_ppccap_P & PPC_MFTB)
190         return OPENSSL_instrument_bus_mftb(out, cnt);
191     else if (OPENSSL_ppccap_P & PPC_MFSPR268)
192         return OPENSSL_instrument_bus_mfspr268(out, cnt);
193     else
194         return 0;
195 }
196
197 size_t OPENSSL_instrument_bus2_mftb(unsigned int *, size_t, size_t);
198 size_t OPENSSL_instrument_bus2_mfspr268(unsigned int *, size_t, size_t);
199
200 size_t OPENSSL_instrument_bus2(unsigned int *out, size_t cnt, size_t max)
201 {
202     if (OPENSSL_ppccap_P & PPC_MFTB)
203         return OPENSSL_instrument_bus2_mftb(out, cnt, max);
204     else if (OPENSSL_ppccap_P & PPC_MFSPR268)
205         return OPENSSL_instrument_bus2_mfspr268(out, cnt, max);
206     else
207         return 0;
208 }
209
210 #if defined(__GLIBC__) && defined(__GLIBC_PREREQ)
211 # if __GLIBC_PREREQ(2, 16)
212 #  include <sys/auxv.h>
213 #  define OSSL_IMPLEMENT_GETAUXVAL
214 # endif
215 #endif
216
217 /* I wish <sys/auxv.h> was universally available */
218 #define HWCAP                   16      /* AT_HWCAP */
219 #define HWCAP_PPC64             (1U << 30)
220 #define HWCAP_ALTIVEC           (1U << 28)
221 #define HWCAP_FPU               (1U << 27)
222 #define HWCAP_POWER6_EXT        (1U << 9)
223 #define HWCAP_VSX               (1U << 7)
224
225 #define HWCAP2                  26      /* AT_HWCAP2 */
226 #define HWCAP_VEC_CRYPTO        (1U << 25)
227 #define HWCAP_ARCH_3_00         (1U << 23)
228
229 # if defined(__GNUC__) && __GNUC__>=2
230 __attribute__ ((constructor))
231 # endif
232 void OPENSSL_cpuid_setup(void)
233 {
234     char *e;
235     struct sigaction ill_oact, ill_act;
236     sigset_t oset;
237     static int trigger = 0;
238
239     if (trigger)
240         return;
241     trigger = 1;
242
243     if ((e = getenv("OPENSSL_ppccap"))) {
244         OPENSSL_ppccap_P = strtoul(e, NULL, 0);
245         return;
246     }
247
248     OPENSSL_ppccap_P = 0;
249
250 #if defined(_AIX)
251     OPENSSL_ppccap_P |= PPC_FPU;
252
253     if (sizeof(size_t) == 4) {
254         struct utsname uts;
255 # if defined(_SC_AIX_KERNEL_BITMODE)
256         if (sysconf(_SC_AIX_KERNEL_BITMODE) != 64)
257             return;
258 # endif
259         if (uname(&uts) != 0 || atoi(uts.version) < 6)
260             return;
261     }
262
263 # if defined(__power_set)
264     /*
265      * Value used in __power_set is a single-bit 1<<n one denoting
266      * specific processor class. Incidentally 0xffffffff<<n can be
267      * used to denote specific processor and its successors.
