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521
522
523
|
/*
* ChaCha20 256-bit cipher algorithm, RFC7539, ARM NEON functions
*
* Copyright (C) 2016 Linaro, Ltd. <ard.biesheuvel@linaro.org>
*
* This program is free software; you can redistribute it and/or modify
* it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
* published by the Free Software Foundation.
*
* Based on:
* ChaCha20 256-bit cipher algorithm, RFC7539, x64 SSE3 functions
*
* Copyright (C) 2015 Martin Willi
*
* This program is free software; you can redistribute it and/or modify
* it under the terms of the GNU General Public License as published by
* the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
* (at your option) any later version.
*/
#include <linux/linkage.h>
.text
.fpu neon
.align 5
ENTRY(chacha20_asm_block_xor_neon)
// r0: Input state matrix, s
// r1: 1 data block output, o
// r2: 1 data block input, i
//
// This function encrypts one ChaCha20 block by loading the state matrix
// in four NEON registers. It performs matrix operation on four words in
// parallel, but requireds shuffling to rearrange the words after each
// round.
//
// x0..3 = s0..3
add ip, r0, #0x20
vld1.32 {q0-q1}, [r0]
vld1.32 {q2-q3}, [ip]
vmov q8, q0
vmov q9, q1
vmov q10, q2
vmov q11, q3
mov r3, #10
.Ldoubleround:
// x0 += x1, x3 = rotl32(x3 ^ x0, 16)
vadd.i32 q0, q0, q1
veor q4, q3, q0
vshl.u32 q3, q4, #16
vsri.u32 q3, q4, #16
// x2 += x3, x1 = rotl32(x1 ^ x2, 12)
vadd.i32 q2, q2, q3
veor q4, q1, q2
vshl.u32 q1, q4, #12
vsri.u32 q1, q4, #20
// x0 += x1, x3 = rotl32(x3 ^ x0, 8)
vadd.i32 q0, q0, q1
veor q4, q3, q0
vshl.u32 q3, q4, #8
vsri.u32 q3, q4, #24
// x2 += x3, x1 = rotl32(x1 ^ x2, 7)
vadd.i32 q2, q2, q3
veor q4, q1, q2
vshl.u32 q1, q4, #7
vsri.u32 q1, q4, #25
// x1 = shuffle32(x1, MASK(0, 3, 2, 1))
vext.8 q1, q1, q1, #4
// x2 = shuffle32(x2, MASK(1, 0, 3, 2))
vext.8 q2, q2, q2, #8
// x3 = shuffle32(x3, MASK(2, 1, 0, 3))
vext.8 q3, q3, q3, #12
// x0 += x1, x3 = rotl32(x3 ^ x0, 16)
vadd.i32 q0, q0, q1
veor q4, q3, q0
vshl.u32 q3, q4, #16
vsri.u32 q3, q4, #16
// x2 += x3, x1 = rotl32(x1 ^ x2, 12)
vadd.i32 q2, q2, q3
veor q4, q1, q2
vshl.u32 q1, q4, #12
vsri.u32 q1, q4, #20
// x0 += x1, x3 = rotl32(x3 ^ x0, 8)
vadd.i32 q0, q0, q1
veor q4, q3, q0
vshl.u32 q3, q4, #8
vsri.u32 q3, q4, #24
// x2 += x3, x1 = rotl32(x1 ^ x2, 7)
vadd.i32 q2, q2, q3
veor q4, q1, q2
vshl.u32 q1, q4, #7
vsri.u32 q1, q4, #25
// x1 = shuffle32(x1, MASK(2, 1, 0, 3))
vext.8 q1, q1, q1, #12
// x2 = shuffle32(x2, MASK(1, 0, 3, 2))
vext.8 q2, q2, q2, #8
// x3 = shuffle32(x3, MASK(0, 3, 2, 1))
vext.8 q3, q3, q3, #4
subs r3, r3, #1
bne .Ldoubleround
add ip, r2, #0x20
vld1.8 {q4-q5}, [r2]
vld1.8 {q6-q7}, [ip]
// o0 = i0 ^ (x0 + s0)
vadd.i32 q0, q0, q8
veor q0, q0, q4
// o1 = i1 ^ (x1 + s1)
vadd.i32 q1, q1, q9
veor q1, q1, q5
// o2 = i2 ^ (x2 + s2)
vadd.i32 q2, q2, q10
veor q2, q2, q6
// o3 = i3 ^ (x3 + s3)
vadd.i32 q3, q3, q11
veor q3, q3, q7
add ip, r1, #0x20
vst1.8 {q0-q1}, [r1]
vst1.8 {q2-q3}, [ip]
bx lr
ENDPROC(chacha20_asm_block_xor_neon)
.align 5
ENTRY(chacha20_asm_4block_xor_neon)
push {r4-r6, lr}
mov ip, sp // preserve the stack pointer
sub r3, sp, #0x20 // allocate a 32 byte buffer
bic r3, r3, #0x1f // aligned to 32 bytes
mov sp, r3
// r0: Input state matrix, s
// r1: 4 data blocks output, o
// r2: 4 data blocks input, i
//
// This function encrypts four consecutive ChaCha20 blocks by loading
// the state matrix in NEON registers four times. The algorithm performs
// each operation on the corresponding word of each state matrix, hence
// requires no word shuffling. For final XORing step we transpose the
// matrix by interleaving 32- and then 64-bit words, which allows us to
// do XOR in NEON registers.
