xref: /optee_os/lib/libmbedtls/mbedtls/library/aesni.c (revision 32b3180828fa15a49ccc86ecb4be9d274c140c89)
1817466cbSJens Wiklander /*
2817466cbSJens Wiklander  *  AES-NI support functions
3817466cbSJens Wiklander  *
47901324dSJerome Forissier  *  Copyright The Mbed TLS Contributors
57901324dSJerome Forissier  *  SPDX-License-Identifier: Apache-2.0
6817466cbSJens Wiklander  *
7817466cbSJens Wiklander  *  Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License"); you may
8817466cbSJens Wiklander  *  not use this file except in compliance with the License.
9817466cbSJens Wiklander  *  You may obtain a copy of the License at
10817466cbSJens Wiklander  *
11817466cbSJens Wiklander  *  http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
12817466cbSJens Wiklander  *
13817466cbSJens Wiklander  *  Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
14817466cbSJens Wiklander  *  distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS, WITHOUT
15817466cbSJens Wiklander  *  WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
16817466cbSJens Wiklander  *  See the License for the specific language governing permissions and
17817466cbSJens Wiklander  *  limitations under the License.
18817466cbSJens Wiklander  */
19817466cbSJens Wiklander 
20817466cbSJens Wiklander /*
21*32b31808SJens Wiklander  * [AES-WP] https://www.intel.com/content/www/us/en/developer/articles/tool/intel-advanced-encryption-standard-aes-instructions-set.html
22*32b31808SJens Wiklander  * [CLMUL-WP] https://www.intel.com/content/www/us/en/develop/download/intel-carry-less-multiplication-instruction-and-its-usage-for-computing-the-gcm-mode.html
23817466cbSJens Wiklander  */
24817466cbSJens Wiklander 
257901324dSJerome Forissier #include "common.h"
26817466cbSJens Wiklander 
27817466cbSJens Wiklander #if defined(MBEDTLS_AESNI_C)
28817466cbSJens Wiklander 
29*32b31808SJens Wiklander #include "aesni.h"
30817466cbSJens Wiklander 
31817466cbSJens Wiklander #include <string.h>
32817466cbSJens Wiklander 
33*32b31808SJens Wiklander #if defined(MBEDTLS_AESNI_HAVE_CODE)
34817466cbSJens Wiklander 
35*32b31808SJens Wiklander #if MBEDTLS_AESNI_HAVE_CODE == 2
36*32b31808SJens Wiklander #if !defined(_WIN32)
37*32b31808SJens Wiklander #include <cpuid.h>
38*32b31808SJens Wiklander #endif
39*32b31808SJens Wiklander #include <immintrin.h>
40*32b31808SJens Wiklander #endif
41817466cbSJens Wiklander 
42817466cbSJens Wiklander /*
43817466cbSJens Wiklander  * AES-NI support detection routine
44817466cbSJens Wiklander  */
45817466cbSJens Wiklander int mbedtls_aesni_has_support(unsigned int what)
46817466cbSJens Wiklander {
47817466cbSJens Wiklander     static int done = 0;
48817466cbSJens Wiklander     static unsigned int c = 0;
49817466cbSJens Wiklander 
50*32b31808SJens Wiklander     if (!done) {
51*32b31808SJens Wiklander #if MBEDTLS_AESNI_HAVE_CODE == 2
52*32b31808SJens Wiklander         static unsigned info[4] = { 0, 0, 0, 0 };
53*32b31808SJens Wiklander #if defined(_MSC_VER)
54*32b31808SJens Wiklander         __cpuid(info, 1);
55*32b31808SJens Wiklander #else
56*32b31808SJens Wiklander         __cpuid(1, info[0], info[1], info[2], info[3]);
57*32b31808SJens Wiklander #endif
58*32b31808SJens Wiklander         c = info[2];
59*32b31808SJens Wiklander #else /* AESNI using asm */
60817466cbSJens Wiklander         asm ("movl  $1, %%eax   \n\t"
61817466cbSJens Wiklander              "cpuid             \n\t"
62817466cbSJens Wiklander              : "=c" (c)
63817466cbSJens Wiklander              :
64817466cbSJens Wiklander              : "eax", "ebx", "edx");
65*32b31808SJens Wiklander #endif /* MBEDTLS_AESNI_HAVE_CODE */
66817466cbSJens Wiklander         done = 1;
67817466cbSJens Wiklander     }
68817466cbSJens Wiklander 
69*32b31808SJens Wiklander     return (c & what) != 0;
70817466cbSJens Wiklander }
71817466cbSJens Wiklander 
72*32b31808SJens Wiklander #if MBEDTLS_AESNI_HAVE_CODE == 2
73*32b31808SJens Wiklander 
74*32b31808SJens Wiklander /*
75*32b31808SJens Wiklander  * AES-NI AES-ECB block en(de)cryption
76*32b31808SJens Wiklander  */
77*32b31808SJens Wiklander int mbedtls_aesni_crypt_ecb(mbedtls_aes_context *ctx,
78*32b31808SJens Wiklander                             int mode,
79*32b31808SJens Wiklander                             const unsigned char input[16],
80*32b31808SJens Wiklander                             unsigned char output[16])
81*32b31808SJens Wiklander {
82*32b31808SJens Wiklander     const __m128i *rk = (const __m128i *) (ctx->buf + ctx->rk_offset);
83*32b31808SJens Wiklander     unsigned nr = ctx->nr; // Number of remaining rounds
84*32b31808SJens Wiklander 
85*32b31808SJens Wiklander     // Load round key 0
86*32b31808SJens Wiklander     __m128i state;
87*32b31808SJens Wiklander     memcpy(&state, input, 16);
88*32b31808SJens Wiklander     state = _mm_xor_si128(state, rk[0]);  // state ^= *rk;
89*32b31808SJens Wiklander     ++rk;
90*32b31808SJens Wiklander     --nr;
91*32b31808SJens Wiklander 
92*32b31808SJens Wiklander     if (mode == 0) {
93*32b31808SJens Wiklander         while (nr != 0) {
94*32b31808SJens Wiklander             state = _mm_aesdec_si128(state, *rk);
95*32b31808SJens Wiklander             ++rk;
96*32b31808SJens Wiklander             --nr;
97*32b31808SJens Wiklander         }
98*32b31808SJens Wiklander         state = _mm_aesdeclast_si128(state, *rk);
99*32b31808SJens Wiklander     } else {
100*32b31808SJens Wiklander         while (nr != 0) {
101*32b31808SJens Wiklander             state = _mm_aesenc_si128(state, *rk);
102*32b31808SJens Wiklander             ++rk;
103*32b31808SJens Wiklander             --nr;
104*32b31808SJens Wiklander         }
105*32b31808SJens Wiklander         state = _mm_aesenclast_si128(state, *rk);
106*32b31808SJens Wiklander     }
107*32b31808SJens Wiklander 
108*32b31808SJens Wiklander     memcpy(output, &state, 16);
109*32b31808SJens Wiklander     return 0;
110*32b31808SJens Wiklander }
111*32b31808SJens Wiklander 
112*32b31808SJens Wiklander /*
113*32b31808SJens Wiklander  * GCM multiplication: c = a times b in GF(2^128)
114*32b31808SJens Wiklander  * Based on [CLMUL-WP] algorithms 1 (with equation 27) and 5.
115*32b31808SJens Wiklander  */
116*32b31808SJens Wiklander 
117*32b31808SJens Wiklander static void gcm_clmul(const __m128i aa, const __m128i bb,
118*32b31808SJens Wiklander                       __m128i *cc, __m128i *dd)
119*32b31808SJens Wiklander {
120*32b31808SJens Wiklander     /*
121*32b31808SJens Wiklander      * Caryless multiplication dd:cc = aa * bb
122*32b31808SJens Wiklander      * using [CLMUL-WP] algorithm 1 (p. 12).