268      */
269     if (sizeof(size_t) == 4) {
270         /* In 32-bit case PPC_FPU64 is always fastest [if option] */
271         if (__power_set(0xffffffffU<<13))       /* POWER5 and later */
272             OPENSSL_ppccap_P |= PPC_FPU64;
273     } else {
274         /* In 64-bit case PPC_FPU64 is fastest only on POWER6 */
275         if (__power_set(0x1U<<14))              /* POWER6 */
276             OPENSSL_ppccap_P |= PPC_FPU64;
277     }
278
279     if (__power_set(0xffffffffU<<14))           /* POWER6 and later */
280         OPENSSL_ppccap_P |= PPC_ALTIVEC;
281
282     if (__power_set(0xffffffffU<<16))           /* POWER8 and later */
283         OPENSSL_ppccap_P |= PPC_CRYPTO207;
284
285     if (__power_set(0xffffffffU<<17))           /* POWER9 and later */
286         OPENSSL_ppccap_P |= PPC_MADD300;
287
288     return;
289 # endif
290 #endif
291
292 #if defined(__APPLE__) && defined(__MACH__)
293     OPENSSL_ppccap_P |= PPC_FPU;
294
295     {
296         int val;
297         size_t len = sizeof(val);
298
299         if (sysctlbyname("hw.optional.64bitops", &val, &len, NULL, 0) == 0) {
300             if (val)
301                 OPENSSL_ppccap_P |= PPC_FPU64;
302         }
303
304         len = sizeof(val);
305         if (sysctlbyname("hw.optional.altivec", &val, &len, NULL, 0) == 0) {
306             if (val)
307                 OPENSSL_ppccap_P |= PPC_ALTIVEC;
308         }
309
310         return;
311     }
312 #endif
313
314 #ifdef OSSL_IMPLEMENT_GETAUXVAL
315     {
316         unsigned long hwcap = getauxval(HWCAP);
317
318         if (hwcap & HWCAP_FPU) {
319             OPENSSL_ppccap_P |= PPC_FPU;
320
321             if (sizeof(size_t) == 4) {
322                 /* In 32-bit case PPC_FPU64 is always fastest [if option] */
323                 if (hwcap & HWCAP_PPC64)
324                     OPENSSL_ppccap_P |= PPC_FPU64;
325             } else {
326                 /* In 64-bit case PPC_FPU64 is fastest only on POWER6 */
327                 if (hwcap & HWCAP_POWER6_EXT)
328                     OPENSSL_ppccap_P |= PPC_FPU64;
329             }
330         }
331
332         if (hwcap & HWCAP_ALTIVEC) {
333             OPENSSL_ppccap_P |= PPC_ALTIVEC;
334
335             if ((hwcap & HWCAP_VSX) && (getauxval(HWCAP2) & HWCAP_VEC_CRYPTO))
336                 OPENSSL_ppccap_P |= PPC_CRYPTO207;
337         }
338
339         if (hwcap & HWCAP_ARCH_3_00) {
340             OPENSSL_ppccap_P |= PPC_MADD300;
341         }
342     }
343 #endif
344
345     sigfillset(&all_masked);
346     sigdelset(&all_masked, SIGILL);
347     sigdelset(&all_masked, SIGTRAP);
348 #ifdef SIGEMT
349     sigdelset(&all_masked, SIGEMT);
350 #endif
351     sigdelset(&all_masked, SIGFPE);
352     sigdelset(&all_masked, SIGBUS);
353     sigdelset(&all_masked, SIGSEGV);
354
355     memset(&ill_act, 0, sizeof(ill_act));
356     ill_act.sa_handler = ill_handler;
357     ill_act.sa_mask = all_masked;
358
359     sigprocmask(SIG_SETMASK, &ill_act.sa_mask, &oset);
360     sigaction(SIGILL, &ill_act, &ill_oact);
361
362 #ifndef OSSL_IMPLEMENT_GETAUXVAL
363     if (sigsetjmp(ill_jmp,1) == 0) {
364         OPENSSL_fpu_probe();
365         OPENSSL_ppccap_P |= PPC_FPU;
366
367         if (sizeof(size_t) == 4) {
368 # ifdef __linux
369             struct utsname uts;
370             if (uname(&uts) == 0 && strcmp(uts.machine, "ppc64") == 0)
371 # endif
372                 if (sigsetjmp(ill_jmp, 1) == 0) {
373                     OPENSSL_ppc64_probe();
374                     OPENSSL_ppccap_P |= PPC_FPU64;
375                 }
376         } else {
377             /*
378              * Wanted code detecting POWER6 CPU and setting PPC_FPU64
379              */
380         }
381     }
382
383     if (sigsetjmp(ill_jmp, 1) == 0) {
384         OPENSSL_altivec_probe();
385         OPENSSL_ppccap_P |= PPC_ALTIVEC;
386         if (sigsetjmp(ill_jmp, 1) == 0) {
387             OPENSSL_crypto207_probe();
388             OPENSSL_ppccap_P |= PPC_CRYPTO207;
389         }
390     }
391
392     if (sigsetjmp(ill_jmp, 1) == 0) {
393         OPENSSL_madd300_probe();
394         OPENSSL_ppccap_P |= PPC_MADD300;
395     }
396 #endif
397
398     if (sigsetjmp(ill_jmp, 1) == 0) {
399         OPENSSL_rdtsc_mftb();
400         OPENSSL_ppccap_P |= PPC_MFTB;
401     } else if (sigsetjmp(ill_jmp, 1) == 0) {
402         OPENSSL_rdtsc_mfspr268();
403         OPENSSL_ppccap_P |= PPC_MFSPR268;
404     }
405
406     sigaction(SIGILL, &ill_oact, NULL);
407     sigprocmask(SIG_SETMASK, &oset, NULL);
408 }