dcd62a809d0f8215ac3241521c63011fd5964b4c
[openssl.git] / crypto / sha / asm / sha512-x86_64.pl
1 #!/usr/bin/env perl
2 #
3 # ====================================================================
4 # Written by Andy Polyakov <appro@openssl.org> for the OpenSSL
5 # project. Rights for redistribution and usage in source and binary
6 # forms are granted according to the OpenSSL license.
7 # ====================================================================
8 #
9 # sha256/512_block procedure for x86_64.
10 #
11 # 40% improvement over compiler-generated code on Opteron. On EM64T
12 # sha256 was observed to run >80% faster and sha512 - >40%. No magical
13 # tricks, just straight implementation... I really wonder why gcc
14 # [being armed with inline assembler] fails to generate as fast code.
15 # The only thing which is cool about this module is that it's very
16 # same instruction sequence used for both SHA-256 and SHA-512. In
17 # former case the instructions operate on 32-bit operands, while in
18 # latter - on 64-bit ones. All I had to do is to get one flavor right,
19 # the other one passed the test right away:-)
20 #
21 # sha256_block runs in ~1005 cycles on Opteron, which gives you
22 # asymptotic performance of 64*1000/1005=63.7MBps times CPU clock
23 # frequency in GHz. sha512_block runs in ~1275 cycles, which results
24 # in 128*1000/1275=100MBps per GHz. Is there room for improvement?
25 # Well, if you compare it to IA-64 implementation, which maintains
26 # X[16] in register bank[!], tends to 4 instructions per CPU clock
27 # cycle and runs in 1003 cycles, 1275 is very good result for 3-way
28 # issue Opteron pipeline and X[16] maintained in memory. So that *if*
29 # there is a way to improve it, *then* the only way would be to try to
30 # offload X[16] updates to SSE unit, but that would require "deeper"
31 # loop unroll, which in turn would naturally cause size blow-up, not
32 # to mention increased complexity! And once again, only *if* it's
33 # actually possible to noticeably improve overall ILP, instruction
34 # level parallelism, on a given CPU implementation in this case.
35 #
36 # Special note on Intel EM64T. While Opteron CPU exhibits perfect
37 # perfromance ratio of 1.5 between 64- and 32-bit flavors [see above],
38 # [currently available] EM64T CPUs apparently are far from it. On the
39 # contrary, 64-bit version, sha512_block, is ~30% *slower* than 32-bit
40 # sha256_block:-( This is presumably because 64-bit shifts/rotates
41 # apparently are not atomic instructions, but implemented in microcode.
42 #
43 # May 2012.
44 #
45 # Optimization including one of Pavel Semjanov's ideas, alternative
46 # Maj, resulted in >=5% improvement on most CPUs, 20% on P4.
47
48 $flavour = shift;
49 $output  = shift;
50 if ($flavour =~ /\./) { $output = $flavour; undef $flavour; }
51
52 $win64=0; $win64=1 if ($flavour =~ /[nm]asm|mingw64/ || $output =~ /\.asm$/);
53
54 $0 =~ m/(.*[\/\\])[^\/\\]+$/; $dir=$1;
55 ( $xlate="${dir}x86_64-xlate.pl" and -f $xlate ) or
56 ( $xlate="${dir}../../perlasm/x86_64-xlate.pl" and -f $xlate) or
57 die "can't locate x86_64-xlate.pl";
58
59 open STDOUT,"| $^X $xlate $flavour $output";
60
61 if ($output =~ /512/) {
62         $func="sha512_block_data_order";
63         $TABLE="K512";
64         $SZ=8;
65         @ROT=($A,$B,$C,$D,$E,$F,$G,$H)=("%rax","%rbx","%rcx","%rdx",
66                                         "%r8", "%r9", "%r10","%r11");
67         ($T1,$a0,$a1,$a2,$a3)=("%r12","%r13","%r14","%r15","%rdi");
