x86_64 assembly pack: allow clang to compile AVX code.
[openssl.git] / crypto / sha / asm / sha1-586.pl
1 #!/usr/bin/env perl
2
3 # ====================================================================
4 # [Re]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 # "[Re]written" was achieved in two major overhauls. In 2004 BODY_*
11 # functions were re-implemented to address P4 performance issue [see
12 # commentary below], and in 2006 the rest was rewritten in order to
13 # gain freedom to liberate licensing terms.
14
15 # January, September 2004.
16 #
17 # It was noted that Intel IA-32 C compiler generates code which
18 # performs ~30% *faster* on P4 CPU than original *hand-coded*
19 # SHA1 assembler implementation. To address this problem (and
20 # prove that humans are still better than machines:-), the
21 # original code was overhauled, which resulted in following
22 # performance changes:
23 #
24 #               compared with original  compared with Intel cc
25 #               assembler impl.         generated code
26 # Pentium       -16%                    +48%
27 # PIII/AMD      +8%                     +16%
28 # P4            +85%(!)                 +45%
29 #
30 # As you can see Pentium came out as looser:-( Yet I reckoned that
31 # improvement on P4 outweights the loss and incorporate this
32 # re-tuned code to 0.9.7 and later.
33 # ----------------------------------------------------------------
34 #                                       <appro@fy.chalmers.se>
35
36 # August 2009.
37 #
38 # George Spelvin has tipped that F_40_59(b,c,d) can be rewritten as
39 # '(c&d) + (b&(c^d))', which allows to accumulate partial results
40 # and lighten "pressure" on scratch registers. This resulted in
41 # >12% performance improvement on contemporary AMD cores (with no
42 # degradation on other CPUs:-). Also, the code was revised to maximize
43 # "distance" between instructions producing input to 'lea' instruction
44 # and the 'lea' instruction itself, which is essential for Intel Atom
45 # core and resulted in ~15% improvement.
46
47 # October 2010.
48 #
49 # Add SSSE3, Supplemental[!] SSE3, implementation. The idea behind it
50 # is to offload message schedule denoted by Wt in NIST specification,
51 # or Xupdate in OpenSSL source, to SIMD unit. The idea is not novel,
52 # and in SSE2 context was first explored by Dean Gaudet in 2004, see
53 # http://arctic.org/~dean/crypto/sha1.html. Since then several things
54 # have changed that made it interesting again:
55 #
56 # a) XMM units became faster and wider;
57 # b) instruction set became more versatile;
58 # c) an important observation was made by Max Locktykhin, which made
59 #    it possible to reduce amount of instructions required to perform
60 #    the operation in question, for further details see
61 #    http://software.intel.com/en-us/articles/improving-the-performance-of-the-secure-hash-algorithm-1/.
62
63 # April 2011.
64 #
65 # Add AVX code path, probably most controversial... The thing is that
66 # switch to AVX alone improves performance by as little as 4% in
67 # comparison to SSSE3 code path. But below result doesn't look like
68 # 4% improvement... Trouble is that Sandy Bridge decodes 'ro[rl]' as
69 # pair of µ-ops, and it's the additional µ-ops, two per round, that
70 # make it run slower than Core2 and Westmere. But 'sh[rl]d' is decoded
71 # as single µ-op by Sandy Bridge and it's replacing 'ro[rl]' with
72 # equivalent 'sh[rl]d' that is responsible for the impressive 5.1
73 # cycles per processed byte. But 'sh[rl]d' is not something that used
74 # to be fast, nor does it appear to be fast in upcoming Bulldozer
75 # [according to its optimization manual]. Which is why AVX code path
76 # is guarded by *both* AVX and synthetic bit denoting Intel CPUs.
77 # One can argue that it's unfair to AMD, but without 'sh[rl]d' it
78 # makes no sense to keep the AVX code path. If somebody feels that
79 # strongly, it's probably more appropriate to discuss possibility of
80 # using vector rotate XOP on AMD...
81
82 # March 2014.
83 #
84 # Add support for Intel SHA Extensions.
85
86 ######################################################################
87 # Current performance is summarized in following table. Numbers are
88 # CPU clock cycles spent to process single byte (less is better).
89 #
90 #               x86             SSSE3           AVX
91 # Pentium       15.7            -
92 # PIII          11.5            -
93 # P4            10.6            -
94 # AMD K8        7.1             -
95 # Core2         7.3             6.0/+22%        -
96 # Atom          12.5            9.3(*)/+35%     -
97 # Westmere      7.3             5.5/+33%        -
98 # Sandy Bridge  8.8             6.2/+40%        5.1(**)/+73%
99 # Ivy Bridge    7.2             4.8/+51%        4.7(**)/+53%
100 # Haswell       6.5             4.3/+51%        4.1(**)/+58%
101 # Bulldozer     11.6            6.0/+92%
102 # VIA Nano      10.6            7.5/+41%
103 #
104 # (*)   Loop is 1056 instructions long and expected result is ~8.25.
105 #       It remains mystery [to me] why ILP is limited to 1.7.
106 #
107 # (**)  As per above comment, the result is for AVX *plus* sh[rl]d.
108
109 $0 =~ m/(.*[\/\\])[^\/\\]+$/; $dir=$1;
110 push(@INC,"${dir}","${dir}../../perlasm");
111 require "x86asm.pl";
112
113 &asm_init($ARGV[0],"sha1-586.pl",$ARGV[$#ARGV] eq "386");
114
115 $xmm=$ymm=0;
116 for (@ARGV) { $xmm=1 if (/-DOPENSSL_IA32_SSE2/); }
117
118 $ymm=1 if ($xmm &&
119                 `$ENV{CC} -Wa,-v -c -o /dev/null -x assembler /dev/null 2>&1`
120                         =~ /GNU assembler version ([2-9]\.[0-9]+)/ &&
121                 $1>=2.19);      # first version supporting AVX
122
123 $ymm=1 if ($xmm && !$ymm && $ARGV[0] eq "win32n" && 
124                 `nasm -v 2>&1` =~ /NASM version ([2-9]\.[0-9]+)/ &&
125                 $1>=2.03);      # first version supporting AVX
126
127 $ymm=1 if ($xmm && !$ymm && $ARGV[0] eq "win32" &&
128                 `ml 2>&1` =~ /Version ([0-9]+)\./ &&
129                 $1>=10);        # first version supporting AVX
130
131 $ymm=1 if ($xmm && !$ymm && `$ENV{CC} -v` =~ /LLVM ([3-9]\.[0-9]+)/ &&
132                 $1>=3.0);       # first version supporting AVX
133
134 $shaext=$xmm;   ### set to zero if compiling for 1.0.1
135
136 &external_label("OPENSSL_ia32cap_P") if ($xmm);
137
138
139 $A="eax";
140 $B="ebx";
141 $C="ecx";
142 $D="edx";
143 $E="edi";
144 $T="esi";
145 $tmp1="ebp";
146
147 @V=($A,$B,$C,$D,$E,$T);
148
149 $alt=0; # 1 denotes alternative IALU implementation, which performs
150         # 8% *worse* on P4, same on Westmere and Atom, 2% better on
151         # Sandy Bridge...
152
153 sub BODY_00_15
154         {
155         local($n,$a,$b,$c,$d,$e,$f)=@_;
156
157         &comment("00_15 $n");
158
159         &mov($f,$c);                    # f to hold F_00_19(b,c,d)
160          if ($n==0)  { &mov($tmp1,$a); }
161          else        { &mov($a,$tmp1); }
162         &rotl($tmp1,5);                 # tmp1=ROTATE(a,5)
163          &xor($f,$d);
164         &add($tmp1,$e);                 # tmp1+=e;
165          &mov($e,&swtmp($n%16));        # e becomes volatile and is loaded
166                                         # with xi, also note that e becomes
167                                         # f in next round...