123*32b31808SJens Wiklander      */
124*32b31808SJens Wiklander     *cc = _mm_clmulepi64_si128(aa, bb, 0x00); // a0*b0 = c1:c0
125*32b31808SJens Wiklander     *dd = _mm_clmulepi64_si128(aa, bb, 0x11); // a1*b1 = d1:d0
126*32b31808SJens Wiklander     __m128i ee = _mm_clmulepi64_si128(aa, bb, 0x10); // a0*b1 = e1:e0
127*32b31808SJens Wiklander     __m128i ff = _mm_clmulepi64_si128(aa, bb, 0x01); // a1*b0 = f1:f0
128*32b31808SJens Wiklander     ff = _mm_xor_si128(ff, ee);                      // e1+f1:e0+f0
129*32b31808SJens Wiklander     ee = ff;                                         // e1+f1:e0+f0
130*32b31808SJens Wiklander     ff = _mm_srli_si128(ff, 8);                      // 0:e1+f1
131*32b31808SJens Wiklander     ee = _mm_slli_si128(ee, 8);                      // e0+f0:0
132*32b31808SJens Wiklander     *dd = _mm_xor_si128(*dd, ff);                    // d1:d0+e1+f1
133*32b31808SJens Wiklander     *cc = _mm_xor_si128(*cc, ee);                    // c1+e0+f0:c0
134*32b31808SJens Wiklander }
135*32b31808SJens Wiklander 
136*32b31808SJens Wiklander static void gcm_shift(__m128i *cc, __m128i *dd)
137*32b31808SJens Wiklander {
138*32b31808SJens Wiklander     /* [CMUCL-WP] Algorithm 5 Step 1: shift cc:dd one bit to the left,
139*32b31808SJens Wiklander      * taking advantage of [CLMUL-WP] eq 27 (p. 18). */
140*32b31808SJens Wiklander     //                                        // *cc = r1:r0
141*32b31808SJens Wiklander     //                                        // *dd = r3:r2
142*32b31808SJens Wiklander     __m128i cc_lo = _mm_slli_epi64(*cc, 1);   // r1<<1:r0<<1
143*32b31808SJens Wiklander     __m128i dd_lo = _mm_slli_epi64(*dd, 1);   // r3<<1:r2<<1
144*32b31808SJens Wiklander     __m128i cc_hi = _mm_srli_epi64(*cc, 63);  // r1>>63:r0>>63
145*32b31808SJens Wiklander     __m128i dd_hi = _mm_srli_epi64(*dd, 63);  // r3>>63:r2>>63
146*32b31808SJens Wiklander     __m128i xmm5 = _mm_srli_si128(cc_hi, 8);  // 0:r1>>63
147*32b31808SJens Wiklander     cc_hi = _mm_slli_si128(cc_hi, 8);         // r0>>63:0
148*32b31808SJens Wiklander     dd_hi = _mm_slli_si128(dd_hi, 8);         // 0:r1>>63
149*32b31808SJens Wiklander 
150*32b31808SJens Wiklander     *cc = _mm_or_si128(cc_lo, cc_hi);         // r1<<1|r0>>63:r0<<1
151*32b31808SJens Wiklander     *dd = _mm_or_si128(_mm_or_si128(dd_lo, dd_hi), xmm5); // r3<<1|r2>>62:r2<<1|r1>>63
152*32b31808SJens Wiklander }
153*32b31808SJens Wiklander 
154*32b31808SJens Wiklander static __m128i gcm_reduce(__m128i xx)
155*32b31808SJens Wiklander {
156*32b31808SJens Wiklander     //                                            // xx = x1:x0
157*32b31808SJens Wiklander     /* [CLMUL-WP] Algorithm 5 Step 2 */
158*32b31808SJens Wiklander     __m128i aa = _mm_slli_epi64(xx, 63);          // x1<<63:x0<<63 = stuff:a
159*32b31808SJens Wiklander     __m128i bb = _mm_slli_epi64(xx, 62);          // x1<<62:x0<<62 = stuff:b
160*32b31808SJens Wiklander     __m128i cc = _mm_slli_epi64(xx, 57);          // x1<<57:x0<<57 = stuff:c
161*32b31808SJens Wiklander     __m128i dd = _mm_slli_si128(_mm_xor_si128(_mm_xor_si128(aa, bb), cc), 8); // a+b+c:0
162*32b31808SJens Wiklander     return _mm_xor_si128(dd, xx);                 // x1+a+b+c:x0 = d:x0
163*32b31808SJens Wiklander }
164*32b31808SJens Wiklander 
165*32b31808SJens Wiklander static __m128i gcm_mix(__m128i dx)
166*32b31808SJens Wiklander {
167*32b31808SJens Wiklander     /* [CLMUL-WP] Algorithm 5 Steps 3 and 4 */
168*32b31808SJens Wiklander     __m128i ee = _mm_srli_epi64(dx, 1);           // e1:x0>>1 = e1:e0'
169*32b31808SJens Wiklander     __m128i ff = _mm_srli_epi64(dx, 2);           // f1:x0>>2 = f1:f0'
170*32b31808SJens Wiklander     __m128i gg = _mm_srli_epi64(dx, 7);           // g1:x0>>7 = g1:g0'
171*32b31808SJens Wiklander 
172*32b31808SJens Wiklander     // e0'+f0'+g0' is almost e0+f0+g0, except for some missing
173*32b31808SJens Wiklander     // bits carried from d. Now get those bits back in.
174*32b31808SJens Wiklander     __m128i eh = _mm_slli_epi64(dx, 63);          // d<<63:stuff
175*32b31808SJens Wiklander     __m128i fh = _mm_slli_epi64(dx, 62);          // d<<62:stuff
176*32b31808SJens Wiklander     __m128i gh = _mm_slli_epi64(dx, 57);          // d<<57:stuff
177*32b31808SJens Wiklander     __m128i hh = _mm_srli_si128(_mm_xor_si128(_mm_xor_si128(eh, fh), gh), 8); // 0:missing bits of d
178*32b31808SJens Wiklander 
179*32b31808SJens Wiklander     return _mm_xor_si128(_mm_xor_si128(_mm_xor_si128(_mm_xor_si128(ee, ff), gg), hh), dx);
180*32b31808SJens Wiklander }
181*32b31808SJens Wiklander 
182*32b31808SJens Wiklander void mbedtls_aesni_gcm_mult(unsigned char c[16],
183*32b31808SJens Wiklander                             const unsigned char a[16],
184*32b31808SJens Wiklander                             const unsigned char b[16])
185*32b31808SJens Wiklander {
186*32b31808SJens Wiklander     __m128i aa, bb, cc, dd;
187*32b31808SJens Wiklander 
188*32b31808SJens Wiklander     /* The inputs are in big-endian order, so byte-reverse them */
189*32b31808SJens Wiklander     for (size_t i = 0; i < 16; i++) {
190*32b31808SJens Wiklander         ((uint8_t *) &aa)[i] = a[15 - i];
191*32b31808SJens Wiklander         ((uint8_t *) &bb)[i] = b[15 - i];
192*32b31808SJens Wiklander     }
193*32b31808SJens Wiklander 
194*32b31808SJens Wiklander     gcm_clmul(aa, bb, &cc, &dd);
195*32b31808SJens Wiklander     gcm_shift(&cc, &dd);
196*32b31808SJens Wiklander     /*
197*32b31808SJens Wiklander      * Now reduce modulo the GCM polynomial x^128 + x^7 + x^2 + x + 1
198*32b31808SJens Wiklander      * using [CLMUL-WP] algorithm 5 (p. 18).
199*32b31808SJens Wiklander      * Currently dd:cc holds x3:x2:x1:x0 (already shifted).