//
// x0..15[0-3] = s0..3[0..3]
add r3, r0, #0x20
vld1.32 {q0-q1}, [r0]
vld1.32 {q2-q3}, [r3]
adr r3, CTRINC
vdup.32 q15, d7[1]
vdup.32 q14, d7[0]
vld1.32 {q11}, [r3, :128]
vdup.32 q13, d6[1]
vdup.32 q12, d6[0]
vadd.i32 q12, q12, q11 // x12 += counter values 0-3
vdup.32 q11, d5[1]
vdup.32 q10, d5[0]
vdup.32 q9, d4[1]
vdup.32 q8, d4[0]
vdup.32 q7, d3[1]
vdup.32 q6, d3[0]
vdup.32 q5, d2[1]
vdup.32 q4, d2[0]
vdup.32 q3, d1[1]
vdup.32 q2, d1[0]
vdup.32 q1, d0[1]
vdup.32 q0, d0[0]
mov r3, #10
.Ldoubleround4:
// x0 += x4, x12 = rotl32(x12 ^ x0, 16)
// x1 += x5, x13 = rotl32(x13 ^ x1, 16)
// x2 += x6, x14 = rotl32(x14 ^ x2, 16)
// x3 += x7, x15 = rotl32(x15 ^ x3, 16)
vadd.i32 q0, q0, q4
vadd.i32 q1, q1, q5
vadd.i32 q2, q2, q6
vadd.i32 q3, q3, q7
veor q12, q12, q0
veor q13, q13, q1
veor q14, q14, q2
veor q15, q15, q3
vrev32.16 q12, q12
vrev32.16 q13, q13
vrev32.16 q14, q14
vrev32.16 q15, q15
// x8 += x12, x4 = rotl32(x4 ^ x8, 12)
// x9 += x13, x5 = rotl32(x5 ^ x9, 12)
// x10 += x14, x6 = rotl32(x6 ^ x10, 12)
// x11 += x15, x7 = rotl32(x7 ^ x11, 12)
vadd.i32 q8, q8, q12
vadd.i32 q9, q9, q13
vadd.i32 q10, q10, q14
vadd.i32 q11, q11, q15
vst1.32 {q8-q9}, [sp, :256]
veor q8, q4, q8
veor q9, q5, q9
vshl.u32 q4, q8, #12
vshl.u32 q5, q9, #12
vsri.u32 q4, q8, #20
vsri.u32 q5, q9, #20
veor q8, q6, q10
veor q9, q7, q11
vshl.u32 q6, q8, #12
vshl.u32 q7, q9, #12
vsri.u32 q6, q8, #20
vsri.u32 q7, q9, #20
// x0 += x4, x12 = rotl32(x12 ^ x0, 8)
// x1 += x5, x13 = rotl32(x13 ^ x1, 8)
// x2 += x6, x14 = rotl32(x14 ^ x2, 8)
// x3 += x7, x15 = rotl32(x15 ^ x3, 8)
vadd.i32 q0, q0, q4
vadd.i32 q1, q1, q5
vadd.i32 q2, q2, q6
vadd.i32 q3, q3, q7
veor q8, q12, q0
veor q9, q13, q1
vshl.u32 q12, q8, #8
vshl.u32 q13, q9, #8
vsri.u32 q12, q8, #24
vsri.u32 q13, q9, #24
veor q8, q14, q2
veor q9, q15, q3
vshl.u32 q14, q8, #8
vshl.u32 q15, q9, #8
vsri.u32 q14, q8, #24
vsri.u32 q15, q9, #24
vld1.32 {q8-q9}, [sp, :256]
// x8 += x12, x4 = rotl32(x4 ^ x8, 7)
// x9 += x13, x5 = rotl32(x5 ^ x9, 7)
// x10 += x14, x6 = rotl32(x6 ^ x10, 7)
// x11 += x15, x7 = rotl32(x7 ^ x11, 7)
vadd.i32 q8, q8, q12
vadd.i32 q9, q9, q13
vadd.i32 q10, q10, q14
vadd.i32 q11, q11, q15
vst1.32 {q8-q9}, [sp, :256]
veor q8, q4, q8
veor q9, q5, q9
vshl.u32 q4, q8, #7
vshl.u32 q5, q9, #7