168         &and($f,$b);
169         &rotr($b,2);                    # b=ROTATE(b,30)
170          &xor($f,$d);                   # f holds F_00_19(b,c,d)
171         &lea($tmp1,&DWP(0x5a827999,$tmp1,$e));  # tmp1+=K_00_19+xi
172
173         if ($n==15) { &mov($e,&swtmp(($n+1)%16));# pre-fetch f for next round
174                       &add($f,$tmp1); } # f+=tmp1
175         else        { &add($tmp1,$f); } # f becomes a in next round
176         &mov($tmp1,$a)                  if ($alt && $n==15);
177         }
178
179 sub BODY_16_19
180         {
181         local($n,$a,$b,$c,$d,$e,$f)=@_;
182
183         &comment("16_19 $n");
184
185 if ($alt) {
186         &xor($c,$d);
187          &xor($f,&swtmp(($n+2)%16));    # f to hold Xupdate(xi,xa,xb,xc,xd)
188         &and($tmp1,$c);                 # tmp1 to hold F_00_19(b,c,d), b&=c^d
189          &xor($f,&swtmp(($n+8)%16));
190         &xor($tmp1,$d);                 # tmp1=F_00_19(b,c,d)
191          &xor($f,&swtmp(($n+13)%16));   # f holds xa^xb^xc^xd
192         &rotl($f,1);                    # f=ROTATE(f,1)
193          &add($e,$tmp1);                # e+=F_00_19(b,c,d)
194         &xor($c,$d);                    # restore $c
195          &mov($tmp1,$a);                # b in next round
196         &rotr($b,$n==16?2:7);           # b=ROTATE(b,30)
197          &mov(&swtmp($n%16),$f);        # xi=f
198         &rotl($a,5);                    # ROTATE(a,5)
199          &lea($f,&DWP(0x5a827999,$f,$e));# f+=F_00_19(b,c,d)+e
200         &mov($e,&swtmp(($n+1)%16));     # pre-fetch f for next round
201          &add($f,$a);                   # f+=ROTATE(a,5)
202 } else {
203         &mov($tmp1,$c);                 # tmp1 to hold F_00_19(b,c,d)
204          &xor($f,&swtmp(($n+2)%16));    # f to hold Xupdate(xi,xa,xb,xc,xd)
205         &xor($tmp1,$d);
206          &xor($f,&swtmp(($n+8)%16));
207         &and($tmp1,$b);
208          &xor($f,&swtmp(($n+13)%16));   # f holds xa^xb^xc^xd
209         &rotl($f,1);                    # f=ROTATE(f,1)
210          &xor($tmp1,$d);                # tmp1=F_00_19(b,c,d)
211         &add($e,$tmp1);                 # e+=F_00_19(b,c,d)
212          &mov($tmp1,$a);
213         &rotr($b,2);                    # b=ROTATE(b,30)
214          &mov(&swtmp($n%16),$f);        # xi=f
215         &rotl($tmp1,5);                 # ROTATE(a,5)
216          &lea($f,&DWP(0x5a827999,$f,$e));# f+=F_00_19(b,c,d)+e
217         &mov($e,&swtmp(($n+1)%16));     # pre-fetch f for next round
218          &add($f,$tmp1);                # f+=ROTATE(a,5)
219 }
220         }
221
222 sub BODY_20_39
223         {
224         local($n,$a,$b,$c,$d,$e,$f)=@_;
225         local $K=($n<40)?0x6ed9eba1:0xca62c1d6;
226
227         &comment("20_39 $n");
228
229 if ($alt) {
230         &xor($tmp1,$c);                 # tmp1 to hold F_20_39(b,c,d), b^=c
231          &xor($f,&swtmp(($n+2)%16));    # f to hold Xupdate(xi,xa,xb,xc,xd)
232         &xor($tmp1,$d);                 # tmp1 holds F_20_39(b,c,d)
233          &xor($f,&swtmp(($n+8)%16));
234         &add($e,$tmp1);                 # e+=F_20_39(b,c,d)
235          &xor($f,&swtmp(($n+13)%16));   # f holds xa^xb^xc^xd
236         &rotl($f,1);                    # f=ROTATE(f,1)
237          &mov($tmp1,$a);                # b in next round
238         &rotr($b,7);                    # b=ROTATE(b,30)
239          &mov(&swtmp($n%16),$f)         if($n<77);# xi=f
240         &rotl($a,5);                    # ROTATE(a,5)
241          &xor($b,$c)                    if($n==39);# warm up for BODY_40_59
242         &and($tmp1,$b)                  if($n==39);
243          &lea($f,&DWP($K,$f,$e));       # f+=e+K_XX_YY
244         &mov($e,&swtmp(($n+1)%16))      if($n<79);# pre-fetch f for next round
245          &add($f,$a);                   # f+=ROTATE(a,5)
246         &rotr($a,5)                     if ($n==79);
247 } else {
248         &mov($tmp1,$b);                 # tmp1 to hold F_20_39(b,c,d)
249          &xor($f,&swtmp(($n+2)%16));    # f to hold Xupdate(xi,xa,xb,xc,xd)
250         &xor($tmp1,$c);
251          &xor($f,&swtmp(($n+8)%16));
252         &xor($tmp1,$d);                 # tmp1 holds F_20_39(b,c,d)
253          &xor($f,&swtmp(($n+13)%16));   # f holds xa^xb^xc^xd
254         &rotl($f,1);                    # f=ROTATE(f,1)
255          &add($e,$tmp1);                # e+=F_20_39(b,c,d)
256         &rotr($b,2);                    # b=ROTATE(b,30)
257          &mov($tmp1,$a);
258         &rotl($tmp1,5);                 # ROTATE(a,5)
259          &mov(&swtmp($n%16),$f) if($n<77);# xi=f
260         &lea($f,&DWP($K,$f,$e));        # f+=e+K_XX_YY
261          &mov($e,&swtmp(($n+1)%16)) if($n<79);# pre-fetch f for next round
262         &add($f,$tmp1);                 # f+=ROTATE(a,5)
263 }
264         }
265
266 sub BODY_40_59
267         {
268         local($n,$a,$b,$c,$d,$e,$f)=@_;
269
270         &comment("40_59 $n");
271
272 if ($alt) {
273         &add($e,$tmp1);                 # e+=b&(c^d)
274          &xor($f,&swtmp(($n+2)%16));    # f to hold Xupdate(xi,xa,xb,xc,xd)
275         &mov($tmp1,$d);
276          &xor($f,&swtmp(($n+8)%16));
277         &xor($c,$d);                    # restore $c
278          &xor($f,&swtmp(($n+13)%16));   # f holds xa^xb^xc^xd
279         &rotl($f,1);                    # f=ROTATE(f,1)
280          &and($tmp1,$c);
281         &rotr($b,7);                    # b=ROTATE(b,30)
282          &add($e,$tmp1);                # e+=c&d
283         &mov($tmp1,$a);                 # b in next round
284          &mov(&swtmp($n%16),$f);        # xi=f
285         &rotl($a,5);                    # ROTATE(a,5)
286          &xor($b,$c)                    if ($n<59);
287         &and($tmp1,$b)                  if ($n<59);# tmp1 to hold F_40_59(b,c,d)
288          &lea($f,&DWP(0x8f1bbcdc,$f,$e));# f+=K_40_59+e+(b&(c^d))
289         &mov($e,&swtmp(($n+1)%16));     # pre-fetch f for next round
290          &add($f,$a);                   # f+=ROTATE(a,5)
291 } else {
292         &mov($tmp1,$c);                 # tmp1 to hold F_40_59(b,c,d)
293          &xor($f,&swtmp(($n+2)%16));    # f to hold Xupdate(xi,xa,xb,xc,xd)
294         &xor($tmp1,$d);
295          &xor($f,&swtmp(($n+8)%16));
296         &and($tmp1,$b);
297          &xor($f,&swtmp(($n+13)%16));   # f holds xa^xb^xc^xd
298         &rotl($f,1);                    # f=ROTATE(f,1)
299          &add($tmp1,$e);                # b&(c^d)+=e
300         &rotr($b,2);                    # b=ROTATE(b,30)
301          &mov($e,$a);                   # e becomes volatile
302         &rotl($e,5);                    # ROTATE(a,5)
303          &mov(&swtmp($n%16),$f);        # xi=f
304         &lea($f,&DWP(0x8f1bbcdc,$f,$tmp1));# f+=K_40_59+e+(b&(c^d))
305          &mov($tmp1,$c);
306         &add($f,$e);                    # f+=ROTATE(a,5)
307          &and($tmp1,$d);
308         &mov($e,&swtmp(($n+1)%16));     # pre-fetch f for next round
309          &add($f,$tmp1);                # f+=c&d
310 }
311         }
312
313 &function_begin("sha1_block_data_order");
314 if ($xmm) {
315   &static_label("shaext_shortcut")      if ($shaext);
316   &static_label("ssse3_shortcut");
317   &static_label("avx_shortcut")         if ($ymm);
318   &static_label("K_XX_XX");
319
320         &call   (&label("pic_point"));  # make it PIC!
321   &set_label("pic_point");
322         &blindpop($tmp1);
323         &picmeup($T,"OPENSSL_ia32cap_P",$tmp1,&label("pic_point"));
324         &lea    ($tmp1,&DWP(&label("K_XX_XX")."-".&label("pic_point"),$tmp1));
325
326         &mov    ($A,&DWP(0,$T));
327         &mov    ($D,&DWP(4,$T));
328         &test   ($D,1<<9);              # check SSSE3 bit
329         &jz     (&label("x86"));
330         &mov    ($C,&DWP(8,$T));
331         &test   ($A,1<<24);             # check FXSR bit
332         &jz     (&label("x86"));
333         if ($shaext) {
334                 &test   ($C,1<<29);             # check SHA bit
335                 &jnz    (&label("shaext_shortcut"));
336         }
337         if ($ymm) {
338                 &and    ($D,1<<28);             # mask AVX bit
339                 &and    ($A,1<<30);             # mask "Intel CPU" bit
340                 &or     ($A,$D);
341                 &cmp    ($A,1<<28|1<<30);
342                 &je     (&label("avx_shortcut"));
343         }
344         &jmp    (&label("ssse3_shortcut"));
345   &set_label("x86",16);
346 }
347         &mov($tmp1,&wparam(0)); # SHA_CTX *c
348         &mov($T,&wparam(1));    # const void *input
349         &mov($A,&wparam(2));    # size_t num
350         &stack_push(16+3);      # allocate X[16]
351         &shl($A,6);
352         &add($A,$T);
353         &mov(&wparam(2),$A);    # pointer beyond the end of input
354         &mov($E,&DWP(16,$tmp1));# pre-load E
355         &jmp(&label("loop"));
356
357 &set_label("loop",16);
358
359         # copy input chunk to X, but reversing byte order!