200*32b31808SJens Wiklander      */
201*32b31808SJens Wiklander     __m128i dx = gcm_reduce(cc);
202*32b31808SJens Wiklander     __m128i xh = gcm_mix(dx);
203*32b31808SJens Wiklander     cc = _mm_xor_si128(xh, dd); // x3+h1:x2+h0
204*32b31808SJens Wiklander 
205*32b31808SJens Wiklander     /* Now byte-reverse the outputs */
206*32b31808SJens Wiklander     for (size_t i = 0; i < 16; i++) {
207*32b31808SJens Wiklander         c[i] = ((uint8_t *) &cc)[15 - i];
208*32b31808SJens Wiklander     }
209*32b31808SJens Wiklander 
210*32b31808SJens Wiklander     return;
211*32b31808SJens Wiklander }
212*32b31808SJens Wiklander 
213*32b31808SJens Wiklander /*
214*32b31808SJens Wiklander  * Compute decryption round keys from encryption round keys
215*32b31808SJens Wiklander  */
216*32b31808SJens Wiklander void mbedtls_aesni_inverse_key(unsigned char *invkey,
217*32b31808SJens Wiklander                                const unsigned char *fwdkey, int nr)
218*32b31808SJens Wiklander {
219*32b31808SJens Wiklander     __m128i *ik = (__m128i *) invkey;
220*32b31808SJens Wiklander     const __m128i *fk = (const __m128i *) fwdkey + nr;
221*32b31808SJens Wiklander 
222*32b31808SJens Wiklander     *ik = *fk;
223*32b31808SJens Wiklander     for (--fk, ++ik; fk > (const __m128i *) fwdkey; --fk, ++ik) {
224*32b31808SJens Wiklander         *ik = _mm_aesimc_si128(*fk);
225*32b31808SJens Wiklander     }
226*32b31808SJens Wiklander     *ik = *fk;
227*32b31808SJens Wiklander }
228*32b31808SJens Wiklander 
229*32b31808SJens Wiklander /*
230*32b31808SJens Wiklander  * Key expansion, 128-bit case
231*32b31808SJens Wiklander  */
232*32b31808SJens Wiklander static __m128i aesni_set_rk_128(__m128i state, __m128i xword)
233*32b31808SJens Wiklander {
234*32b31808SJens Wiklander     /*
235*32b31808SJens Wiklander      * Finish generating the next round key.
236*32b31808SJens Wiklander      *
237*32b31808SJens Wiklander      * On entry state is r3:r2:r1:r0 and xword is X:stuff:stuff:stuff
238*32b31808SJens Wiklander      * with X = rot( sub( r3 ) ) ^ RCON (obtained with AESKEYGENASSIST).
239*32b31808SJens Wiklander      *
240*32b31808SJens Wiklander      * On exit, xword is r7:r6:r5:r4
241*32b31808SJens Wiklander      * with r4 = X + r0, r5 = r4 + r1, r6 = r5 + r2, r7 = r6 + r3
242*32b31808SJens Wiklander      * and this is returned, to be written to the round key buffer.
243*32b31808SJens Wiklander      */
244*32b31808SJens Wiklander     xword = _mm_shuffle_epi32(xword, 0xff);   // X:X:X:X
245*32b31808SJens Wiklander     xword = _mm_xor_si128(xword, state);      // X+r3:X+r2:X+r1:r4
246*32b31808SJens Wiklander     state = _mm_slli_si128(state, 4);         // r2:r1:r0:0
247*32b31808SJens Wiklander     xword = _mm_xor_si128(xword, state);      // X+r3+r2:X+r2+r1:r5:r4
248*32b31808SJens Wiklander     state = _mm_slli_si128(state, 4);         // r1:r0:0:0
249*32b31808SJens Wiklander     xword = _mm_xor_si128(xword, state);      // X+r3+r2+r1:r6:r5:r4
250*32b31808SJens Wiklander     state = _mm_slli_si128(state, 4);         // r0:0:0:0
251*32b31808SJens Wiklander     state = _mm_xor_si128(xword, state);      // r7:r6:r5:r4
252*32b31808SJens Wiklander     return state;
253*32b31808SJens Wiklander }
254*32b31808SJens Wiklander 
255*32b31808SJens Wiklander static void aesni_setkey_enc_128(unsigned char *rk_bytes,
256*32b31808SJens Wiklander                                  const unsigned char *key)
257*32b31808SJens Wiklander {
258*32b31808SJens Wiklander     __m128i *rk = (__m128i *) rk_bytes;
259*32b31808SJens Wiklander 
260*32b31808SJens Wiklander     memcpy(&rk[0], key, 16);
261*32b31808SJens Wiklander     rk[1] = aesni_set_rk_128(rk[0], _mm_aeskeygenassist_si128(rk[0], 0x01));
262*32b31808SJens Wiklander     rk[2] = aesni_set_rk_128(rk[1], _mm_aeskeygenassist_si128(rk[1], 0x02));
263*32b31808SJens Wiklander     rk[3] = aesni_set_rk_128(rk[2], _mm_aeskeygenassist_si128(rk[2], 0x04));
264*32b31808SJens Wiklander     rk[4] = aesni_set_rk_128(rk[3], _mm_aeskeygenassist_si128(rk[3], 0x08));
265*32b31808SJens Wiklander     rk[5] = aesni_set_rk_128(rk[4], _mm_aeskeygenassist_si128(rk[4], 0x10));
266*32b31808SJens Wiklander     rk[6] = aesni_set_rk_128(rk[5], _mm_aeskeygenassist_si128(rk[5], 0x20));
267*32b31808SJens Wiklander     rk[7] = aesni_set_rk_128(rk[6], _mm_aeskeygenassist_si128(rk[6], 0x40));
268*32b31808SJens Wiklander     rk[8] = aesni_set_rk_128(rk[7], _mm_aeskeygenassist_si128(rk[7], 0x80));
269*32b31808SJens Wiklander     rk[9] = aesni_set_rk_128(rk[8], _mm_aeskeygenassist_si128(rk[8], 0x1B));
270*32b31808SJens Wiklander     rk[10] = aesni_set_rk_128(rk[9], _mm_aeskeygenassist_si128(rk[9], 0x36));
271*32b31808SJens Wiklander }
272*32b31808SJens Wiklander 
273*32b31808SJens Wiklander /*
274*32b31808SJens Wiklander  * Key expansion, 192-bit case
275*32b31808SJens Wiklander  */
276*32b31808SJens Wiklander static void aesni_set_rk_192(__m128i *state0, __m128i *state1, __m128i xword,
277*32b31808SJens Wiklander                              unsigned char *rk)
278*32b31808SJens Wiklander {
279*32b31808SJens Wiklander     /*
280*32b31808SJens Wiklander      * Finish generating the next 6 quarter-keys.
281*32b31808SJens Wiklander      *
282*32b31808SJens Wiklander      * On entry state0 is r3:r2:r1:r0, state1 is stuff:stuff:r5:r4
283*32b31808SJens Wiklander      * and xword is stuff:stuff:X:stuff with X = rot( sub( r3 ) ) ^ RCON
284*32b31808SJens Wiklander      * (obtained with AESKEYGENASSIST).
285*32b31808SJens Wiklander      *
286*32b31808SJens Wiklander      * On exit, state0 is r9:r8:r7:r6 and state1 is stuff:stuff:r11:r10
287*32b31808SJens Wiklander      * and those are written to the round key buffer.