vsri.u32 q4, q8, #25
vsri.u32 q5, q9, #25
veor q8, q6, q10
veor q9, q7, q11
vshl.u32 q6, q8, #7
vshl.u32 q7, q9, #7
vsri.u32 q6, q8, #25
vsri.u32 q7, q9, #25
vld1.32 {q8-q9}, [sp, :256]
// x0 += x5, x15 = rotl32(x15 ^ x0, 16)
// x1 += x6, x12 = rotl32(x12 ^ x1, 16)
// x2 += x7, x13 = rotl32(x13 ^ x2, 16)
// x3 += x4, x14 = rotl32(x14 ^ x3, 16)
vadd.i32 q0, q0, q5
vadd.i32 q1, q1, q6
vadd.i32 q2, q2, q7
vadd.i32 q3, q3, q4
veor q15, q15, q0
veor q12, q12, q1
veor q13, q13, q2
veor q14, q14, q3
vrev32.16 q15, q15
vrev32.16 q12, q12
vrev32.16 q13, q13
vrev32.16 q14, q14
// x10 += x15, x5 = rotl32(x5 ^ x10, 12)
// x11 += x12, x6 = rotl32(x6 ^ x11, 12)
// x8 += x13, x7 = rotl32(x7 ^ x8, 12)
// x9 += x14, x4 = rotl32(x4 ^ x9, 12)
vadd.i32 q10, q10, q15
vadd.i32 q11, q11, q12
vadd.i32 q8, q8, q13
vadd.i32 q9, q9, q14
vst1.32 {q8-q9}, [sp, :256]
veor q8, q7, q8
veor q9, q4, q9
vshl.u32 q7, q8, #12
vshl.u32 q4, q9, #12
vsri.u32 q7, q8, #20
vsri.u32 q4, q9, #20
veor q8, q5, q10
veor q9, q6, q11
vshl.u32 q5, q8, #12
vshl.u32 q6, q9, #12
vsri.u32 q5, q8, #20
vsri.u32 q6, q9, #20
// x0 += x5, x15 = rotl32(x15 ^ x0, 8)
// x1 += x6, x12 = rotl32(x12 ^ x1, 8)
// x2 += x7, x13 = rotl32(x13 ^ x2, 8)
// x3 += x4, x14 = rotl32(x14 ^ x3, 8)
vadd.i32 q0, q0, q5
vadd.i32 q1, q1, q6
vadd.i32 q2, q2, q7
vadd.i32 q3, q3, q4
veor q8, q15, q0
veor q9, q12, q1
vshl.u32 q15, q8, #8
vshl.u32 q12, q9, #8
vsri.u32 q15, q8, #24
vsri.u32 q12, q9, #24
veor q8, q13, q2
veor q9, q14, q3
vshl.u32 q13, q8, #8
vshl.u32 q14, q9, #8
vsri.u32 q13, q8, #24
vsri.u32 q14, q9, #24
vld1.32 {q8-q9}, [sp, :256]
// x10 += x15, x5 = rotl32(x5 ^ x10, 7)
// x11 += x12, x6 = rotl32(x6 ^ x11, 7)
// x8 += x13, x7 = rotl32(x7 ^ x8, 7)
// x9 += x14, x4 = rotl32(x4 ^ x9, 7)
vadd.i32 q10, q10, q15
vadd.i32 q11, q11, q12
vadd.i32 q8, q8, q13
vadd.i32 q9, q9, q14
vst1.32 {q8-q9}, [sp, :256]
veor q8, q7, q8
veor q9, q4, q9
vshl.u32 q7, q8, #7
vshl.u32 q4, q9, #7
vsri.u32 q7, q8, #25
vsri.u32 q4, q9, #25
veor q8, q5, q10
veor q9, q6, q11
vshl.u32 q5, q8, #7
vshl.u32 q6, q9, #7
vsri.u32 q5, q8, #25
vsri.u32 q6, q9, #25
subs r3, r3, #1
beq 0f
vld1.32 {q8-q9}, [sp, :256]
b .Ldoubleround4
// x0[0-3] += s0[0]
// x1[0-3] += s0[1]
// x2[0-3] += s0[2]
// x3[0-3] += s0[3]