360         for ($i=0; $i<16; $i+=4)
361                 {
362                 &mov($A,&DWP(4*($i+0),$T));
363                 &mov($B,&DWP(4*($i+1),$T));
364                 &mov($C,&DWP(4*($i+2),$T));
365                 &mov($D,&DWP(4*($i+3),$T));
366                 &bswap($A);
367                 &bswap($B);
368                 &bswap($C);
369                 &bswap($D);
370                 &mov(&swtmp($i+0),$A);
371                 &mov(&swtmp($i+1),$B);
372                 &mov(&swtmp($i+2),$C);
373                 &mov(&swtmp($i+3),$D);
374                 }
375         &mov(&wparam(1),$T);    # redundant in 1st spin
376
377         &mov($A,&DWP(0,$tmp1)); # load SHA_CTX
378         &mov($B,&DWP(4,$tmp1));
379         &mov($C,&DWP(8,$tmp1));
380         &mov($D,&DWP(12,$tmp1));
381         # E is pre-loaded
382
383         for($i=0;$i<16;$i++)    { &BODY_00_15($i,@V); unshift(@V,pop(@V)); }
384         for(;$i<20;$i++)        { &BODY_16_19($i,@V); unshift(@V,pop(@V)); }
385         for(;$i<40;$i++)        { &BODY_20_39($i,@V); unshift(@V,pop(@V)); }
386         for(;$i<60;$i++)        { &BODY_40_59($i,@V); unshift(@V,pop(@V)); }
387         for(;$i<80;$i++)        { &BODY_20_39($i,@V); unshift(@V,pop(@V)); }
388
389         (($V[5] eq $D) and ($V[0] eq $E)) or die;       # double-check
390
391         &mov($tmp1,&wparam(0)); # re-load SHA_CTX*
392         &mov($D,&wparam(1));    # D is last "T" and is discarded
393
394         &add($E,&DWP(0,$tmp1)); # E is last "A"...
395         &add($T,&DWP(4,$tmp1));
396         &add($A,&DWP(8,$tmp1));
397         &add($B,&DWP(12,$tmp1));
398         &add($C,&DWP(16,$tmp1));
399
400         &mov(&DWP(0,$tmp1),$E); # update SHA_CTX
401          &add($D,64);           # advance input pointer
402         &mov(&DWP(4,$tmp1),$T);
403          &cmp($D,&wparam(2));   # have we reached the end yet?
404         &mov(&DWP(8,$tmp1),$A);
405          &mov($E,$C);           # C is last "E" which needs to be "pre-loaded"
406         &mov(&DWP(12,$tmp1),$B);
407          &mov($T,$D);           # input pointer
408         &mov(&DWP(16,$tmp1),$C);
409         &jb(&label("loop"));
410
411         &stack_pop(16+3);
412 &function_end("sha1_block_data_order");
413
414 if ($xmm) {
415 if ($shaext) {
416 ######################################################################
417 # Intel SHA Extensions implementation of SHA1 update function.
418 #
419 my ($ctx,$inp,$num)=("edi","esi","ecx");
420 my ($ABCD,$E,$E_,$BSWAP)=map("xmm$_",(0..3));
421 my @MSG=map("xmm$_",(4..7));
422
423 sub sha1rnds4 {
424  my ($dst,$src,$imm)=@_;
425     if ("$dst:$src" =~ /xmm([0-7]):xmm([0-7])/)
426     {   &data_byte(0x0f,0x3a,0xcc,0xc0|($1<<3)|$2,$imm);        }
427 }
428 sub sha1op38 {
429  my ($opcodelet,$dst,$src)=@_;
430     if ("$dst:$src" =~ /xmm([0-7]):xmm([0-7])/)
431     {   &data_byte(0x0f,0x38,$opcodelet,0xc0|($1<<3)|$2);       }
432 }
433 sub sha1nexte   { sha1op38(0xc8,@_); }
434 sub sha1msg1    { sha1op38(0xc9,@_); }
435 sub sha1msg2    { sha1op38(0xca,@_); }
436
437 &function_begin("_sha1_block_data_order_shaext");
438         &call   (&label("pic_point"));  # make it PIC!
439         &set_label("pic_point");
440         &blindpop($tmp1);
441         &lea    ($tmp1,&DWP(&label("K_XX_XX")."-".&label("pic_point"),$tmp1));
442 &set_label("shaext_shortcut");
443         &mov    ($ctx,&wparam(0));
444         &mov    ("ebx","esp");
445         &mov    ($inp,&wparam(1));
446         &mov    ($num,&wparam(2));
447         &sub    ("esp",32);
448
449         &movdqu ($ABCD,&QWP(0,$ctx));
450         &movd   ($E,&QWP(16,$ctx));
451         &and    ("esp",-32);
452         &movdqa ($BSWAP,&QWP(0x50,$tmp1));      # byte-n-word swap
453
454         &movdqu (@MSG[0],&QWP(0,$inp));
455         &pshufd ($ABCD,$ABCD,0b00011011);       # flip word order
456         &movdqu (@MSG[1],&QWP(0x10,$inp));
457         &pshufd ($E,$E,0b00011011);             # flip word order
458         &movdqu (@MSG[2],&QWP(0x20,$inp));
459         &pshufb (@MSG[0],$BSWAP);
460         &movdqu (@MSG[3],&QWP(0x30,$inp));
461         &pshufb (@MSG[1],$BSWAP);
462         &pshufb (@MSG[2],$BSWAP);
463         &pshufb (@MSG[3],$BSWAP);
464         &jmp    (&label("loop_shaext"));
465
466 &set_label("loop_shaext",16);
467         &dec            ($num);
468         &lea            ("eax",&DWP(0x40,$inp));
469         &movdqa         (&QWP(0,"esp"),$E);     # offload $E
470         &paddd          ($E,@MSG[0]);
471         &cmovne         ($inp,"eax");
472         &movdqa         (&QWP(16,"esp"),$ABCD); # offload $ABCD
473
474 for($i=0;$i<20-4;$i+=2) {
475         &sha1msg1       (@MSG[0],@MSG[1]);
476         &movdqa         ($E_,$ABCD);
477         &sha1rnds4      ($ABCD,$E,int($i/5));   # 0-3...
478         &sha1nexte      ($E_,@MSG[1]);
479         &pxor           (@MSG[0],@MSG[2]);
480         &sha1msg1       (@MSG[1],@MSG[2]);
481         &sha1msg2       (@MSG[0],@MSG[3]);
482
483         &movdqa         ($E,$ABCD);
484         &sha1rnds4      ($ABCD,$E_,int(($i+1)/5));
485         &sha1nexte      ($E,@MSG[2]);
486         &pxor           (@MSG[1],@MSG[3]);
487         &sha1msg2       (@MSG[1],@MSG[0]);
488
489         push(@MSG,shift(@MSG)); push(@MSG,shift(@MSG));
490 }
491         &movdqu         (@MSG[0],&QWP(0,$inp));
492         &movdqa         ($E_,$ABCD);
493         &sha1rnds4      ($ABCD,$E,3);           # 64-67
494         &sha1nexte      ($E_,@MSG[1]);
495         &movdqu         (@MSG[1],&QWP(0x10,$inp));
496         &pshufb         (@MSG[0],$BSWAP);
497
498         &movdqa         ($E,$ABCD);
499         &sha1rnds4      ($ABCD,$E_,3);          # 68-71
500         &sha1nexte      ($E,@MSG[2]);
501         &movdqu         (@MSG[2],&QWP(0x20,$inp));
502         &pshufb         (@MSG[1],$BSWAP);
503
504         &movdqa         ($E_,$ABCD);
505         &sha1rnds4      ($ABCD,$E,3);           # 72-75
506         &sha1nexte      ($E_,@MSG[3]);
507         &movdqu         (@MSG[3],&QWP(0x30,$inp));
508         &pshufb         (@MSG[2],$BSWAP);
509
510         &movdqa         ($E,$ABCD);
511         &sha1rnds4      ($ABCD,$E_,3);          # 76-79
512         &movdqa         ($E_,&QWP(0,"esp"));
513         &pshufb         (@MSG[3],$BSWAP);
514         &sha1nexte      ($E,$E_);
515         &paddd          ($ABCD,&QWP(16,"esp"));
516
517         &jnz            (&label("loop_shaext"));
518
519         &pshufd ($ABCD,$ABCD,0b00011011);
520         &pshufd ($E,$E,0b00011011);
521         &movdqu (&QWP(0,$ctx),$ABCD)
522         &movd   (&DWP(16,$ctx),$E);
523         &mov    ("esp","ebx");
524 &function_end("_sha1_block_data_order_shaext");
525 }
526 ######################################################################
527 # The SSSE3 implementation.
528 #
529 # %xmm[0-7] are used as ring @X[] buffer containing quadruples of last
530 # 32 elements of the message schedule or Xupdate outputs. First 4
531 # quadruples are simply byte-swapped input, next 4 are calculated
532 # according to method originally suggested by Dean Gaudet (modulo
533 # being implemented in SSSE3). Once 8 quadruples or 32 elements are
534 # collected, it switches to routine proposed by Max Locktyukhin.
535 #
536 # Calculations inevitably require temporary reqisters, and there are
537 # no %xmm registers left to spare. For this reason part of the ring
538 # buffer, X[2..4] to be specific, is offloaded to 3 quadriples ring
539 # buffer on the stack. Keep in mind that X[2] is alias X[-6], X[3] -
540 # X[-5], and X[4] - X[-4]...
541 #
542 # Another notable optimization is aggressive stack frame compression
543 # aiming to minimize amount of 9-byte instructions...