288*32b31808SJens Wiklander      */
289*32b31808SJens Wiklander     xword = _mm_shuffle_epi32(xword, 0x55);   // X:X:X:X
290*32b31808SJens Wiklander     xword = _mm_xor_si128(xword, *state0);    // X+r3:X+r2:X+r1:X+r0
291*32b31808SJens Wiklander     *state0 = _mm_slli_si128(*state0, 4);     // r2:r1:r0:0
292*32b31808SJens Wiklander     xword = _mm_xor_si128(xword, *state0);    // X+r3+r2:X+r2+r1:X+r1+r0:X+r0
293*32b31808SJens Wiklander     *state0 = _mm_slli_si128(*state0, 4);     // r1:r0:0:0
294*32b31808SJens Wiklander     xword = _mm_xor_si128(xword, *state0);    // X+r3+r2+r1:X+r2+r1+r0:X+r1+r0:X+r0
295*32b31808SJens Wiklander     *state0 = _mm_slli_si128(*state0, 4);     // r0:0:0:0
296*32b31808SJens Wiklander     xword = _mm_xor_si128(xword, *state0);    // X+r3+r2+r1+r0:X+r2+r1+r0:X+r1+r0:X+r0
297*32b31808SJens Wiklander     *state0 = xword;                          // = r9:r8:r7:r6
298*32b31808SJens Wiklander 
299*32b31808SJens Wiklander     xword = _mm_shuffle_epi32(xword, 0xff);   // r9:r9:r9:r9
300*32b31808SJens Wiklander     xword = _mm_xor_si128(xword, *state1);    // stuff:stuff:r9+r5:r9+r4
301*32b31808SJens Wiklander     *state1 = _mm_slli_si128(*state1, 4);     // stuff:stuff:r4:0
302*32b31808SJens Wiklander     xword = _mm_xor_si128(xword, *state1);    // stuff:stuff:r9+r5+r4:r9+r4
303*32b31808SJens Wiklander     *state1 = xword;                          // = stuff:stuff:r11:r10
304*32b31808SJens Wiklander 
305*32b31808SJens Wiklander     /* Store state0 and the low half of state1 into rk, which is conceptually
306*32b31808SJens Wiklander      * an array of 24-byte elements. Since 24 is not a multiple of 16,
307*32b31808SJens Wiklander      * rk is not necessarily aligned so just `*rk = *state0` doesn't work. */
308*32b31808SJens Wiklander     memcpy(rk, state0, 16);
309*32b31808SJens Wiklander     memcpy(rk + 16, state1, 8);
310*32b31808SJens Wiklander }
311*32b31808SJens Wiklander 
312*32b31808SJens Wiklander static void aesni_setkey_enc_192(unsigned char *rk,
313*32b31808SJens Wiklander                                  const unsigned char *key)
314*32b31808SJens Wiklander {
315*32b31808SJens Wiklander     /* First round: use original key */
316*32b31808SJens Wiklander     memcpy(rk, key, 24);
317*32b31808SJens Wiklander     /* aes.c guarantees that rk is aligned on a 16-byte boundary. */
318*32b31808SJens Wiklander     __m128i state0 = ((__m128i *) rk)[0];
319*32b31808SJens Wiklander     __m128i state1 = _mm_loadl_epi64(((__m128i *) rk) + 1);
320*32b31808SJens Wiklander 
321*32b31808SJens Wiklander     aesni_set_rk_192(&state0, &state1, _mm_aeskeygenassist_si128(state1, 0x01), rk + 24 * 1);
322*32b31808SJens Wiklander     aesni_set_rk_192(&state0, &state1, _mm_aeskeygenassist_si128(state1, 0x02), rk + 24 * 2);
323*32b31808SJens Wiklander     aesni_set_rk_192(&state0, &state1, _mm_aeskeygenassist_si128(state1, 0x04), rk + 24 * 3);
324*32b31808SJens Wiklander     aesni_set_rk_192(&state0, &state1, _mm_aeskeygenassist_si128(state1, 0x08), rk + 24 * 4);
325*32b31808SJens Wiklander     aesni_set_rk_192(&state0, &state1, _mm_aeskeygenassist_si128(state1, 0x10), rk + 24 * 5);
326*32b31808SJens Wiklander     aesni_set_rk_192(&state0, &state1, _mm_aeskeygenassist_si128(state1, 0x20), rk + 24 * 6);
327*32b31808SJens Wiklander     aesni_set_rk_192(&state0, &state1, _mm_aeskeygenassist_si128(state1, 0x40), rk + 24 * 7);
328*32b31808SJens Wiklander     aesni_set_rk_192(&state0, &state1, _mm_aeskeygenassist_si128(state1, 0x80), rk + 24 * 8);
329*32b31808SJens Wiklander }
330*32b31808SJens Wiklander 
331*32b31808SJens Wiklander /*
332*32b31808SJens Wiklander  * Key expansion, 256-bit case
333*32b31808SJens Wiklander  */
334*32b31808SJens Wiklander static void aesni_set_rk_256(__m128i state0, __m128i state1, __m128i xword,
335*32b31808SJens Wiklander                              __m128i *rk0, __m128i *rk1)
336*32b31808SJens Wiklander {
337*32b31808SJens Wiklander     /*
338*32b31808SJens Wiklander      * Finish generating the next two round keys.
339*32b31808SJens Wiklander      *
340*32b31808SJens Wiklander      * On entry state0 is r3:r2:r1:r0, state1 is r7:r6:r5:r4 and
341*32b31808SJens Wiklander      * xword is X:stuff:stuff:stuff with X = rot( sub( r7 )) ^ RCON
342*32b31808SJens Wiklander      * (obtained with AESKEYGENASSIST).
343*32b31808SJens Wiklander      *
344*32b31808SJens Wiklander      * On exit, *rk0 is r11:r10:r9:r8 and *rk1 is r15:r14:r13:r12
345*32b31808SJens Wiklander      */
346*32b31808SJens Wiklander     xword = _mm_shuffle_epi32(xword, 0xff);
347*32b31808SJens Wiklander     xword = _mm_xor_si128(xword, state0);
348*32b31808SJens Wiklander     state0 = _mm_slli_si128(state0, 4);
349*32b31808SJens Wiklander     xword = _mm_xor_si128(xword, state0);
350*32b31808SJens Wiklander     state0 = _mm_slli_si128(state0, 4);
351*32b31808SJens Wiklander     xword = _mm_xor_si128(xword, state0);
352*32b31808SJens Wiklander     state0 = _mm_slli_si128(state0, 4);
353*32b31808SJens Wiklander     state0 = _mm_xor_si128(state0, xword);
354*32b31808SJens Wiklander     *rk0 = state0;
355*32b31808SJens Wiklander 
356*32b31808SJens Wiklander     /* Set xword to stuff:Y:stuff:stuff with Y = subword( r11 )
357*32b31808SJens Wiklander      * and proceed to generate next round key from there */
358*32b31808SJens Wiklander     xword = _mm_aeskeygenassist_si128(state0, 0x00);
359*32b31808SJens Wiklander     xword = _mm_shuffle_epi32(xword, 0xaa);
360*32b31808SJens Wiklander     xword = _mm_xor_si128(xword, state1);
361*32b31808SJens Wiklander     state1 = _mm_slli_si128(state1, 4);
362*32b31808SJens Wiklander     xword = _mm_xor_si128(xword, state1);
363*32b31808SJens Wiklander     state1 = _mm_slli_si128(state1, 4);
364*32b31808SJens Wiklander     xword = _mm_xor_si128(xword, state1);
365*32b31808SJens Wiklander     state1 = _mm_slli_si128(state1, 4);
366*32b31808SJens Wiklander     state1 = _mm_xor_si128(state1, xword);
367*32b31808SJens Wiklander     *rk1 = state1;
368*32b31808SJens Wiklander }
369*32b31808SJens Wiklander 
370*32b31808SJens Wiklander static void aesni_setkey_enc_256(unsigned char *rk_bytes,
371*32b31808SJens Wiklander                                  const unsigned char *key)
372*32b31808SJens Wiklander {
373*32b31808SJens Wiklander     __m128i *rk = (__m128i *) rk_bytes;
374*32b31808SJens Wiklander 
375*32b31808SJens Wiklander     memcpy(&rk[0], key, 16);
376*32b31808SJens Wiklander     memcpy(&rk[1], key + 16, 16);
377*32b31808SJens Wiklander 
378*32b31808SJens Wiklander     /*
379*32b31808SJens Wiklander      * Main "loop" - Generating one more key than necessary,
380*32b31808SJens Wiklander      * see definition of mbedtls_aes_context.buf
381*32b31808SJens Wiklander      */
382*32b31808SJens Wiklander     aesni_set_rk_256(rk[0], rk[1], _mm_aeskeygenassist_si128(rk[1], 0x01), &rk[2], &rk[3]);
383*32b31808SJens Wiklander     aesni_set_rk_256(rk[2], rk[3], _mm_aeskeygenassist_si128(rk[3], 0x02), &rk[4], &rk[5]);
384*32b31808SJens Wiklander     aesni_set_rk_256(rk[4], rk[5], _mm_aeskeygenassist_si128(rk[5], 0x04), &rk[6], &rk[7]);
385*32b31808SJens Wiklander     aesni_set_rk_256(rk[6], rk[7], _mm_aeskeygenassist_si128(rk[7], 0x08), &rk[8], &rk[9]);
386*32b31808SJens Wiklander     aesni_set_rk_256(rk[8], rk[9], _mm_aeskeygenassist_si128(rk[9], 0x10), &rk[10], &rk[11]);
387*32b31808SJens Wiklander     aesni_set_rk_256(rk[10], rk[11], _mm_aeskeygenassist_si128(rk[11], 0x20), &rk[12], &rk[13]);
388*32b31808SJens Wiklander     aesni_set_rk_256(rk[12], rk[13], _mm_aeskeygenassist_si128(rk[13], 0x40), &rk[14], &rk[15]);
389*32b31808SJens Wiklander }
390*32b31808SJens Wiklander 
391*32b31808SJens Wiklander #else /* MBEDTLS_AESNI_HAVE_CODE == 1 */
392*32b31808SJens Wiklander 
393*32b31808SJens Wiklander #if defined(__has_feature)
394*32b31808SJens Wiklander #if __has_feature(memory_sanitizer)
395*32b31808SJens Wiklander #warning \
396*32b31808SJens Wiklander     "MBEDTLS_AESNI_C is known to cause spurious error reports with some memory sanitizers as they do not understand the assembly code."