68         @Sigma0=(28,34,39);
69         @Sigma1=(14,18,41);
70         @sigma0=(1,  8, 7);
71         @sigma1=(19,61, 6);
72         $rounds=80;
73 } else {
74         $func="sha256_block_data_order";
75         $TABLE="K256";
76         $SZ=4;
77         @ROT=($A,$B,$C,$D,$E,$F,$G,$H)=("%eax","%ebx","%ecx","%edx",
78                                         "%r8d","%r9d","%r10d","%r11d");
79         ($T1,$a0,$a1,$a2,$a3)=("%r12d","%r13d","%r14d","%r15d","%edi");
80         @Sigma0=( 2,13,22);
81         @Sigma1=( 6,11,25);
82         @sigma0=( 7,18, 3);
83         @sigma1=(17,19,10);
84         $rounds=64;
85 }
86
87 $ctx="%rdi";    # 1st arg, zapped by $a3
88 $inp="%rsi";    # 2nd arg
89 $Tbl="%rbp";
90
91 $_ctx="16*$SZ+0*8(%rsp)";
92 $_inp="16*$SZ+1*8(%rsp)";
93 $_end="16*$SZ+2*8(%rsp)";
94 $_rsp="16*$SZ+3*8(%rsp)";
95 $framesz="16*$SZ+4*8";
96
97
98 sub ROUND_00_15()
99 { my ($i,$a,$b,$c,$d,$e,$f,$g,$h) = @_;
100
101 $code.=<<___;
102         ror     \$`$Sigma1[2]-$Sigma1[1]`,$a0
103         mov     $f,$a2
104
105         ror     \$`$Sigma0[2]-$Sigma0[1]`,$a1
106         xor     $e,$a0
107         xor     $g,$a2                  # f^g
108
109         mov     $T1,`$SZ*($i&0xf)`(%rsp)
110         xor     $a,$a1
111         and     $e,$a2                  # (f^g)&e
112
113         ror     \$`$Sigma1[1]-$Sigma1[0]`,$a0
114         add     $h,$T1                  # T1+=h
115         xor     $g,$a2                  # Ch(e,f,g)=((f^g)&e)^g
116
117         ror     \$`$Sigma0[1]-$Sigma0[0]`,$a1
118         xor     $e,$a0
119         add     $a2,$T1                 # T1+=Ch(e,f,g)
120
121         mov     $a,$a2
122         add     ($Tbl),$T1              # T1+=K[round]
123         xor     $a,$a1
124
125         ror     \$$Sigma1[0],$a0        # Sigma1(e)
126         xor     $b,$a2                  # a^b, b^c in next round
127         mov     $b,$h
128
129         ror     \$$Sigma0[0],$a1        # Sigma0(a)
130         and     $a2,$a3
131         add     $a0,$T1                 # T1+=Sigma1(e)
132
133         xor     $a3,$h                  # h=Maj(a,b,c)=Ch(a^b,c,b)
134         add     $T1,$d                  # d+=T1
135         add     $T1,$h                  # h+=T1
136 ___
137 $code.=<<___ if ($i>=15);
138         mov     `$SZ*(($i+2)&0xf)`(%rsp),$a0
139 ___
140 $code.=<<___;
141         lea     $SZ($Tbl),$Tbl          # round++
142         add     $a1,$h                  # h+=Sigma0(a)
143
144 ___
145         ($a2,$a3) = ($a3,$a2);
146 }
147
148 sub ROUND_16_XX()
149 { my ($i,$a,$b,$c,$d,$e,$f,$g,$h) = @_;
150
151 $code.=<<___;
152         #mov    `$SZ*(($i+1)&0xf)`(%rsp),$a0
153         mov     `$SZ*(($i+14)&0xf)`(%rsp),$a1
154
155         mov     $a0,$T1
156         ror     \$`$sigma0[1]-$sigma0[0]`,$a0
157         mov     $a1,$a2
158         ror     \$`$sigma1[1]-$sigma1[0]`,$a1
159
160         xor     $T1,$a0
161         shr     \$$sigma0[2],$T1
162         ror     \$$sigma0[0],$a0
163         xor     $a2,$a1
164         shr     \$$sigma1[2],$a2
165
166         xor     $a0,$T1                 # sigma0(X[(i+1)&0xf])
167         ror     \$$sigma1[0],$a1
168         add     `$SZ*(($i+9)&0xf)`(%rsp),$T1
169         xor     $a2,$a1                 # sigma1(X[(i+14)&0xf])
170
171         add     `$SZ*($i&0xf)`(%rsp),$T1
172         mov     $e,$a0
173         add     $a1,$T1
174         mov     $a,$a1
175 ___
176         &ROUND_00_15(@_);
177 }
178
179 $code=<<___;
180 .text
181
182 .globl  $func
183 .type   $func,\@function,4
184 .align  16
185 $func:
186         push    %rbx
187         push    %rbp
188         push    %r12
189         push    %r13
190         push    %r14
191         push    %r15
192         mov     %rsp,%r11               # copy %rsp
193         shl     \$4,%rdx                # num*16
194         sub     \$$framesz,%rsp
195         lea     ($inp,%rdx,$SZ),%rdx    # inp+num*16*$SZ
196         and     \$-64,%rsp              # align stack frame
197         mov     $ctx,$_ctx              # save ctx, 1st arg
198         mov     $inp,$_inp              # save inp, 2nd arh
199         mov     %rdx,$_end              # save end pointer, "3rd" arg
200         mov     %r11,$_rsp              # save copy of %rsp
201 .Lprologue:
202
203         mov     $SZ*0($ctx),$A
204         mov     $SZ*1($ctx),$B
205         mov     $SZ*2($ctx),$C
206         mov     $SZ*3($ctx),$D
207         mov     $SZ*4($ctx),$E
208         mov     $SZ*5($ctx),$F
209         mov     $SZ*6($ctx),$G
210         mov     $SZ*7($ctx),$H
211         jmp     .Lloop
212
213 .align  16
214 .Lloop:
215         mov     $B,$a3
216         lea     $TABLE(%rip),$Tbl
217         xor     $C,$a3                  # magic
218 ___
219         for($i=0;$i<16;$i++) {
220                 $code.="        mov     $SZ*$i($inp),$T1\n";
221                 $code.="        mov     @ROT[4],$a0\n";
222                 $code.="        mov     @ROT[0],$a1\n";
223                 $code.="        bswap   $T1\n";
224                 &ROUND_00_15($i,@ROT);
225                 unshift(@ROT,pop(@ROT));
226         }
227 $code.=<<___;
228         jmp     .Lrounds_16_xx
229 .align  16
230 .Lrounds_16_xx:
231 ___
232         for(;$i<32;$i++) {
233                 &ROUND_16_XX($i,@ROT);
234                 unshift(@ROT,pop(@ROT));
235         }
236
237 $code.=<<___;
238         testl   \$-1,($Tbl)
239         jnz     .Lrounds_16_xx
240
241         mov     $_ctx,$ctx
242         lea     16*$SZ($inp),$inp
243
244         add     $SZ*0($ctx),$A
245         add     $SZ*1($ctx),$B
246         add     $SZ*2($ctx),$C
247         add     $SZ*3($ctx),$D
248         add     $SZ*4($ctx),$E
249         add     $SZ*5($ctx),$F
250         add     $SZ*6($ctx),$G
251         add     $SZ*7($ctx),$H
252
253         cmp     $_end,$inp
254
255         mov     $A,$SZ*0($ctx)
256         mov     $B,$SZ*1($ctx)
257         mov     $C,$SZ*2($ctx)
258         mov     $D,$SZ*3($ctx)
259         mov     $E,$SZ*4($ctx)
260         mov     $F,$SZ*5($ctx)
261         mov     $G,$SZ*6($ctx)
262         mov     $H,$SZ*7($ctx)
263         jb      .Lloop
264
265         mov     $_rsp,%rsi
266         mov     (%rsi),%r15
267         mov     8(%rsi),%r14
268         mov     16(%rsi),%r13
269         mov     24(%rsi),%r12
270         mov     32(%rsi),%rbp
271         mov     40(%rsi),%rbx
272         lea     48(%rsi),%rsp
273 .Lepilogue:
274         ret
275 .size   $func,.-$func
276 ___
277
278 if ($SZ==4) {
279 $code.=<<___;
280 .align  64
281 .type   $TABLE,\@object
282 $TABLE:
283         .long   0x428a2f98,0x71374491,0xb5c0fbcf,0xe9b5dba5
284         .long   0x3956c25b,0x59f111f1,0x923f82a4,0xab1c5ed5
285         .long   0xd807aa98,0x12835b01,0x243185be,0x550c7dc3
286         .long   0x72be5d74,0x80deb1fe,0x9bdc06a7,0xc19bf174
287         .long   0xe49b69c1,0xefbe4786,0x0fc19dc6,0x240ca1cc
288         .long   0x2de92c6f,0x4a7484aa,0x5cb0a9dc,0x76f988da
289         .long   0x983e5152,0xa831c66d,0xb00327c8,0xbf597fc7
290         .long   0xc6e00bf3,0xd5a79147,0x06ca6351,0x14292967