544 #
545 # Yet another notable optimization is "jumping" $B variable. It means
546 # that there is no register permanently allocated for $B value. This
547 # allowed to eliminate one instruction from body_20_39...
548 #
549 my $Xi=4;                       # 4xSIMD Xupdate round, start pre-seeded
550 my @X=map("xmm$_",(4..7,0..3)); # pre-seeded for $Xi=4
551 my @V=($A,$B,$C,$D,$E);
552 my $j=0;                        # hash round
553 my $rx=0;
554 my @T=($T,$tmp1);
555 my $inp;
556
557 my $_rol=sub { &rol(@_) };
558 my $_ror=sub { &ror(@_) };
559
560 &function_begin("_sha1_block_data_order_ssse3");
561         &call   (&label("pic_point"));  # make it PIC!
562         &set_label("pic_point");
563         &blindpop($tmp1);
564         &lea    ($tmp1,&DWP(&label("K_XX_XX")."-".&label("pic_point"),$tmp1));
565 &set_label("ssse3_shortcut");
566
567         &movdqa (@X[3],&QWP(0,$tmp1));          # K_00_19
568         &movdqa (@X[4],&QWP(16,$tmp1));         # K_20_39
569         &movdqa (@X[5],&QWP(32,$tmp1));         # K_40_59
570         &movdqa (@X[6],&QWP(48,$tmp1));         # K_60_79
571         &movdqa (@X[2],&QWP(64,$tmp1));         # pbswap mask
572
573         &mov    ($E,&wparam(0));                # load argument block
574         &mov    ($inp=@T[1],&wparam(1));
575         &mov    ($D,&wparam(2));
576         &mov    (@T[0],"esp");
577
578         # stack frame layout
579         #
580         # +0    X[0]+K  X[1]+K  X[2]+K  X[3]+K  # XMM->IALU xfer area
581         #       X[4]+K  X[5]+K  X[6]+K  X[7]+K
582         #       X[8]+K  X[9]+K  X[10]+K X[11]+K
583         #       X[12]+K X[13]+K X[14]+K X[15]+K
584         #
585         # +64   X[0]    X[1]    X[2]    X[3]    # XMM->XMM backtrace area
586         #       X[4]    X[5]    X[6]    X[7]
587         #       X[8]    X[9]    X[10]   X[11]   # even borrowed for K_00_19
588         #
589         # +112  K_20_39 K_20_39 K_20_39 K_20_39 # constants
590         #       K_40_59 K_40_59 K_40_59 K_40_59
591         #       K_60_79 K_60_79 K_60_79 K_60_79
592         #       K_00_19 K_00_19 K_00_19 K_00_19
593         #       pbswap mask
594         #
595         # +192  ctx                             # argument block
596         # +196  inp
597         # +200  end
598         # +204  esp
599         &sub    ("esp",208);
600         &and    ("esp",-64);
601
602         &movdqa (&QWP(112+0,"esp"),@X[4]);      # copy constants
603         &movdqa (&QWP(112+16,"esp"),@X[5]);
604         &movdqa (&QWP(112+32,"esp"),@X[6]);
605         &shl    ($D,6);                         # len*64
606         &movdqa (&QWP(112+48,"esp"),@X[3]);
607         &add    ($D,$inp);                      # end of input
608         &movdqa (&QWP(112+64,"esp"),@X[2]);
609         &add    ($inp,64);
610         &mov    (&DWP(192+0,"esp"),$E);         # save argument block
611         &mov    (&DWP(192+4,"esp"),$inp);
612         &mov    (&DWP(192+8,"esp"),$D);
613         &mov    (&DWP(192+12,"esp"),@T[0]);     # save original %esp
614
615         &mov    ($A,&DWP(0,$E));                # load context
616         &mov    ($B,&DWP(4,$E));
617         &mov    ($C,&DWP(8,$E));
618         &mov    ($D,&DWP(12,$E));
619         &mov    ($E,&DWP(16,$E));
620         &mov    (@T[0],$B);                     # magic seed
621
622         &movdqu (@X[-4&7],&QWP(-64,$inp));      # load input to %xmm[0-3]
623         &movdqu (@X[-3&7],&QWP(-48,$inp));
624         &movdqu (@X[-2&7],&QWP(-32,$inp));
625         &movdqu (@X[-1&7],&QWP(-16,$inp));
626         &pshufb (@X[-4&7],@X[2]);               # byte swap
627         &pshufb (@X[-3&7],@X[2]);
628         &pshufb (@X[-2&7],@X[2]);
629         &movdqa (&QWP(112-16,"esp"),@X[3]);     # borrow last backtrace slot
630         &pshufb (@X[-1&7],@X[2]);
631         &paddd  (@X[-4&7],@X[3]);               # add K_00_19
632         &paddd  (@X[-3&7],@X[3]);
633         &paddd  (@X[-2&7],@X[3]);
634         &movdqa (&QWP(0,"esp"),@X[-4&7]);       # X[]+K xfer to IALU
635         &psubd  (@X[-4&7],@X[3]);               # restore X[]
636         &movdqa (&QWP(0+16,"esp"),@X[-3&7]);
637         &psubd  (@X[-3&7],@X[3]);
638         &movdqa (&QWP(0+32,"esp"),@X[-2&7]);
639         &mov    (@T[1],$C);
640         &psubd  (@X[-2&7],@X[3]);
641         &xor    (@T[1],$D);
642         &pshufd (@X[0],@X[-4&7],0xee);          # was &movdqa   (@X[0],@X[-3&7]);
643         &and    (@T[0],@T[1]);
644         &jmp    (&label("loop"));
645
646 ######################################################################
647 # SSE instruction sequence is first broken to groups of indepentent
648 # instructions, independent in respect to their inputs and shifter
649 # (not all architectures have more than one). Then IALU instructions
650 # are "knitted in" between the SSE groups. Distance is maintained for
651 # SSE latency of 2 in hope that it fits better upcoming AMD Bulldozer
652 # [which allegedly also implements SSSE3]...
653 #
654 # Temporary registers usage. X[2] is volatile at the entry and at the
655 # end is restored from backtrace ring buffer. X[3] is expected to
656 # contain current K_XX_XX constant and is used to caclulate X[-1]+K
657 # from previous round, it becomes volatile the moment the value is
658 # saved to stack for transfer to IALU. X[4] becomes volatile whenever
659 # X[-4] is accumulated and offloaded to backtrace ring buffer, at the
660 # end it is loaded with next K_XX_XX [which becomes X[3] in next
661 # round]...
662 #
663 sub Xupdate_ssse3_16_31()               # recall that $Xi starts wtih 4
664 { use integer;
665   my $body = shift;
666   my @insns = (&$body,&$body,&$body,&$body);    # 40 instructions
667   my ($a,$b,$c,$d,$e);
668
669          eval(shift(@insns));           # ror
670          eval(shift(@insns));
671          eval(shift(@insns));
672         &punpcklqdq(@X[0],@X[-3&7]);    # compose "X[-14]" in "X[0]", was &palignr(@X[0],@X[-4&7],8);
673         &movdqa (@X[2],@X[-1&7]);
674          eval(shift(@insns));
675          eval(shift(@insns));
676
677           &paddd        (@X[3],@X[-1&7]);
678           &movdqa       (&QWP(64+16*(($Xi-4)%3),"esp"),@X[-4&7]);# save X[] to backtrace buffer
679          eval(shift(@insns));           # rol
680          eval(shift(@insns));
681         &psrldq (@X[2],4);              # "X[-3]", 3 dwords
682          eval(shift(@insns));
683          eval(shift(@insns));
684         &pxor   (@X[0],@X[-4&7]);       # "X[0]"^="X[-16]"
685          eval(shift(@insns));
686          eval(shift(@insns));           # ror
687
688         &pxor   (@X[2],@X[-2&7]);       # "X[-3]"^"X[-8]"
689          eval(shift(@insns));
690          eval(shift(@insns));
691          eval(shift(@insns));
692
693         &pxor   (@X[0],@X[2]);          # "X[0]"^="X[-3]"^"X[-8]"
694          eval(shift(@insns));
695          eval(shift(@insns));           # rol
696           &movdqa       (&QWP(0+16*(($Xi-1)&3),"esp"),@X[3]);   # X[]+K xfer to IALU
697          eval(shift(@insns));
698          eval(shift(@insns));
699
700         &movdqa (@X[4],@X[0]);
701          eval(shift(@insns));
702          eval(shift(@insns));
703          eval(shift(@insns));           # ror
704         &movdqa (@X[2],@X[0]);
705          eval(shift(@insns));
706
707         &pslldq (@X[4],12);             # "X[0]"<<96, extract one dword
708         &paddd  (@X[0],@X[0]);
709          eval(shift(@insns));
710          eval(shift(@insns));
711
712         &psrld  (@X[2],31);
713          eval(shift(@insns));
714          eval(shift(@insns));           # rol
715         &movdqa (@X[3],@X[4]);
716          eval(shift(@insns));
717          eval(shift(@insns));
718          eval(shift(@insns));
719
720         &psrld  (@X[4],30);
721          eval(shift(@insns));
722          eval(shift(@insns));           # ror
723         &por    (@X[0],@X[2]);          # "X[0]"<<<=1
724          eval(shift(@insns));
725           &movdqa       (@X[2],&QWP(64+16*(($Xi-6)%3),"esp")) if ($Xi>5);       # restore X[] from backtrace buffer
726          eval(shift(@insns));
727          eval(shift(@insns));
728
729         &pslld  (@X[3],2);
730          eval(shift(@insns));
731          eval(shift(@insns));           # rol
732         &pxor   (@X[0],@X[4]);
733           &movdqa       (@X[4],&QWP(112-16+16*(($Xi)/5),"esp"));        # K_XX_XX
734          eval(shift(@insns));
735          eval(shift(@insns));
736
737         &pxor   (@X[0],@X[3]);          # "X[0]"^=("X[0]"<<96)<<<2
738           &pshufd       (@X[1],@X[-3&7],0xee)   if ($Xi<7);     # was &movdqa   (@X[1],@X[-2&7])
739           &pshufd       (@X[3],@X[-1&7],0xee)   if ($Xi==7);
740          eval(shift(@insns));
741          eval(shift(@insns));
742
743          foreach (@insns) { eval; }     # remaining instructions [if any]
744
745   $Xi++;        push(@X,shift(@X));     # "rotate" X[]
746 }
747
748 sub Xupdate_ssse3_32_79()
749 { use integer;
750   my $body = shift;
751   my @insns = (&$body,&$body,&$body,&$body);    # 32 to 44 instructions
752   my ($a,$b,$c,$d,$e);
753
754          eval(shift(@insns));           # body_20_39
755         &pxor   (@X[0],@X[-4&7]);       # "X[0]"="X[-32]"^"X[-16]"
756         &punpcklqdq(@X[2],@X[-1&7]);    # compose "X[-6]", was &palignr(@X[2],@X[-2&7],8)
757          eval(shift(@insns));
758          eval(shift(@insns));
759          eval(shift(@insns));           # rol
760
761         &pxor   (@X[0],@X[-7&7]);       # "X[0]"^="X[-28]"
762           &movdqa       (&QWP(64+16*(($Xi-4)%3),"esp"),@X[-4&7]);       # save X[] to backtrace buffer
763          eval(shift(@insns));
764          eval(shift(@insns));
765          eval(shift(@insns))            if (@insns[0] =~ /_rol/);
766          if ($Xi%5) {
767           &movdqa       (@X[4],@X[3]);  # "perpetuate" K_XX_XX...