397*32b31808SJens Wiklander #endif
398*32b31808SJens Wiklander #endif
399*32b31808SJens Wiklander 
400817466cbSJens Wiklander /*
401817466cbSJens Wiklander  * Binutils needs to be at least 2.19 to support AES-NI instructions.
402817466cbSJens Wiklander  * Unfortunately, a lot of users have a lower version now (2014-04).
403817466cbSJens Wiklander  * Emit bytecode directly in order to support "old" version of gas.
404817466cbSJens Wiklander  *
405817466cbSJens Wiklander  * Opcodes from the Intel architecture reference manual, vol. 3.
406817466cbSJens Wiklander  * We always use registers, so we don't need prefixes for memory operands.
407817466cbSJens Wiklander  * Operand macros are in gas order (src, dst) as opposed to Intel order
408817466cbSJens Wiklander  * (dst, src) in order to blend better into the surrounding assembly code.
409817466cbSJens Wiklander  */
410*32b31808SJens Wiklander #define AESDEC(regs)      ".byte 0x66,0x0F,0x38,0xDE," regs "\n\t"
411*32b31808SJens Wiklander #define AESDECLAST(regs)  ".byte 0x66,0x0F,0x38,0xDF," regs "\n\t"
412*32b31808SJens Wiklander #define AESENC(regs)      ".byte 0x66,0x0F,0x38,0xDC," regs "\n\t"
413*32b31808SJens Wiklander #define AESENCLAST(regs)  ".byte 0x66,0x0F,0x38,0xDD," regs "\n\t"
414*32b31808SJens Wiklander #define AESIMC(regs)      ".byte 0x66,0x0F,0x38,0xDB," regs "\n\t"
415*32b31808SJens Wiklander #define AESKEYGENA(regs, imm)  ".byte 0x66,0x0F,0x3A,0xDF," regs "," imm "\n\t"
416*32b31808SJens Wiklander #define PCLMULQDQ(regs, imm)   ".byte 0x66,0x0F,0x3A,0x44," regs "," imm "\n\t"
417817466cbSJens Wiklander 
418817466cbSJens Wiklander #define xmm0_xmm0   "0xC0"
419817466cbSJens Wiklander #define xmm0_xmm1   "0xC8"
420817466cbSJens Wiklander #define xmm0_xmm2   "0xD0"
421817466cbSJens Wiklander #define xmm0_xmm3   "0xD8"
422817466cbSJens Wiklander #define xmm0_xmm4   "0xE0"
423817466cbSJens Wiklander #define xmm1_xmm0   "0xC1"
424817466cbSJens Wiklander #define xmm1_xmm2   "0xD1"
425817466cbSJens Wiklander 
426817466cbSJens Wiklander /*
427817466cbSJens Wiklander  * AES-NI AES-ECB block en(de)cryption
428817466cbSJens Wiklander  */
429817466cbSJens Wiklander int mbedtls_aesni_crypt_ecb(mbedtls_aes_context *ctx,
430817466cbSJens Wiklander                             int mode,
431817466cbSJens Wiklander                             const unsigned char input[16],
432817466cbSJens Wiklander                             unsigned char output[16])
433817466cbSJens Wiklander {
434817466cbSJens Wiklander     asm ("movdqu    (%3), %%xmm0    \n\t" // load input
435817466cbSJens Wiklander          "movdqu    (%1), %%xmm1    \n\t" // load round key 0
436817466cbSJens Wiklander          "pxor      %%xmm1, %%xmm0  \n\t" // round 0
437817466cbSJens Wiklander          "add       $16, %1         \n\t" // point to next round key
438817466cbSJens Wiklander          "subl      $1, %0          \n\t" // normal rounds = nr - 1
439817466cbSJens Wiklander          "test      %2, %2          \n\t" // mode?
440817466cbSJens Wiklander          "jz        2f              \n\t" // 0 = decrypt
441817466cbSJens Wiklander 
442817466cbSJens Wiklander          "1:                        \n\t" // encryption loop
443817466cbSJens Wiklander          "movdqu    (%1), %%xmm1    \n\t" // load round key
444*32b31808SJens Wiklander          AESENC(xmm1_xmm0)                // do round
445817466cbSJens Wiklander          "add       $16, %1         \n\t" // point to next round key
446817466cbSJens Wiklander          "subl      $1, %0          \n\t" // loop
447817466cbSJens Wiklander          "jnz       1b              \n\t"
448817466cbSJens Wiklander          "movdqu    (%1), %%xmm1    \n\t" // load round key
449*32b31808SJens Wiklander          AESENCLAST(xmm1_xmm0)            // last round
450817466cbSJens Wiklander          "jmp       3f              \n\t"
451817466cbSJens Wiklander 
452817466cbSJens Wiklander          "2:                        \n\t" // decryption loop
453817466cbSJens Wiklander          "movdqu    (%1), %%xmm1    \n\t"
454*32b31808SJens Wiklander          AESDEC(xmm1_xmm0)                // do round
455817466cbSJens Wiklander          "add       $16, %1         \n\t"
456817466cbSJens Wiklander          "subl      $1, %0          \n\t"
457817466cbSJens Wiklander          "jnz       2b              \n\t"
458817466cbSJens Wiklander          "movdqu    (%1), %%xmm1    \n\t" // load round key
459*32b31808SJens Wiklander          AESDECLAST(xmm1_xmm0)            // last round
460817466cbSJens Wiklander 
461817466cbSJens Wiklander          "3:                        \n\t"
462817466cbSJens Wiklander          "movdqu    %%xmm0, (%4)    \n\t" // export output
463817466cbSJens Wiklander          :
464*32b31808SJens Wiklander          : "r" (ctx->nr), "r" (ctx->buf + ctx->rk_offset), "r" (mode), "r" (input), "r" (output)
465817466cbSJens Wiklander          : "memory", "cc", "xmm0", "xmm1");
466817466cbSJens Wiklander 
467817466cbSJens Wiklander 
468*32b31808SJens Wiklander     return 0;
469817466cbSJens Wiklander }
470817466cbSJens Wiklander 
471817466cbSJens Wiklander /*
472817466cbSJens Wiklander  * GCM multiplication: c = a times b in GF(2^128)
473817466cbSJens Wiklander  * Based on [CLMUL-WP] algorithms 1 (with equation 27) and 5.
474817466cbSJens Wiklander  */
475817466cbSJens Wiklander void mbedtls_aesni_gcm_mult(unsigned char c[16],
476817466cbSJens Wiklander                             const unsigned char a[16],
477817466cbSJens Wiklander                             const unsigned char b[16])
478817466cbSJens Wiklander {
479817466cbSJens Wiklander     unsigned char aa[16], bb[16], cc[16];
480817466cbSJens Wiklander     size_t i;
481817466cbSJens Wiklander 
482817466cbSJens Wiklander     /* The inputs are in big-endian order, so byte-reverse them */
483*32b31808SJens Wiklander     for (i = 0; i < 16; i++) {
484817466cbSJens Wiklander         aa[i] = a[15 - i];
485817466cbSJens Wiklander         bb[i] = b[15 - i];
486817466cbSJens Wiklander     }
487817466cbSJens Wiklander 
488817466cbSJens Wiklander     asm ("movdqu (%0), %%xmm0               \n\t" // a1:a0
489817466cbSJens Wiklander          "movdqu (%1), %%xmm1               \n\t" // b1:b0
490817466cbSJens Wiklander 
491817466cbSJens Wiklander          /*
492817466cbSJens Wiklander           * Caryless multiplication xmm2:xmm1 = xmm0 * xmm1
493*32b31808SJens Wiklander           * using [CLMUL-WP] algorithm 1 (p. 12).
