--- /dev/null
+/*
+ * 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_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_block_xor_neon)
+
+ .align 5
+ENTRY(chacha20_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_4block_xor_neon)
+
+ .align 4
+CTRINC: .word 0, 1, 2, 3
--- /dev/null
+/*
+ * 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, SIMD glue code
+ *
+ * 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 <crypto/algapi.h>
+#include <crypto/chacha20.h>
+#include <crypto/internal/skcipher.h>
+#include <linux/kernel.h>
+#include <linux/module.h>
+
+#include <asm/hwcap.h>
+#include <asm/neon.h>
+#include <asm/simd.h>
+
+asmlinkage void chacha20_block_xor_neon(u32 *state, u8 *dst, const u8 *src);
+asmlinkage void chacha20_4block_xor_neon(u32 *state, u8 *dst, const u8 *src);
+
+static void chacha20_doneon(u32 *state, u8 *dst, const u8 *src,
+ unsigned int bytes)
+{
+ u8 buf[CHACHA20_BLOCK_SIZE];
+
+ while (bytes >= CHACHA20_BLOCK_SIZE * 4) {
+ chacha20_4block_xor_neon(state, dst, src);
+ bytes -= CHACHA20_BLOCK_SIZE * 4;
+ src += CHACHA20_BLOCK_SIZE * 4;
+ dst += CHACHA20_BLOCK_SIZE * 4;
+ state[12] += 4;
+ }
+ while (bytes >= CHACHA20_BLOCK_SIZE) {
+ chacha20_block_xor_neon(state, dst, src);
+ bytes -= CHACHA20_BLOCK_SIZE;
+ src += CHACHA20_BLOCK_SIZE;
+ dst += CHACHA20_BLOCK_SIZE;
+ state[12]++;
+ }
+ if (bytes) {
+ memcpy(buf, src, bytes);
+ chacha20_block_xor_neon(state, buf, buf);
+ memcpy(dst, buf, bytes);
+ }
+}
+
+static int chacha20_neon(struct skcipher_request *req)
+{
+ struct crypto_skcipher *tfm = crypto_skcipher_reqtfm(req);
+ struct chacha20_ctx *ctx = crypto_skcipher_ctx(tfm);
+ struct skcipher_walk walk;
+ u32 state[16];
+ int err;
+
+ if (req->cryptlen <= CHACHA20_BLOCK_SIZE || !may_use_simd())
+ return crypto_chacha20_crypt(req);
+
+ err = skcipher_walk_virt(&walk, req, true);
+
+ crypto_chacha20_init(state, ctx, walk.iv);
+
+ kernel_neon_begin();
+ while (walk.nbytes > 0) {
+ unsigned int nbytes = walk.nbytes;
+
+ if (nbytes < walk.total)
+ nbytes = round_down(nbytes, walk.stride);
+
+ chacha20_doneon(state, walk.dst.virt.addr, walk.src.virt.addr,
+ nbytes);
+ err = skcipher_walk_done(&walk, walk.nbytes - nbytes);
+ }
+ kernel_neon_end();
+
+ return err;
+}
+
+static struct skcipher_alg alg = {
+ .base.cra_name = "chacha20",
+ .base.cra_driver_name = "chacha20-neon",
+ .base.cra_priority = 300,
+ .base.cra_blocksize = 1,
+ .base.cra_ctxsize = sizeof(struct chacha20_ctx),
+ .base.cra_alignmask = 1,
+ .base.cra_module = THIS_MODULE,
+
+ .min_keysize = CHACHA20_KEY_SIZE,
+ .max_keysize = CHACHA20_KEY_SIZE,
+ .ivsize = CHACHA20_IV_SIZE,
+ .chunksize = CHACHA20_BLOCK_SIZE,
+ .walksize = 4 * CHACHA20_BLOCK_SIZE,
+ .setkey = crypto_chacha20_setkey,
+ .encrypt = chacha20_neon,
+ .decrypt = chacha20_neon,
+};
+
+static int __init chacha20_simd_mod_init(void)
+{
+ if (!(elf_hwcap & HWCAP_NEON))
+ return -ENODEV;
+
+ return crypto_register_skcipher(&alg);
+}
+
+static void __exit chacha20_simd_mod_fini(void)
+{
+ crypto_unregister_skcipher(&alg);
+}
+
+module_init(chacha20_simd_mod_init);
+module_exit(chacha20_simd_mod_fini);
+
+MODULE_AUTHOR("Ard Biesheuvel <ard.biesheuvel@linaro.org>");
+MODULE_LICENSE("GPL v2");
+MODULE_ALIAS_CRYPTO("chacha20");
projects / karo-tx-linux.git / commitdiff