768          } else {                       # ... or load next one
769           &movdqa       (@X[4],&QWP(112-16+16*($Xi/5),"esp"));
770          }
771          eval(shift(@insns));           # ror
772           &paddd        (@X[3],@X[-1&7]);
773          eval(shift(@insns));
774
775         &pxor   (@X[0],@X[2]);          # "X[0]"^="X[-6]"
776          eval(shift(@insns));           # body_20_39
777          eval(shift(@insns));
778          eval(shift(@insns));
779          eval(shift(@insns));           # rol
780
781         &movdqa (@X[2],@X[0]);
782           &movdqa       (&QWP(0+16*(($Xi-1)&3),"esp"),@X[3]);   # X[]+K xfer to IALU
783          eval(shift(@insns));
784          eval(shift(@insns));
785          eval(shift(@insns));           # ror
786          eval(shift(@insns));
787          eval(shift(@insns))            if (@insns[0] =~ /_rol/);
788
789         &pslld  (@X[0],2);
790          eval(shift(@insns));           # body_20_39
791          eval(shift(@insns));
792         &psrld  (@X[2],30);
793          eval(shift(@insns));
794          eval(shift(@insns));           # rol
795          eval(shift(@insns));
796          eval(shift(@insns));
797          eval(shift(@insns));           # ror
798          eval(shift(@insns));
799          eval(shift(@insns))            if (@insns[1] =~ /_rol/);
800          eval(shift(@insns))            if (@insns[0] =~ /_rol/);
801
802         &por    (@X[0],@X[2]);          # "X[0]"<<<=2
803          eval(shift(@insns));           # body_20_39
804          eval(shift(@insns));
805           &movdqa       (@X[2],&QWP(64+16*(($Xi-6)%3),"esp")) if($Xi<19);       # restore X[] from backtrace buffer
806          eval(shift(@insns));
807          eval(shift(@insns));           # rol
808          eval(shift(@insns));
809          eval(shift(@insns));
810          eval(shift(@insns));           # ror
811           &pshufd       (@X[3],@X[-1],0xee)     if ($Xi<19);    # was &movdqa   (@X[3],@X[0])
812          eval(shift(@insns));
813
814          foreach (@insns) { eval; }     # remaining instructions
815
816   $Xi++;        push(@X,shift(@X));     # "rotate" X[]
817 }
818
819 sub Xuplast_ssse3_80()
820 { use integer;
821   my $body = shift;
822   my @insns = (&$body,&$body,&$body,&$body);    # 32 instructions
823   my ($a,$b,$c,$d,$e);
824
825          eval(shift(@insns));
826          eval(shift(@insns));
827          eval(shift(@insns));
828          eval(shift(@insns));
829          eval(shift(@insns));
830          eval(shift(@insns));
831          eval(shift(@insns));
832           &paddd        (@X[3],@X[-1&7]);
833          eval(shift(@insns));
834          eval(shift(@insns));
835          eval(shift(@insns));
836          eval(shift(@insns));
837
838           &movdqa       (&QWP(0+16*(($Xi-1)&3),"esp"),@X[3]);   # X[]+K xfer IALU
839
840          foreach (@insns) { eval; }             # remaining instructions
841
842         &mov    ($inp=@T[1],&DWP(192+4,"esp"));
843         &cmp    ($inp,&DWP(192+8,"esp"));
844         &je     (&label("done"));
845
846         &movdqa (@X[3],&QWP(112+48,"esp"));     # K_00_19
847         &movdqa (@X[2],&QWP(112+64,"esp"));     # pbswap mask
848         &movdqu (@X[-4&7],&QWP(0,$inp));        # load input
849         &movdqu (@X[-3&7],&QWP(16,$inp));
850         &movdqu (@X[-2&7],&QWP(32,$inp));
851         &movdqu (@X[-1&7],&QWP(48,$inp));
852         &add    ($inp,64);
853         &pshufb (@X[-4&7],@X[2]);               # byte swap
854         &mov    (&DWP(192+4,"esp"),$inp);
855         &movdqa (&QWP(112-16,"esp"),@X[3]);     # borrow last backtrace slot
856
857   $Xi=0;
858 }
859
860 sub Xloop_ssse3()
861 { use integer;
862   my $body = shift;
863   my @insns = (&$body,&$body,&$body,&$body);    # 32 instructions
864   my ($a,$b,$c,$d,$e);
865
866          eval(shift(@insns));
867          eval(shift(@insns));
868          eval(shift(@insns));
869          eval(shift(@insns));
870          eval(shift(@insns));
871          eval(shift(@insns));
872          eval(shift(@insns));
873         &pshufb (@X[($Xi-3)&7],@X[2]);
874          eval(shift(@insns));
875          eval(shift(@insns));
876          eval(shift(@insns));
877          eval(shift(@insns));
878         &paddd  (@X[($Xi-4)&7],@X[3]);
879          eval(shift(@insns));
880          eval(shift(@insns));
881          eval(shift(@insns));
882          eval(shift(@insns));
883         &movdqa (&QWP(0+16*$Xi,"esp"),@X[($Xi-4)&7]);   # X[]+K xfer to IALU
884          eval(shift(@insns));
885          eval(shift(@insns));
886          eval(shift(@insns));
887          eval(shift(@insns));
888         &psubd  (@X[($Xi-4)&7],@X[3]);
889
890         foreach (@insns) { eval; }
891   $Xi++;
892 }
893
894 sub Xtail_ssse3()
895 { use integer;
896   my $body = shift;
897   my @insns = (&$body,&$body,&$body,&$body);    # 32 instructions
898   my ($a,$b,$c,$d,$e);
899
900         foreach (@insns) { eval; }
901 }
902
903 sub body_00_19 () {     # ((c^d)&b)^d
904         # on start @T[0]=(c^d)&b
905         return &body_20_39()    if ($rx==19);   $rx++;
906         (
907         '($a,$b,$c,$d,$e)=@V;'.
908         '&$_ror ($b,$j?7:2);',  # $b>>>2
909         '&xor   (@T[0],$d);',
910         '&mov   (@T[1],$a);',   # $b in next round
911
912         '&add   ($e,&DWP(4*($j&15),"esp"));',   # X[]+K xfer
913         '&xor   ($b,$c);',      # $c^$d for next round
914
915         '&$_rol ($a,5);',
916         '&add   ($e,@T[0]);',
917         '&and   (@T[1],$b);',   # ($b&($c^$d)) for next round
918
919         '&xor   ($b,$c);',      # restore $b
920         '&add   ($e,$a);'       .'$j++; unshift(@V,pop(@V)); unshift(@T,pop(@T));'
921         );
922 }
923
924 sub body_20_39 () {     # b^d^c
925         # on entry @T[0]=b^d
926         return &body_40_59()    if ($rx==39);   $rx++;
927         (
928         '($a,$b,$c,$d,$e)=@V;'.
929         '&add   ($e,&DWP(4*($j&15),"esp"));',   # X[]+K xfer
930         '&xor   (@T[0],$d)      if($j==19);'.