494817466cbSJens Wiklander           */
495817466cbSJens Wiklander          "movdqa %%xmm1, %%xmm2             \n\t" // copy of b1:b0
496817466cbSJens Wiklander          "movdqa %%xmm1, %%xmm3             \n\t" // same
497817466cbSJens Wiklander          "movdqa %%xmm1, %%xmm4             \n\t" // same
498*32b31808SJens Wiklander          PCLMULQDQ(xmm0_xmm1, "0x00")             // a0*b0 = c1:c0
499*32b31808SJens Wiklander          PCLMULQDQ(xmm0_xmm2, "0x11")             // a1*b1 = d1:d0
500*32b31808SJens Wiklander          PCLMULQDQ(xmm0_xmm3, "0x10")             // a0*b1 = e1:e0
501*32b31808SJens Wiklander          PCLMULQDQ(xmm0_xmm4, "0x01")             // a1*b0 = f1:f0
502817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm3, %%xmm4               \n\t" // e1+f1:e0+f0
503817466cbSJens Wiklander          "movdqa %%xmm4, %%xmm3             \n\t" // same
504817466cbSJens Wiklander          "psrldq $8, %%xmm4                 \n\t" // 0:e1+f1
505817466cbSJens Wiklander          "pslldq $8, %%xmm3                 \n\t" // e0+f0:0
506817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm4, %%xmm2               \n\t" // d1:d0+e1+f1
507817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm3, %%xmm1               \n\t" // c1+e0+f1:c0
508817466cbSJens Wiklander 
509817466cbSJens Wiklander          /*
510817466cbSJens Wiklander           * Now shift the result one bit to the left,
511*32b31808SJens Wiklander           * taking advantage of [CLMUL-WP] eq 27 (p. 18)
512817466cbSJens Wiklander           */
513817466cbSJens Wiklander          "movdqa %%xmm1, %%xmm3             \n\t" // r1:r0
514817466cbSJens Wiklander          "movdqa %%xmm2, %%xmm4             \n\t" // r3:r2
515817466cbSJens Wiklander          "psllq $1, %%xmm1                  \n\t" // r1<<1:r0<<1
516817466cbSJens Wiklander          "psllq $1, %%xmm2                  \n\t" // r3<<1:r2<<1
517817466cbSJens Wiklander          "psrlq $63, %%xmm3                 \n\t" // r1>>63:r0>>63
518817466cbSJens Wiklander          "psrlq $63, %%xmm4                 \n\t" // r3>>63:r2>>63
519817466cbSJens Wiklander          "movdqa %%xmm3, %%xmm5             \n\t" // r1>>63:r0>>63
520817466cbSJens Wiklander          "pslldq $8, %%xmm3                 \n\t" // r0>>63:0
521817466cbSJens Wiklander          "pslldq $8, %%xmm4                 \n\t" // r2>>63:0
522817466cbSJens Wiklander          "psrldq $8, %%xmm5                 \n\t" // 0:r1>>63
523817466cbSJens Wiklander          "por %%xmm3, %%xmm1                \n\t" // r1<<1|r0>>63:r0<<1
524817466cbSJens Wiklander          "por %%xmm4, %%xmm2                \n\t" // r3<<1|r2>>62:r2<<1
525817466cbSJens Wiklander          "por %%xmm5, %%xmm2                \n\t" // r3<<1|r2>>62:r2<<1|r1>>63
526817466cbSJens Wiklander 
527817466cbSJens Wiklander          /*
528817466cbSJens Wiklander           * Now reduce modulo the GCM polynomial x^128 + x^7 + x^2 + x + 1
529*32b31808SJens Wiklander           * using [CLMUL-WP] algorithm 5 (p. 18).
530817466cbSJens Wiklander           * Currently xmm2:xmm1 holds x3:x2:x1:x0 (already shifted).
531817466cbSJens Wiklander           */
532817466cbSJens Wiklander          /* Step 2 (1) */
533817466cbSJens Wiklander          "movdqa %%xmm1, %%xmm3             \n\t" // x1:x0
534817466cbSJens Wiklander          "movdqa %%xmm1, %%xmm4             \n\t" // same
535817466cbSJens Wiklander          "movdqa %%xmm1, %%xmm5             \n\t" // same
536817466cbSJens Wiklander          "psllq $63, %%xmm3                 \n\t" // x1<<63:x0<<63 = stuff:a
537817466cbSJens Wiklander          "psllq $62, %%xmm4                 \n\t" // x1<<62:x0<<62 = stuff:b
538817466cbSJens Wiklander          "psllq $57, %%xmm5                 \n\t" // x1<<57:x0<<57 = stuff:c
539817466cbSJens Wiklander 
540817466cbSJens Wiklander          /* Step 2 (2) */
541817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm4, %%xmm3               \n\t" // stuff:a+b
542817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm5, %%xmm3               \n\t" // stuff:a+b+c
543817466cbSJens Wiklander          "pslldq $8, %%xmm3                 \n\t" // a+b+c:0
544817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm3, %%xmm1               \n\t" // x1+a+b+c:x0 = d:x0
545817466cbSJens Wiklander 
546817466cbSJens Wiklander          /* Steps 3 and 4 */
547817466cbSJens Wiklander          "movdqa %%xmm1,%%xmm0              \n\t" // d:x0
548817466cbSJens Wiklander          "movdqa %%xmm1,%%xmm4              \n\t" // same
549817466cbSJens Wiklander          "movdqa %%xmm1,%%xmm5              \n\t" // same
550817466cbSJens Wiklander          "psrlq $1, %%xmm0                  \n\t" // e1:x0>>1 = e1:e0'
551817466cbSJens Wiklander          "psrlq $2, %%xmm4                  \n\t" // f1:x0>>2 = f1:f0'
552817466cbSJens Wiklander          "psrlq $7, %%xmm5                  \n\t" // g1:x0>>7 = g1:g0'
553817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm4, %%xmm0               \n\t" // e1+f1:e0'+f0'
554817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm5, %%xmm0               \n\t" // e1+f1+g1:e0'+f0'+g0'
555817466cbSJens Wiklander          // e0'+f0'+g0' is almost e0+f0+g0, ex\tcept for some missing
556817466cbSJens Wiklander          // bits carried from d. Now get those\t bits back in.
557817466cbSJens Wiklander          "movdqa %%xmm1,%%xmm3              \n\t" // d:x0
558817466cbSJens Wiklander          "movdqa %%xmm1,%%xmm4              \n\t" // same
559817466cbSJens Wiklander          "movdqa %%xmm1,%%xmm5              \n\t" // same
560817466cbSJens Wiklander          "psllq $63, %%xmm3                 \n\t" // d<<63:stuff
561817466cbSJens Wiklander          "psllq $62, %%xmm4                 \n\t" // d<<62:stuff
562817466cbSJens Wiklander          "psllq $57, %%xmm5                 \n\t" // d<<57:stuff
563817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm4, %%xmm3               \n\t" // d<<63+d<<62:stuff
564817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm5, %%xmm3               \n\t" // missing bits of d:stuff
565817466cbSJens Wiklander          "psrldq $8, %%xmm3                 \n\t" // 0:missing bits of d
566817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm3, %%xmm0               \n\t" // e1+f1+g1:e0+f0+g0
567817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm1, %%xmm0               \n\t" // h1:h0
568817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm2, %%xmm0               \n\t" // x3+h1:x2+h0
569817466cbSJens Wiklander 
570817466cbSJens Wiklander          "movdqu %%xmm0, (%2)               \n\t" // done
571817466cbSJens Wiklander          :
572817466cbSJens Wiklander          : "r" (aa), "r" (bb), "r" (cc)
573817466cbSJens Wiklander          : "memory", "cc", "xmm0", "xmm1", "xmm2", "xmm3", "xmm4", "xmm5");
574817466cbSJens Wiklander 
575817466cbSJens Wiklander     /* Now byte-reverse the outputs */
576*32b31808SJens Wiklander     for (i = 0; i < 16; i++) {
577817466cbSJens Wiklander         c[i] = cc[15 - i];
578*32b31808SJens Wiklander     }
579817466cbSJens Wiklander 
580817466cbSJens Wiklander     return;
581817466cbSJens Wiklander }
582817466cbSJens Wiklander 
583817466cbSJens Wiklander /*
584817466cbSJens Wiklander  * Compute decryption round keys from encryption round keys
585817466cbSJens Wiklander  */
586817466cbSJens Wiklander void mbedtls_aesni_inverse_key(unsigned char *invkey,
587817466cbSJens Wiklander                                const unsigned char *fwdkey, int nr)
588817466cbSJens Wiklander {
589817466cbSJens Wiklander     unsigned char *ik = invkey;
590817466cbSJens Wiklander     const unsigned char *fk = fwdkey + 16 * nr;
591817466cbSJens Wiklander 
592817466cbSJens Wiklander     memcpy(ik, fk, 16);
593817466cbSJens Wiklander 
594*32b31808SJens Wiklander     for (fk -= 16, ik += 16; fk > fwdkey; fk -= 16, ik += 16) {
595817466cbSJens Wiklander         asm ("movdqu (%0), %%xmm0       \n\t"
596*32b31808SJens Wiklander              AESIMC(xmm0_xmm0)
597817466cbSJens Wiklander              "movdqu %%xmm0, (%1)       \n\t"
598817466cbSJens Wiklander              :
599817466cbSJens Wiklander              : "r" (fk), "r" (ik)
600817466cbSJens Wiklander              : "memory", "xmm0");
601*32b31808SJens Wiklander     }
602817466cbSJens Wiklander 
603817466cbSJens Wiklander     memcpy(ik, fk, 16);
604817466cbSJens Wiklander }
605817466cbSJens Wiklander 
606817466cbSJens Wiklander /*
607817466cbSJens Wiklander  * Key expansion, 128-bit case
608817466cbSJens Wiklander  */
609817466cbSJens Wiklander static void aesni_setkey_enc_128(unsigned char *rk,
610817466cbSJens Wiklander                                  const unsigned char *key)
611817466cbSJens Wiklander {
612817466cbSJens Wiklander     asm ("movdqu (%1), %%xmm0               \n\t" // copy the original key
613817466cbSJens Wiklander          "movdqu %%xmm0, (%0)               \n\t" // as round key 0
614817466cbSJens Wiklander          "jmp 2f                            \n\t" // skip auxiliary routine
615817466cbSJens Wiklander 
616817466cbSJens Wiklander          /*
617817466cbSJens Wiklander           * Finish generating the next round key.