291         .long   0x27b70a85,0x2e1b2138,0x4d2c6dfc,0x53380d13
292         .long   0x650a7354,0x766a0abb,0x81c2c92e,0x92722c85
293         .long   0xa2bfe8a1,0xa81a664b,0xc24b8b70,0xc76c51a3
294         .long   0xd192e819,0xd6990624,0xf40e3585,0x106aa070
295         .long   0x19a4c116,0x1e376c08,0x2748774c,0x34b0bcb5
296         .long   0x391c0cb3,0x4ed8aa4a,0x5b9cca4f,0x682e6ff3
297         .long   0x748f82ee,0x78a5636f,0x84c87814,0x8cc70208
298         .long   0x90befffa,0xa4506ceb,0xbef9a3f7,0xc67178f2
299         .long   0
300         .asciz  "SHA256 block transform for x86_64, CRYPTOGAMS by <appro\@openssl.org>"
301 ___
302 } else {
303 $code.=<<___;
304 .align  64
305 .type   $TABLE,\@object
306 $TABLE:
307         .quad   0x428a2f98d728ae22,0x7137449123ef65cd
308         .quad   0xb5c0fbcfec4d3b2f,0xe9b5dba58189dbbc
309         .quad   0x3956c25bf348b538,0x59f111f1b605d019
310         .quad   0x923f82a4af194f9b,0xab1c5ed5da6d8118
311         .quad   0xd807aa98a3030242,0x12835b0145706fbe
312         .quad   0x243185be4ee4b28c,0x550c7dc3d5ffb4e2
313         .quad   0x72be5d74f27b896f,0x80deb1fe3b1696b1
314         .quad   0x9bdc06a725c71235,0xc19bf174cf692694
315         .quad   0xe49b69c19ef14ad2,0xefbe4786384f25e3
316         .quad   0x0fc19dc68b8cd5b5,0x240ca1cc77ac9c65
317         .quad   0x2de92c6f592b0275,0x4a7484aa6ea6e483
318         .quad   0x5cb0a9dcbd41fbd4,0x76f988da831153b5
319         .quad   0x983e5152ee66dfab,0xa831c66d2db43210
320         .quad   0xb00327c898fb213f,0xbf597fc7beef0ee4
321         .quad   0xc6e00bf33da88fc2,0xd5a79147930aa725
322         .quad   0x06ca6351e003826f,0x142929670a0e6e70
323         .quad   0x27b70a8546d22ffc,0x2e1b21385c26c926
324         .quad   0x4d2c6dfc5ac42aed,0x53380d139d95b3df
325         .quad   0x650a73548baf63de,0x766a0abb3c77b2a8
326         .quad   0x81c2c92e47edaee6,0x92722c851482353b
327         .quad   0xa2bfe8a14cf10364,0xa81a664bbc423001
328         .quad   0xc24b8b70d0f89791,0xc76c51a30654be30
329         .quad   0xd192e819d6ef5218,0xd69906245565a910
330         .quad   0xf40e35855771202a,0x106aa07032bbd1b8
331         .quad   0x19a4c116b8d2d0c8,0x1e376c085141ab53
332         .quad   0x2748774cdf8eeb99,0x34b0bcb5e19b48a8
333         .quad   0x391c0cb3c5c95a63,0x4ed8aa4ae3418acb
334         .quad   0x5b9cca4f7763e373,0x682e6ff3d6b2b8a3
335         .quad   0x748f82ee5defb2fc,0x78a5636f43172f60
336         .quad   0x84c87814a1f0ab72,0x8cc702081a6439ec
337         .quad   0x90befffa23631e28,0xa4506cebde82bde9
338         .quad   0xbef9a3f7b2c67915,0xc67178f2e372532b
339         .quad   0xca273eceea26619c,0xd186b8c721c0c207
340         .quad   0xeada7dd6cde0eb1e,0xf57d4f7fee6ed178
341         .quad   0x06f067aa72176fba,0x0a637dc5a2c898a6
342         .quad   0x113f9804bef90dae,0x1b710b35131c471b
343         .quad   0x28db77f523047d84,0x32caab7b40c72493
344         .quad   0x3c9ebe0a15c9bebc,0x431d67c49c100d4c
345         .quad   0x4cc5d4becb3e42b6,0x597f299cfc657e2a
346         .quad   0x5fcb6fab3ad6faec,0x6c44198c4a475817
347         .long   0
348         .asciz  "SHA512 block transfort for x86_64, CRYPTOGAMS by <appro\@openssl.org>
349 ___
350 }
351
352 # EXCEPTION_DISPOSITION handler (EXCEPTION_RECORD *rec,ULONG64 frame,
353 #               CONTEXT *context,DISPATCHER_CONTEXT *disp)
354 if ($win64) {
355 $rec="%rcx";
356 $frame="%rdx";
357 $context="%r8";
358 $disp="%r9";
359
360 $code.=<<___;
361 .extern __imp_RtlVirtualUnwind
362 .type   se_handler,\@abi-omnipotent
363 .align  16
364 se_handler:
365         push    %rsi
366         push    %rdi
367         push    %rbx
368         push    %rbp
369         push    %r12
370         push    %r13
371         push    %r14
372         push    %r15
373         pushfq
374         sub     \$64,%rsp
375
376         mov     120($context),%rax      # pull context->Rax
377         mov     248($context),%rbx      # pull context->Rip
378
379         lea     .Lprologue(%rip),%r10
380         cmp     %r10,%rbx               # context->Rip<.Lprologue
381         jb      .Lin_prologue
382
383         mov     152($context),%rax      # pull context->Rsp
384
385         lea     .Lepilogue(%rip),%r10
386         cmp     %r10,%rbx               # context->Rip>=.Lepilogue
387         jae     .Lin_prologue
388
389         mov     16*$SZ+3*8(%rax),%rax   # pull $_rsp
390         lea     48(%rax),%rax
391
392         mov     -8(%rax),%rbx
393         mov     -16(%rax),%rbp
394         mov     -24(%rax),%r12
395         mov     -32(%rax),%r13
396         mov     -40(%rax),%r14
397         mov     -48(%rax),%r15
398         mov     %rbx,144($context)      # restore context->Rbx
399         mov     %rbp,160($context)      # restore context->Rbp
400         mov     %r12,216($context)      # restore context->R12
401         mov     %r13,224($context)      # restore context->R13
402         mov     %r14,232($context)      # restore context->R14
403         mov     %r15,240($context)      # restore context->R15
404
405 .Lin_prologue:
406         mov     8(%rax),%rdi
407         mov     16(%rax),%rsi
408         mov     %rax,152($context)      # restore context->Rsp
409         mov     %rsi,168($context)      # restore context->Rsi
410         mov     %rdi,176($context)      # restore context->Rdi
411
412         mov     40($disp),%rdi          # disp->ContextRecord
413         mov     $context,%rsi           # context
414         mov     \$154,%ecx              # sizeof(CONTEXT)
415         .long   0xa548f3fc              # cld; rep movsq
416
417         mov     $disp,%rsi
418         xor     %rcx,%rcx               # arg1, UNW_FLAG_NHANDLER
419         mov     8(%rsi),%rdx            # arg2, disp->ImageBase
420         mov     0(%rsi),%r8             # arg3, disp->ControlPc
421         mov     16(%rsi),%r9            # arg4, disp->FunctionEntry
422         mov     40(%rsi),%r10           # disp->ContextRecord
423         lea     56(%rsi),%r11           # &disp->HandlerData
424         lea     24(%rsi),%r12           # &disp->EstablisherFrame
425         mov     %r10,32(%rsp)           # arg5
426         mov     %r11,40(%rsp)           # arg6
427         mov     %r12,48(%rsp)           # arg7
428         mov     %rcx,56(%rsp)           # arg8, (NULL)
429         call    *__imp_RtlVirtualUnwind(%rip)
430
431         mov     \$1,%eax                # ExceptionContinueSearch
432         add     \$64,%rsp
433         popfq
434         pop     %r15
435         pop     %r14
436         pop     %r13
437         pop     %r12
438         pop     %rbp
439         pop     %rbx
440         pop     %rdi
441         pop     %rsi
442         ret
443 .size   se_handler,.-se_handler
444
445 .section        .pdata
446 .align  4
447         .rva    .LSEH_begin_$func
448         .rva    .LSEH_end_$func
449         .rva    .LSEH_info_$func
450
451 .section        .xdata
452 .align  8
453 .LSEH_info_$func:
454         .byte   9,0,0,0
455         .rva    se_handler
456 ___
457 }
458
459 $code =~ s/\`([^\`]*)\`/eval $1/gem;
460 print $code;
461 close STDOUT;