931         '&xor   (@T[0],$c)      if($j> 19);',   # ($b^$d^$c)
932         '&mov   (@T[1],$a);',   # $b in next round
933
934         '&$_rol ($a,5);',
935         '&add   ($e,@T[0]);',
936         '&xor   (@T[1],$c)      if ($j< 79);',  # $b^$d for next round
937
938         '&$_ror ($b,7);',       # $b>>>2
939         '&add   ($e,$a);'       .'$j++; unshift(@V,pop(@V)); unshift(@T,pop(@T));'
940         );
941 }
942
943 sub body_40_59 () {     # ((b^c)&(c^d))^c
944         # on entry @T[0]=(b^c), (c^=d)
945         $rx++;
946         (
947         '($a,$b,$c,$d,$e)=@V;'.
948         '&add   ($e,&DWP(4*($j&15),"esp"));',   # X[]+K xfer
949         '&and   (@T[0],$c)      if ($j>=40);',  # (b^c)&(c^d)
950         '&xor   ($c,$d)         if ($j>=40);',  # restore $c
951
952         '&$_ror ($b,7);',       # $b>>>2
953         '&mov   (@T[1],$a);',   # $b for next round
954         '&xor   (@T[0],$c);',
955
956         '&$_rol ($a,5);',
957         '&add   ($e,@T[0]);',
958         '&xor   (@T[1],$c)      if ($j==59);'.
959         '&xor   (@T[1],$b)      if ($j< 59);',  # b^c for next round
960
961         '&xor   ($b,$c)         if ($j< 59);',  # c^d for next round
962         '&add   ($e,$a);'       .'$j++; unshift(@V,pop(@V)); unshift(@T,pop(@T));'
963         );
964 }
965 ######
966 sub bodyx_00_19 () {    # ((c^d)&b)^d
967         # on start @T[0]=(b&c)^(~b&d), $e+=X[]+K
968         return &bodyx_20_39()   if ($rx==19);   $rx++;
969         (
970         '($a,$b,$c,$d,$e)=@V;'.
971
972         '&rorx  ($b,$b,2)                       if ($j==0);'.   # $b>>>2
973         '&rorx  ($b,@T[1],7)                    if ($j!=0);',   # $b>>>2
974         '&lea   ($e,&DWP(0,$e,@T[0]));',
975         '&rorx  (@T[0],$a,5);',
976
977         '&andn  (@T[1],$a,$c);',
978         '&and   ($a,$b)',
979         '&add   ($d,&DWP(4*(($j+1)&15),"esp"));',       # X[]+K xfer
980
981         '&xor   (@T[1],$a)',
982         '&add   ($e,@T[0]);'    .'$j++; unshift(@V,pop(@V)); unshift(@T,pop(@T));'
983         );
984 }
985
986 sub bodyx_20_39 () {    # b^d^c
987         # on start $b=b^c^d
988         return &bodyx_40_59()   if ($rx==39);   $rx++;
989         (
990         '($a,$b,$c,$d,$e)=@V;'.
991
992         '&add   ($e,($j==19?@T[0]:$b))',
993         '&rorx  ($b,@T[1],7);', # $b>>>2
994         '&rorx  (@T[0],$a,5);',
995
996         '&xor   ($a,$b)                         if ($j<79);',
997         '&add   ($d,&DWP(4*(($j+1)&15),"esp"))  if ($j<79);',   # X[]+K xfer
998         '&xor   ($a,$c)                         if ($j<79);',
999         '&add   ($e,@T[0]);'    .'$j++; unshift(@V,pop(@V)); unshift(@T,pop(@T));'
1000         );
1001 }
1002
1003 sub bodyx_40_59 () {    # ((b^c)&(c^d))^c
1004         # on start $b=((b^c)&(c^d))^c
1005         return &bodyx_20_39()   if ($rx==59);   $rx++;
1006         (
1007         '($a,$b,$c,$d,$e)=@V;'.
1008
1009         '&rorx  (@T[0],$a,5)',
1010         '&lea   ($e,&DWP(0,$e,$b))',
1011         '&rorx  ($b,@T[1],7)',  # $b>>>2
1012         '&add   ($d,&DWP(4*(($j+1)&15),"esp"))',        # X[]+K xfer
1013
1014         '&mov   (@T[1],$c)',
1015         '&xor   ($a,$b)',       # b^c for next round
1016         '&xor   (@T[1],$b)',    # c^d for next round
1017
1018         '&and   ($a,@T[1])',
1019         '&add   ($e,@T[0])',
1020         '&xor   ($a,$b)'        .'$j++; unshift(@V,pop(@V)); unshift(@T,pop(@T));'
1021         );
1022 }
1023
1024 &set_label("loop",16);
1025         &Xupdate_ssse3_16_31(\&body_00_19);
1026         &Xupdate_ssse3_16_31(\&body_00_19);
1027         &Xupdate_ssse3_16_31(\&body_00_19);
1028         &Xupdate_ssse3_16_31(\&body_00_19);
1029         &Xupdate_ssse3_32_79(\&body_00_19);
1030         &Xupdate_ssse3_32_79(\&body_20_39);
1031         &Xupdate_ssse3_32_79(\&body_20_39);
1032         &Xupdate_ssse3_32_79(\&body_20_39);
1033         &Xupdate_ssse3_32_79(\&body_20_39);
1034         &Xupdate_ssse3_32_79(\&body_20_39);
1035         &Xupdate_ssse3_32_79(\&body_40_59);
1036         &Xupdate_ssse3_32_79(\&body_40_59);
1037         &Xupdate_ssse3_32_79(\&body_40_59);
1038         &Xupdate_ssse3_32_79(\&body_40_59);
1039         &Xupdate_ssse3_32_79(\&body_40_59);
1040         &Xupdate_ssse3_32_79(\&body_20_39);
1041         &Xuplast_ssse3_80(\&body_20_39);        # can jump to "done"
1042
1043                                 $saved_j=$j; @saved_V=@V;
1044
1045         &Xloop_ssse3(\&body_20_39);
1046         &Xloop_ssse3(\&body_20_39);
1047         &Xloop_ssse3(\&body_20_39);
1048
1049         &mov    (@T[1],&DWP(192,"esp"));        # update context
1050         &add    ($A,&DWP(0,@T[1]));
1051         &add    (@T[0],&DWP(4,@T[1]));          # $b
1052         &add    ($C,&DWP(8,@T[1]));
1053         &mov    (&DWP(0,@T[1]),$A);
1054         &add    ($D,&DWP(12,@T[1]));
1055         &mov    (&DWP(4,@T[1]),@T[0]);
1056         &add    ($E,&DWP(16,@T[1]));
1057         &mov    (&DWP(8,@T[1]),$C);
1058         &mov    ($B,$C);
1059         &mov    (&DWP(12,@T[1]),$D);
1060         &xor    ($B,$D);
1061         &mov    (&DWP(16,@T[1]),$E);
1062         &mov    (@T[1],@T[0]);
1063         &pshufd (@X[0],@X[-4&7],0xee);          # was &movdqa   (@X[0],@X[-3&7]);
1064         &and    (@T[0],$B);
1065         &mov    ($B,$T[1]);
1066
1067         &jmp    (&label("loop"));
1068
1069 &set_label("done",16);          $j=$saved_j; @V=@saved_V;
1070
1071         &Xtail_ssse3(\&body_20_39);
1072         &Xtail_ssse3(\&body_20_39);
1073         &Xtail_ssse3(\&body_20_39);
1074
1075         &mov    (@T[1],&DWP(192,"esp"));        # update context
1076         &add    ($A,&DWP(0,@T[1]));
1077         &mov    ("esp",&DWP(192+12,"esp"));     # restore %esp
1078         &add    (@T[0],&DWP(4,@T[1]));          # $b
1079         &add    ($C,&DWP(8,@T[1]));
1080         &mov    (&DWP(0,@T[1]),$A);
1081         &add    ($D,&DWP(12,@T[1]));
1082         &mov    (&DWP(4,@T[1]),@T[0]);
1083         &add    ($E,&DWP(16,@T[1]));
1084         &mov    (&DWP(8,@T[1]),$C);
1085         &mov    (&DWP(12,@T[1]),$D);
1086         &mov    (&DWP(16,@T[1]),$E);
1087
1088 &function_end("_sha1_block_data_order_ssse3");
1089
1090 $rx=0;  # reset
1091
1092 if ($ymm) {
1093 my $Xi=4;                       # 4xSIMD Xupdate round, start pre-seeded
1094 my @X=map("xmm$_",(4..7,0..3)); # pre-seeded for $Xi=4
1095 my @V=($A,$B,$C,$D,$E);
1096 my $j=0;                        # hash round
1097 my @T=($T,$tmp1);
1098 my $inp;
1099
1100 my $_rol=sub { &shld(@_[0],@_) };
1101 my $_ror=sub { &shrd(@_[0],@_) };
1102
1103 &function_begin("_sha1_block_data_order_avx");
1104         &call   (&label("pic_point"));  # make it PIC!