618817466cbSJens Wiklander           *
619817466cbSJens Wiklander           * On entry xmm0 is r3:r2:r1:r0 and xmm1 is X:stuff:stuff:stuff
620817466cbSJens Wiklander           * with X = rot( sub( r3 ) ) ^ RCON.
621817466cbSJens Wiklander           *
622817466cbSJens Wiklander           * On exit, xmm0 is r7:r6:r5:r4
623817466cbSJens Wiklander           * with r4 = X + r0, r5 = r4 + r1, r6 = r5 + r2, r7 = r6 + r3
624817466cbSJens Wiklander           * and those are written to the round key buffer.
625817466cbSJens Wiklander           */
626817466cbSJens Wiklander          "1:                                \n\t"
627817466cbSJens Wiklander          "pshufd $0xff, %%xmm1, %%xmm1      \n\t" // X:X:X:X
628817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm0, %%xmm1               \n\t" // X+r3:X+r2:X+r1:r4
629817466cbSJens Wiklander          "pslldq $4, %%xmm0                 \n\t" // r2:r1:r0:0
630817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm0, %%xmm1               \n\t" // X+r3+r2:X+r2+r1:r5:r4
631817466cbSJens Wiklander          "pslldq $4, %%xmm0                 \n\t" // etc
632817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm0, %%xmm1               \n\t"
633817466cbSJens Wiklander          "pslldq $4, %%xmm0                 \n\t"
634817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm1, %%xmm0               \n\t" // update xmm0 for next time!
635817466cbSJens Wiklander          "add $16, %0                       \n\t" // point to next round key
636817466cbSJens Wiklander          "movdqu %%xmm0, (%0)               \n\t" // write it
637817466cbSJens Wiklander          "ret                               \n\t"
638817466cbSJens Wiklander 
639817466cbSJens Wiklander          /* Main "loop" */
640817466cbSJens Wiklander          "2:                                \n\t"
641*32b31808SJens Wiklander          AESKEYGENA(xmm0_xmm1, "0x01")      "call 1b \n\t"
642*32b31808SJens Wiklander          AESKEYGENA(xmm0_xmm1, "0x02")      "call 1b \n\t"
643*32b31808SJens Wiklander          AESKEYGENA(xmm0_xmm1, "0x04")      "call 1b \n\t"
644*32b31808SJens Wiklander          AESKEYGENA(xmm0_xmm1, "0x08")      "call 1b \n\t"
645*32b31808SJens Wiklander          AESKEYGENA(xmm0_xmm1, "0x10")      "call 1b \n\t"
646*32b31808SJens Wiklander          AESKEYGENA(xmm0_xmm1, "0x20")      "call 1b \n\t"
647*32b31808SJens Wiklander          AESKEYGENA(xmm0_xmm1, "0x40")      "call 1b \n\t"
648*32b31808SJens Wiklander          AESKEYGENA(xmm0_xmm1, "0x80")      "call 1b \n\t"
649*32b31808SJens Wiklander          AESKEYGENA(xmm0_xmm1, "0x1B")      "call 1b \n\t"
650*32b31808SJens Wiklander          AESKEYGENA(xmm0_xmm1, "0x36")      "call 1b \n\t"
651817466cbSJens Wiklander          :
652817466cbSJens Wiklander          : "r" (rk), "r" (key)
653817466cbSJens Wiklander          : "memory", "cc", "0");
654817466cbSJens Wiklander }
655817466cbSJens Wiklander 
656817466cbSJens Wiklander /*
657817466cbSJens Wiklander  * Key expansion, 192-bit case
658817466cbSJens Wiklander  */
659817466cbSJens Wiklander static void aesni_setkey_enc_192(unsigned char *rk,
660817466cbSJens Wiklander                                  const unsigned char *key)
661817466cbSJens Wiklander {
662817466cbSJens Wiklander     asm ("movdqu (%1), %%xmm0   \n\t" // copy original round key
663817466cbSJens Wiklander          "movdqu %%xmm0, (%0)   \n\t"
664817466cbSJens Wiklander          "add $16, %0           \n\t"
665817466cbSJens Wiklander          "movq 16(%1), %%xmm1   \n\t"
666817466cbSJens Wiklander          "movq %%xmm1, (%0)     \n\t"
667817466cbSJens Wiklander          "add $8, %0            \n\t"
668817466cbSJens Wiklander          "jmp 2f                \n\t" // skip auxiliary routine
669817466cbSJens Wiklander 
670817466cbSJens Wiklander          /*
671817466cbSJens Wiklander           * Finish generating the next 6 quarter-keys.
672817466cbSJens Wiklander           *
673817466cbSJens Wiklander           * On entry xmm0 is r3:r2:r1:r0, xmm1 is stuff:stuff:r5:r4
674817466cbSJens Wiklander           * and xmm2 is stuff:stuff:X:stuff with X = rot( sub( r3 ) ) ^ RCON.
675817466cbSJens Wiklander           *
676817466cbSJens Wiklander           * On exit, xmm0 is r9:r8:r7:r6 and xmm1 is stuff:stuff:r11:r10
677817466cbSJens Wiklander           * and those are written to the round key buffer.