0: ldmia r0!, {r3-r6}
vdup.32 q8, r3
vdup.32 q9, r4
vadd.i32 q0, q0, q8
vadd.i32 q1, q1, q9
vdup.32 q8, r5
vdup.32 q9, r6
vadd.i32 q2, q2, q8
vadd.i32 q3, q3, q9
// x4[0-3] += s1[0]
// x5[0-3] += s1[1]
// x6[0-3] += s1[2]
// x7[0-3] += s1[3]
ldmia r0!, {r3-r6}
vdup.32 q8, r3
vdup.32 q9, r4
vadd.i32 q4, q4, q8
vadd.i32 q5, q5, q9
vdup.32 q8, r5
vdup.32 q9, r6
vadd.i32 q6, q6, q8
vadd.i32 q7, q7, q9
// interleave 32-bit words in state n, n+1
vzip.32 q0, q1
vzip.32 q2, q3
vzip.32 q4, q5
vzip.32 q6, q7
// interleave 64-bit words in state n, n+2
vswp d1, d4
vswp d3, d6
vswp d9, d12
vswp d11, d14
// xor with corresponding input, write to output
vld1.8 {q8-q9}, [r2]!
veor q8, q8, q0
veor q9, q9, q4
vst1.8 {q8-q9}, [r1]!
vld1.32 {q8-q9}, [sp, :256]
// x8[0-3] += s2[0]
// x9[0-3] += s2[1]
// x10[0-3] += s2[2]
// x11[0-3] += s2[3]
ldmia r0!, {r3-r6}
vdup.32 q0, r3
vdup.32 q4, r4
vadd.i32 q8, q8, q0
vadd.i32 q9, q9, q4
vdup.32 q0, r5
vdup.32 q4, r6
vadd.i32 q10, q10, q0
vadd.i32 q11, q11, q4
// x12[0-3] += s3[0]
// x13[0-3] += s3[1]
// x14[0-3] += s3[2]
// x15[0-3] += s3[3]
ldmia r0!, {r3-r6}
vdup.32 q0, r3
vdup.32 q4, r4
adr r3, CTRINC
vadd.i32 q12, q12, q0
vld1.32 {q0}, [r3, :128]
vadd.i32 q13, q13, q4
vadd.i32 q12, q12, q0 // x12 += counter values 0-3
vdup.32 q0, r5
vdup.32 q4, r6
vadd.i32 q14, q14, q0
vadd.i32 q15, q15, q4
// interleave 32-bit words in state n, n+1
vzip.32 q8, q9
vzip.32 q10, q11
vzip.32 q12, q13
vzip.32 q14, q15
// interleave 64-bit words in state n, n+2
vswp d17, d20
vswp d19, d22
vswp d25, d28
vswp d27, d30
vmov q4, q1
vld1.8 {q0-q1}, [r2]!
veor q0, q0, q8
veor q1, q1, q12
vst1.8 {q0-q1}, [r1]!
vld1.8 {q0-q1}, [r2]!
veor q0, q0, q2
veor q1, q1, q6
vst1.8 {q0-q1}, [r1]!
vld1.8 {q0-q1}, [r2]!
veor q0, q0, q10
veor q1, q1, q14
vst1.8 {q0-q1}, [r1]!
vld1.8 {q0-q1}, [r2]!
veor q0, q0, q4
veor q1, q1, q5
vst1.8 {q0-q1}, [r1]!
vld1.8 {q0-q1}, [r2]!
veor q0, q0, q9
veor q1, q1, q13
vst1.8 {q0-q1}, [r1]!
vld1.8 {q0-q1}, [r2]!
veor q0, q0, q3
veor q1, q1, q7
vst1.8 {q0-q1}, [r1]!
vld1.8 {q0-q1}, [r2]
veor q0, q0, q11
veor q1, q1, q15
vst1.8 {q0-q1}, [r1]
mov sp, ip
pop {r4-r6, pc}
ENDPROC(chacha20_asm_4block_xor_neon)
.align 4
CTRINC: .word 0, 1, 2, 3
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