1105         &set_label("pic_point");
1106         &blindpop($tmp1);
1107         &lea    ($tmp1,&DWP(&label("K_XX_XX")."-".&label("pic_point"),$tmp1));
1108 &set_label("avx_shortcut");
1109         &vzeroall();
1110
1111         &vmovdqa(@X[3],&QWP(0,$tmp1));          # K_00_19
1112         &vmovdqa(@X[4],&QWP(16,$tmp1));         # K_20_39
1113         &vmovdqa(@X[5],&QWP(32,$tmp1));         # K_40_59
1114         &vmovdqa(@X[6],&QWP(48,$tmp1));         # K_60_79
1115         &vmovdqa(@X[2],&QWP(64,$tmp1));         # pbswap mask
1116
1117         &mov    ($E,&wparam(0));                # load argument block
1118         &mov    ($inp=@T[1],&wparam(1));
1119         &mov    ($D,&wparam(2));
1120         &mov    (@T[0],"esp");
1121
1122         # stack frame layout
1123         #
1124         # +0    X[0]+K  X[1]+K  X[2]+K  X[3]+K  # XMM->IALU xfer area
1125         #       X[4]+K  X[5]+K  X[6]+K  X[7]+K
1126         #       X[8]+K  X[9]+K  X[10]+K X[11]+K
1127         #       X[12]+K X[13]+K X[14]+K X[15]+K
1128         #
1129         # +64   X[0]    X[1]    X[2]    X[3]    # XMM->XMM backtrace area
1130         #       X[4]    X[5]    X[6]    X[7]
1131         #       X[8]    X[9]    X[10]   X[11]   # even borrowed for K_00_19
1132         #
1133         # +112  K_20_39 K_20_39 K_20_39 K_20_39 # constants
1134         #       K_40_59 K_40_59 K_40_59 K_40_59
1135         #       K_60_79 K_60_79 K_60_79 K_60_79
1136         #       K_00_19 K_00_19 K_00_19 K_00_19
1137         #       pbswap mask
1138         #
1139         # +192  ctx                             # argument block
1140         # +196  inp
1141         # +200  end
1142         # +204  esp
1143         &sub    ("esp",208);
1144         &and    ("esp",-64);
1145
1146         &vmovdqa(&QWP(112+0,"esp"),@X[4]);      # copy constants
1147         &vmovdqa(&QWP(112+16,"esp"),@X[5]);
1148         &vmovdqa(&QWP(112+32,"esp"),@X[6]);
1149         &shl    ($D,6);                         # len*64
1150         &vmovdqa(&QWP(112+48,"esp"),@X[3]);
1151         &add    ($D,$inp);                      # end of input
1152         &vmovdqa(&QWP(112+64,"esp"),@X[2]);
1153         &add    ($inp,64);
1154         &mov    (&DWP(192+0,"esp"),$E);         # save argument block
1155         &mov    (&DWP(192+4,"esp"),$inp);
1156         &mov    (&DWP(192+8,"esp"),$D);
1157         &mov    (&DWP(192+12,"esp"),@T[0]);     # save original %esp
1158
1159         &mov    ($A,&DWP(0,$E));                # load context
1160         &mov    ($B,&DWP(4,$E));
1161         &mov    ($C,&DWP(8,$E));
1162         &mov    ($D,&DWP(12,$E));
1163         &mov    ($E,&DWP(16,$E));
1164         &mov    (@T[0],$B);                     # magic seed
1165
1166         &vmovdqu(@X[-4&7],&QWP(-64,$inp));      # load input to %xmm[0-3]
1167         &vmovdqu(@X[-3&7],&QWP(-48,$inp));
1168         &vmovdqu(@X[-2&7],&QWP(-32,$inp));
1169         &vmovdqu(@X[-1&7],&QWP(-16,$inp));
1170         &vpshufb(@X[-4&7],@X[-4&7],@X[2]);      # byte swap
1171         &vpshufb(@X[-3&7],@X[-3&7],@X[2]);
1172         &vpshufb(@X[-2&7],@X[-2&7],@X[2]);
1173         &vmovdqa(&QWP(112-16,"esp"),@X[3]);     # borrow last backtrace slot
1174         &vpshufb(@X[-1&7],@X[-1&7],@X[2]);
1175         &vpaddd (@X[0],@X[-4&7],@X[3]);         # add K_00_19
1176         &vpaddd (@X[1],@X[-3&7],@X[3]);
1177         &vpaddd (@X[2],@X[-2&7],@X[3]);
1178         &vmovdqa(&QWP(0,"esp"),@X[0]);          # X[]+K xfer to IALU
1179         &mov    (@T[1],$C);
1180         &vmovdqa(&QWP(0+16,"esp"),@X[1]);
1181         &xor    (@T[1],$D);
1182         &vmovdqa(&QWP(0+32,"esp"),@X[2]);
1183         &and    (@T[0],@T[1]);
1184         &jmp    (&label("loop"));
1185
1186 sub Xupdate_avx_16_31()         # recall that $Xi starts wtih 4
1187 { use integer;
1188   my $body = shift;
1189   my @insns = (&$body,&$body,&$body,&$body);    # 40 instructions
1190   my ($a,$b,$c,$d,$e);
1191
1192          eval(shift(@insns));
1193          eval(shift(@insns));
1194         &vpalignr(@X[0],@X[-3&7],@X[-4&7],8);   # compose "X[-14]" in "X[0]"
1195          eval(shift(@insns));
1196          eval(shift(@insns));
1197
1198           &vpaddd       (@X[3],@X[3],@X[-1&7]);
1199           &vmovdqa      (&QWP(64+16*(($Xi-4)%3),"esp"),@X[-4&7]);# save X[] to backtrace buffer
1200          eval(shift(@insns));
1201          eval(shift(@insns));
1202         &vpsrldq(@X[2],@X[-1&7],4);             # "X[-3]", 3 dwords
1203          eval(shift(@insns));
1204          eval(shift(@insns));
1205         &vpxor  (@X[0],@X[0],@X[-4&7]);         # "X[0]"^="X[-16]"
1206          eval(shift(@insns));
1207          eval(shift(@insns));
1208
1209         &vpxor  (@X[2],@X[2],@X[-2&7]);         # "X[-3]"^"X[-8]"
1210          eval(shift(@insns));
1211          eval(shift(@insns));
1212           &vmovdqa      (&QWP(0+16*(($Xi-1)&3),"esp"),@X[3]);   # X[]+K xfer to IALU
1213          eval(shift(@insns));
1214          eval(shift(@insns));
1215
1216         &vpxor  (@X[0],@X[0],@X[2]);            # "X[0]"^="X[-3]"^"X[-8]"
1217          eval(shift(@insns));
1218          eval(shift(@insns));
1219          eval(shift(@insns));
1220          eval(shift(@insns));
1221
1222         &vpsrld (@X[2],@X[0],31);
1223          eval(shift(@insns));
1224          eval(shift(@insns));
1225          eval(shift(@insns));
1226          eval(shift(@insns));
1227
1228         &vpslldq(@X[4],@X[0],12);               # "X[0]"<<96, extract one dword
1229         &vpaddd (@X[0],@X[0],@X[0]);
1230          eval(shift(@insns));
1231          eval(shift(@insns));
1232          eval(shift(@insns));
1233          eval(shift(@insns));
1234
1235         &vpsrld (@X[3],@X[4],30);
1236         &vpor   (@X[0],@X[0],@X[2]);            # "X[0]"<<<=1
1237          eval(shift(@insns));
1238          eval(shift(@insns));
1239          eval(shift(@insns));
1240          eval(shift(@insns));
1241
1242         &vpslld (@X[4],@X[4],2);
1243           &vmovdqa      (@X[2],&QWP(64+16*(($Xi-6)%3),"esp")) if ($Xi>5);       # restore X[] from backtrace buffer
1244          eval(shift(@insns));
1245          eval(shift(@insns));
1246         &vpxor  (@X[0],@X[0],@X[3]);
1247          eval(shift(@insns));
1248          eval(shift(@insns));
1249          eval(shift(@insns));
1250          eval(shift(@insns));
1251
1252         &vpxor  (@X[0],@X[0],@X[4]);            # "X[0]"^=("X[0]"<<96)<<<2
1253          eval(shift(@insns));
1254          eval(shift(@insns));
1255           &vmovdqa      (@X[4],&QWP(112-16+16*(($Xi)/5),"esp"));        # K_XX_XX
1256          eval(shift(@insns));
1257          eval(shift(@insns));
1258
1259          foreach (@insns) { eval; }     # remaining instructions [if any]
1260
1261   $Xi++;        push(@X,shift(@X));     # "rotate" X[]
1262 }
1263
1264 sub Xupdate_avx_32_79()
1265 { use integer;
1266   my $body = shift;
1267   my @insns = (&$body,&$body,&$body,&$body);    # 32 to 44 instructions
1268   my ($a,$b,$c,$d,$e);
1269
1270         &vpalignr(@X[2],@X[-1&7],@X[-2&7],8);   # compose "X[-6]"
1271         &vpxor  (@X[0],@X[0],@X[-4&7]); # "X[0]"="X[-32]"^"X[-16]"
1272          eval(shift(@insns));           # body_20_39
1273          eval(shift(@insns));
1274          eval(shift(@insns));
1275          eval(shift(@insns));           # rol
1276
1277         &vpxor  (@X[0],@X[0],@X[-7&7]); # "X[0]"^="X[-28]"
1278           &vmovdqa      (&QWP(64+16*(($Xi-4)%3),"esp"),@X[-4&7]);       # save X[] to backtrace buffer
1279          eval(shift(@insns));
1280          eval(shift(@insns));
1281          if ($Xi%5) {
1282           &vmovdqa      (@X[4],@X[3]);  # "perpetuate" K_XX_XX...