678817466cbSJens Wiklander           */
679817466cbSJens Wiklander          "1:                            \n\t"
680817466cbSJens Wiklander          "pshufd $0x55, %%xmm2, %%xmm2  \n\t" // X:X:X:X
681817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm0, %%xmm2           \n\t" // X+r3:X+r2:X+r1:r4
682817466cbSJens Wiklander          "pslldq $4, %%xmm0             \n\t" // etc
683817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm0, %%xmm2           \n\t"
684817466cbSJens Wiklander          "pslldq $4, %%xmm0             \n\t"
685817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm0, %%xmm2           \n\t"
686817466cbSJens Wiklander          "pslldq $4, %%xmm0             \n\t"
687817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm2, %%xmm0           \n\t" // update xmm0 = r9:r8:r7:r6
688817466cbSJens Wiklander          "movdqu %%xmm0, (%0)           \n\t"
689817466cbSJens Wiklander          "add $16, %0                   \n\t"
690817466cbSJens Wiklander          "pshufd $0xff, %%xmm0, %%xmm2  \n\t" // r9:r9:r9:r9
691817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm1, %%xmm2           \n\t" // stuff:stuff:r9+r5:r10
692817466cbSJens Wiklander          "pslldq $4, %%xmm1             \n\t" // r2:r1:r0:0
693817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm2, %%xmm1           \n\t" // xmm1 = stuff:stuff:r11:r10
694817466cbSJens Wiklander          "movq %%xmm1, (%0)             \n\t"
695817466cbSJens Wiklander          "add $8, %0                    \n\t"
696817466cbSJens Wiklander          "ret                           \n\t"
697817466cbSJens Wiklander 
698817466cbSJens Wiklander          "2:                            \n\t"
699*32b31808SJens Wiklander          AESKEYGENA(xmm1_xmm2, "0x01")  "call 1b \n\t"
700*32b31808SJens Wiklander          AESKEYGENA(xmm1_xmm2, "0x02")  "call 1b \n\t"
701*32b31808SJens Wiklander          AESKEYGENA(xmm1_xmm2, "0x04")  "call 1b \n\t"
702*32b31808SJens Wiklander          AESKEYGENA(xmm1_xmm2, "0x08")  "call 1b \n\t"
703*32b31808SJens Wiklander          AESKEYGENA(xmm1_xmm2, "0x10")  "call 1b \n\t"
704*32b31808SJens Wiklander          AESKEYGENA(xmm1_xmm2, "0x20")  "call 1b \n\t"
705*32b31808SJens Wiklander          AESKEYGENA(xmm1_xmm2, "0x40")  "call 1b \n\t"
706*32b31808SJens Wiklander          AESKEYGENA(xmm1_xmm2, "0x80")  "call 1b \n\t"
707817466cbSJens Wiklander 
708817466cbSJens Wiklander          :
709817466cbSJens Wiklander          : "r" (rk), "r" (key)
710817466cbSJens Wiklander          : "memory", "cc", "0");
711817466cbSJens Wiklander }
712817466cbSJens Wiklander 
713817466cbSJens Wiklander /*
714817466cbSJens Wiklander  * Key expansion, 256-bit case
715817466cbSJens Wiklander  */
716817466cbSJens Wiklander static void aesni_setkey_enc_256(unsigned char *rk,
717817466cbSJens Wiklander                                  const unsigned char *key)
718817466cbSJens Wiklander {
719817466cbSJens Wiklander     asm ("movdqu (%1), %%xmm0           \n\t"
720817466cbSJens Wiklander          "movdqu %%xmm0, (%0)           \n\t"
721817466cbSJens Wiklander          "add $16, %0                   \n\t"
722817466cbSJens Wiklander          "movdqu 16(%1), %%xmm1         \n\t"
723817466cbSJens Wiklander          "movdqu %%xmm1, (%0)           \n\t"
724817466cbSJens Wiklander          "jmp 2f                        \n\t" // skip auxiliary routine
725817466cbSJens Wiklander 
726817466cbSJens Wiklander          /*
727817466cbSJens Wiklander           * Finish generating the next two round keys.
728817466cbSJens Wiklander           *
729817466cbSJens Wiklander           * On entry xmm0 is r3:r2:r1:r0, xmm1 is r7:r6:r5:r4 and
730817466cbSJens Wiklander           * xmm2 is X:stuff:stuff:stuff with X = rot( sub( r7 )) ^ RCON
731817466cbSJens Wiklander           *
732817466cbSJens Wiklander           * On exit, xmm0 is r11:r10:r9:r8 and xmm1 is r15:r14:r13:r12
733817466cbSJens Wiklander           * and those have been written to the output buffer.
734817466cbSJens Wiklander           */
735817466cbSJens Wiklander          "1:                                \n\t"
736817466cbSJens Wiklander          "pshufd $0xff, %%xmm2, %%xmm2      \n\t"
737817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm0, %%xmm2               \n\t"
738817466cbSJens Wiklander          "pslldq $4, %%xmm0                 \n\t"
739817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm0, %%xmm2               \n\t"
740817466cbSJens Wiklander          "pslldq $4, %%xmm0                 \n\t"
741817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm0, %%xmm2               \n\t"
742817466cbSJens Wiklander          "pslldq $4, %%xmm0                 \n\t"
743817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm2, %%xmm0               \n\t"
744817466cbSJens Wiklander          "add $16, %0                       \n\t"
745817466cbSJens Wiklander          "movdqu %%xmm0, (%0)               \n\t"
746817466cbSJens Wiklander 
747817466cbSJens Wiklander          /* Set xmm2 to stuff:Y:stuff:stuff with Y = subword( r11 )
748817466cbSJens Wiklander           * and proceed to generate next round key from there */
749*32b31808SJens Wiklander          AESKEYGENA(xmm0_xmm2, "0x00")
750817466cbSJens Wiklander          "pshufd $0xaa, %%xmm2, %%xmm2      \n\t"
751817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm1, %%xmm2               \n\t"
752817466cbSJens Wiklander          "pslldq $4, %%xmm1                 \n\t"
753817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm1, %%xmm2               \n\t"
754817466cbSJens Wiklander          "pslldq $4, %%xmm1                 \n\t"
755817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm1, %%xmm2               \n\t"
756817466cbSJens Wiklander          "pslldq $4, %%xmm1                 \n\t"
757817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm2, %%xmm1               \n\t"
758817466cbSJens Wiklander          "add $16, %0                       \n\t"
759817466cbSJens Wiklander          "movdqu %%xmm1, (%0)               \n\t"
760817466cbSJens Wiklander          "ret                               \n\t"
761817466cbSJens Wiklander 
762817466cbSJens Wiklander          /*
763817466cbSJens Wiklander           * Main "loop" - Generating one more key than necessary,
764817466cbSJens Wiklander           * see definition of mbedtls_aes_context.buf
765817466cbSJens Wiklander           */
766817466cbSJens Wiklander          "2:                                \n\t"
767*32b31808SJens Wiklander          AESKEYGENA(xmm1_xmm2, "0x01")      "call 1b \n\t"
768*32b31808SJens Wiklander          AESKEYGENA(xmm1_xmm2, "0x02")      "call 1b \n\t"
769*32b31808SJens Wiklander          AESKEYGENA(xmm1_xmm2, "0x04")      "call 1b \n\t"
770*32b31808SJens Wiklander          AESKEYGENA(xmm1_xmm2, "0x08")      "call 1b \n\t"
771*32b31808SJens Wiklander          AESKEYGENA(xmm1_xmm2, "0x10")      "call 1b \n\t"
772*32b31808SJens Wiklander          AESKEYGENA(xmm1_xmm2, "0x20")      "call 1b \n\t"
773*32b31808SJens Wiklander          AESKEYGENA(xmm1_xmm2, "0x40")      "call 1b \n\t"
774817466cbSJens Wiklander          :
775817466cbSJens Wiklander          : "r" (rk), "r" (key)
776817466cbSJens Wiklander          : "memory", "cc", "0");
777817466cbSJens Wiklander }
778817466cbSJens Wiklander 
779*32b31808SJens Wiklander #endif  /* MBEDTLS_AESNI_HAVE_CODE */
780*32b31808SJens Wiklander 
781817466cbSJens Wiklander /*
782817466cbSJens Wiklander  * Key expansion, wrapper
783817466cbSJens Wiklander  */
784817466cbSJens Wiklander int mbedtls_aesni_setkey_enc(unsigned char *rk,
785817466cbSJens Wiklander                              const unsigned char *key,
786817466cbSJens Wiklander                              size_t bits)
787817466cbSJens Wiklander {
788*32b31808SJens Wiklander     switch (bits) {
789817466cbSJens Wiklander         case 128: aesni_setkey_enc_128(rk, key); break;
790817466cbSJens Wiklander         case 192: aesni_setkey_enc_192(rk, key); break;
791817466cbSJens Wiklander         case 256: aesni_setkey_enc_256(rk, key); break;
792*32b31808SJens Wiklander         default: return MBEDTLS_ERR_AES_INVALID_KEY_LENGTH;
793817466cbSJens Wiklander     }
794817466cbSJens Wiklander 
795*32b31808SJens Wiklander     return 0;
796817466cbSJens Wiklander }
797817466cbSJens Wiklander 
798*32b31808SJens Wiklander #endif /* MBEDTLS_AESNI_HAVE_CODE */
799817466cbSJens Wiklander 
800817466cbSJens Wiklander #endif /* MBEDTLS_AESNI_C */
801