1283          } else {                       # ... or load next one
1284           &vmovdqa      (@X[4],&QWP(112-16+16*($Xi/5),"esp"));
1285          }
1286           &vpaddd       (@X[3],@X[3],@X[-1&7]);
1287          eval(shift(@insns));           # ror
1288          eval(shift(@insns));
1289
1290         &vpxor  (@X[0],@X[0],@X[2]);            # "X[0]"^="X[-6]"
1291          eval(shift(@insns));           # body_20_39
1292          eval(shift(@insns));
1293          eval(shift(@insns));
1294          eval(shift(@insns));           # rol
1295
1296         &vpsrld (@X[2],@X[0],30);
1297           &vmovdqa      (&QWP(0+16*(($Xi-1)&3),"esp"),@X[3]);   # X[]+K xfer to IALU
1298          eval(shift(@insns));
1299          eval(shift(@insns));
1300          eval(shift(@insns));           # ror
1301          eval(shift(@insns));
1302
1303         &vpslld (@X[0],@X[0],2);
1304          eval(shift(@insns));           # body_20_39
1305          eval(shift(@insns));
1306          eval(shift(@insns));
1307          eval(shift(@insns));           # rol
1308          eval(shift(@insns));
1309          eval(shift(@insns));
1310          eval(shift(@insns));           # ror
1311          eval(shift(@insns));
1312
1313         &vpor   (@X[0],@X[0],@X[2]);    # "X[0]"<<<=2
1314          eval(shift(@insns));           # body_20_39
1315          eval(shift(@insns));
1316           &vmovdqa      (@X[2],&QWP(64+16*(($Xi-6)%3),"esp")) if($Xi<19);       # restore X[] from backtrace buffer
1317          eval(shift(@insns));
1318          eval(shift(@insns));           # rol
1319          eval(shift(@insns));
1320          eval(shift(@insns));
1321          eval(shift(@insns));           # ror
1322          eval(shift(@insns));
1323
1324          foreach (@insns) { eval; }     # remaining instructions
1325
1326   $Xi++;        push(@X,shift(@X));     # "rotate" X[]
1327 }
1328
1329 sub Xuplast_avx_80()
1330 { use integer;
1331   my $body = shift;
1332   my @insns = (&$body,&$body,&$body,&$body);    # 32 instructions
1333   my ($a,$b,$c,$d,$e);
1334
1335          eval(shift(@insns));
1336           &vpaddd       (@X[3],@X[3],@X[-1&7]);
1337          eval(shift(@insns));
1338          eval(shift(@insns));
1339          eval(shift(@insns));
1340          eval(shift(@insns));
1341
1342           &vmovdqa      (&QWP(0+16*(($Xi-1)&3),"esp"),@X[3]);   # X[]+K xfer IALU
1343
1344          foreach (@insns) { eval; }             # remaining instructions
1345
1346         &mov    ($inp=@T[1],&DWP(192+4,"esp"));
1347         &cmp    ($inp,&DWP(192+8,"esp"));
1348         &je     (&label("done"));
1349
1350         &vmovdqa(@X[3],&QWP(112+48,"esp"));     # K_00_19
1351         &vmovdqa(@X[2],&QWP(112+64,"esp"));     # pbswap mask
1352         &vmovdqu(@X[-4&7],&QWP(0,$inp));        # load input
1353         &vmovdqu(@X[-3&7],&QWP(16,$inp));
1354         &vmovdqu(@X[-2&7],&QWP(32,$inp));
1355         &vmovdqu(@X[-1&7],&QWP(48,$inp));
1356         &add    ($inp,64);
1357         &vpshufb(@X[-4&7],@X[-4&7],@X[2]);              # byte swap
1358         &mov    (&DWP(192+4,"esp"),$inp);
1359         &vmovdqa(&QWP(112-16,"esp"),@X[3]);     # borrow last backtrace slot
1360
1361   $Xi=0;
1362 }
1363
1364 sub Xloop_avx()
1365 { use integer;
1366   my $body = shift;
1367   my @insns = (&$body,&$body,&$body,&$body);    # 32 instructions
1368   my ($a,$b,$c,$d,$e);
1369
1370          eval(shift(@insns));
1371          eval(shift(@insns));
1372         &vpshufb        (@X[($Xi-3)&7],@X[($Xi-3)&7],@X[2]);
1373          eval(shift(@insns));
1374          eval(shift(@insns));
1375         &vpaddd (@X[$Xi&7],@X[($Xi-4)&7],@X[3]);
1376          eval(shift(@insns));
1377          eval(shift(@insns));
1378          eval(shift(@insns));
1379          eval(shift(@insns));
1380         &vmovdqa        (&QWP(0+16*$Xi,"esp"),@X[$Xi&7]);       # X[]+K xfer to IALU
1381          eval(shift(@insns));
1382          eval(shift(@insns));
1383
1384         foreach (@insns) { eval; }
1385   $Xi++;
1386 }
1387
1388 sub Xtail_avx()
1389 { use integer;
1390   my $body = shift;
1391   my @insns = (&$body,&$body,&$body,&$body);    # 32 instructions
1392   my ($a,$b,$c,$d,$e);
1393
1394         foreach (@insns) { eval; }
1395 }
1396
1397 &set_label("loop",16);
1398         &Xupdate_avx_16_31(\&body_00_19);
1399         &Xupdate_avx_16_31(\&body_00_19);
1400         &Xupdate_avx_16_31(\&body_00_19);
1401         &Xupdate_avx_16_31(\&body_00_19);
1402         &Xupdate_avx_32_79(\&body_00_19);
1403         &Xupdate_avx_32_79(\&body_20_39);
1404         &Xupdate_avx_32_79(\&body_20_39);
1405         &Xupdate_avx_32_79(\&body_20_39);
1406         &Xupdate_avx_32_79(\&body_20_39);
1407         &Xupdate_avx_32_79(\&body_20_39);
1408         &Xupdate_avx_32_79(\&body_40_59);
1409         &Xupdate_avx_32_79(\&body_40_59);
1410         &Xupdate_avx_32_79(\&body_40_59);
1411         &Xupdate_avx_32_79(\&body_40_59);
1412         &Xupdate_avx_32_79(\&body_40_59);
1413         &Xupdate_avx_32_79(\&body_20_39);
1414         &Xuplast_avx_80(\&body_20_39);  # can jump to "done"
1415
1416                                 $saved_j=$j; @saved_V=@V;
1417
1418         &Xloop_avx(\&body_20_39);
1419         &Xloop_avx(\&body_20_39);
1420         &Xloop_avx(\&body_20_39);
1421
1422         &mov    (@T[1],&DWP(192,"esp"));        # update context
1423         &add    ($A,&DWP(0,@T[1]));
1424         &add    (@T[0],&DWP(4,@T[1]));          # $b
1425         &add    ($C,&DWP(8,@T[1]));
1426         &mov    (&DWP(0,@T[1]),$A);
1427         &add    ($D,&DWP(12,@T[1]));
1428         &mov    (&DWP(4,@T[1]),@T[0]);
1429         &add    ($E,&DWP(16,@T[1]));
1430         &mov    ($B,$C);
1431         &mov    (&DWP(8,@T[1]),$C);
1432         &xor    ($B,$D);
1433         &mov    (&DWP(12,@T[1]),$D);
1434         &mov    (&DWP(16,@T[1]),$E);
1435         &mov    (@T[1],@T[0]);
1436         &and    (@T[0],$B);
1437         &mov    ($B,@T[1]);
1438
1439         &jmp    (&label("loop"));
1440
1441 &set_label("done",16);          $j=$saved_j; @V=@saved_V;
1442
1443         &Xtail_avx(\&body_20_39);
1444         &Xtail_avx(\&body_20_39);
1445         &Xtail_avx(\&body_20_39);
1446
1447         &vzeroall();
1448
1449         &mov    (@T[1],&DWP(192,"esp"));        # update context
1450         &add    ($A,&DWP(0,@T[1]));
1451         &mov    ("esp",&DWP(192+12,"esp"));     # restore %esp
1452         &add    (@T[0],&DWP(4,@T[1]));          # $b
1453         &add    ($C,&DWP(8,@T[1]));
1454         &mov    (&DWP(0,@T[1]),$A);
1455         &add    ($D,&DWP(12,@T[1]));
1456         &mov    (&DWP(4,@T[1]),@T[0]);
1457         &add    ($E,&DWP(16,@T[1]));
1458         &mov    (&DWP(8,@T[1]),$C);
1459         &mov    (&DWP(12,@T[1]),$D);
1460         &mov    (&DWP(16,@T[1]),$E);
1461 &function_end("_sha1_block_data_order_avx");
1462 }
1463 &set_label("K_XX_XX",64);
1464 &data_word(0x5a827999,0x5a827999,0x5a827999,0x5a827999);        # K_00_19
1465 &data_word(0x6ed9eba1,0x6ed9eba1,0x6ed9eba1,0x6ed9eba1);        # K_20_39
1466 &data_word(0x8f1bbcdc,0x8f1bbcdc,0x8f1bbcdc,0x8f1bbcdc);        # K_40_59
1467 &data_word(0xca62c1d6,0xca62c1d6,0xca62c1d6,0xca62c1d6);        # K_60_79
1468 &data_word(0x00010203,0x04050607,0x08090a0b,0x0c0d0e0f);        # pbswap mask
1469 &data_byte(0xf,0xe,0xd,0xc,0xb,0xa,0x9,0x8,0x7,0x6,0x5,0x4,0x3,0x2,0x1,0x0);
1470 }
1471 &asciz("SHA1 block transform for x86, CRYPTOGAMS by <appro\@openssl.org>");
1472
1473 &asm_finish();