xref: /optee_os/lib/libmbedtls/mbedtls/library/aesni.c (revision 7901324d9530594155991c8b283023d567741cc7)
1817466cbSJens Wiklander /*
2817466cbSJens Wiklander  *  AES-NI support functions
3817466cbSJens Wiklander  *
4*7901324dSJerome Forissier  *  Copyright The Mbed TLS Contributors
5*7901324dSJerome 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 /*
21817466cbSJens Wiklander  * [AES-WP] http://software.intel.com/en-us/articles/intel-advanced-encryption-standard-aes-instructions-set
22817466cbSJens Wiklander  * [CLMUL-WP] http://software.intel.com/en-us/articles/intel-carry-less-multiplication-instruction-and-its-usage-for-computing-the-gcm-mode/
23817466cbSJens Wiklander  */
24817466cbSJens Wiklander 
25*7901324dSJerome Forissier #include "common.h"
26817466cbSJens Wiklander 
27817466cbSJens Wiklander #if defined(MBEDTLS_AESNI_C)
28817466cbSJens Wiklander 
293d3b0591SJens Wiklander #if defined(__has_feature)
303d3b0591SJens Wiklander #if __has_feature(memory_sanitizer)
313d3b0591SJens Wiklander #warning "MBEDTLS_AESNI_C is known to cause spurious error reports with some memory sanitizers as they do not understand the assembly code."
323d3b0591SJens Wiklander #endif
333d3b0591SJens Wiklander #endif
343d3b0591SJens Wiklander 
35817466cbSJens Wiklander #include "mbedtls/aesni.h"
36817466cbSJens Wiklander 
37817466cbSJens Wiklander #include <string.h>
38817466cbSJens Wiklander 
39817466cbSJens Wiklander #ifndef asm
40817466cbSJens Wiklander #define asm __asm
41817466cbSJens Wiklander #endif
42817466cbSJens Wiklander 
43817466cbSJens Wiklander #if defined(MBEDTLS_HAVE_X86_64)
44817466cbSJens Wiklander 
45817466cbSJens Wiklander /*
46817466cbSJens Wiklander  * AES-NI support detection routine
47817466cbSJens Wiklander  */
48817466cbSJens Wiklander int mbedtls_aesni_has_support( unsigned int what )
49817466cbSJens Wiklander {
50817466cbSJens Wiklander     static int done = 0;
51817466cbSJens Wiklander     static unsigned int c = 0;
52817466cbSJens Wiklander 
53817466cbSJens Wiklander     if( ! done )
54817466cbSJens Wiklander     {
55817466cbSJens Wiklander         asm( "movl  $1, %%eax   \n\t"
56817466cbSJens Wiklander              "cpuid             \n\t"
57817466cbSJens Wiklander              : "=c" (c)
58817466cbSJens Wiklander              :
59817466cbSJens Wiklander              : "eax", "ebx", "edx" );
60817466cbSJens Wiklander         done = 1;
61817466cbSJens Wiklander     }
62817466cbSJens Wiklander 
63817466cbSJens Wiklander     return( ( c & what ) != 0 );
64817466cbSJens Wiklander }
65817466cbSJens Wiklander 
66817466cbSJens Wiklander /*
67817466cbSJens Wiklander  * Binutils needs to be at least 2.19 to support AES-NI instructions.
68817466cbSJens Wiklander  * Unfortunately, a lot of users have a lower version now (2014-04).
69817466cbSJens Wiklander  * Emit bytecode directly in order to support "old" version of gas.
70817466cbSJens Wiklander  *
71817466cbSJens Wiklander  * Opcodes from the Intel architecture reference manual, vol. 3.
72817466cbSJens Wiklander  * We always use registers, so we don't need prefixes for memory operands.
73817466cbSJens Wiklander  * Operand macros are in gas order (src, dst) as opposed to Intel order
74817466cbSJens Wiklander  * (dst, src) in order to blend better into the surrounding assembly code.
75817466cbSJens Wiklander  */
76817466cbSJens Wiklander #define AESDEC      ".byte 0x66,0x0F,0x38,0xDE,"
77817466cbSJens Wiklander #define AESDECLAST  ".byte 0x66,0x0F,0x38,0xDF,"
78817466cbSJens Wiklander #define AESENC      ".byte 0x66,0x0F,0x38,0xDC,"
79817466cbSJens Wiklander #define AESENCLAST  ".byte 0x66,0x0F,0x38,0xDD,"
80817466cbSJens Wiklander #define AESIMC      ".byte 0x66,0x0F,0x38,0xDB,"
81817466cbSJens Wiklander #define AESKEYGENA  ".byte 0x66,0x0F,0x3A,0xDF,"
82817466cbSJens Wiklander #define PCLMULQDQ   ".byte 0x66,0x0F,0x3A,0x44,"
83817466cbSJens Wiklander 
84817466cbSJens Wiklander #define xmm0_xmm0   "0xC0"
85817466cbSJens Wiklander #define xmm0_xmm1   "0xC8"
86817466cbSJens Wiklander #define xmm0_xmm2   "0xD0"
87817466cbSJens Wiklander #define xmm0_xmm3   "0xD8"
88817466cbSJens Wiklander #define xmm0_xmm4   "0xE0"
89817466cbSJens Wiklander #define xmm1_xmm0   "0xC1"
90817466cbSJens Wiklander #define xmm1_xmm2   "0xD1"
91817466cbSJens Wiklander 
92817466cbSJens Wiklander /*
93817466cbSJens Wiklander  * AES-NI AES-ECB block en(de)cryption
94817466cbSJens Wiklander  */
95817466cbSJens Wiklander int mbedtls_aesni_crypt_ecb( mbedtls_aes_context *ctx,
96817466cbSJens Wiklander                      int mode,
97817466cbSJens Wiklander                      const unsigned char input[16],
98817466cbSJens Wiklander                      unsigned char output[16] )
99817466cbSJens Wiklander {
100817466cbSJens Wiklander     asm( "movdqu    (%3), %%xmm0    \n\t" // load input
101817466cbSJens Wiklander          "movdqu    (%1), %%xmm1    \n\t" // load round key 0
102817466cbSJens Wiklander          "pxor      %%xmm1, %%xmm0  \n\t" // round 0
103817466cbSJens Wiklander          "add       $16, %1         \n\t" // point to next round key
104817466cbSJens Wiklander          "subl      $1, %0          \n\t" // normal rounds = nr - 1
105817466cbSJens Wiklander          "test      %2, %2          \n\t" // mode?
106817466cbSJens Wiklander          "jz        2f              \n\t" // 0 = decrypt
107817466cbSJens Wiklander 
108817466cbSJens Wiklander          "1:                        \n\t" // encryption loop
109817466cbSJens Wiklander          "movdqu    (%1), %%xmm1    \n\t" // load round key
110817466cbSJens Wiklander          AESENC     xmm1_xmm0      "\n\t" // do round
111817466cbSJens Wiklander          "add       $16, %1         \n\t" // point to next round key
112817466cbSJens Wiklander          "subl      $1, %0          \n\t" // loop
113817466cbSJens Wiklander          "jnz       1b              \n\t"
114817466cbSJens Wiklander          "movdqu    (%1), %%xmm1    \n\t" // load round key
115817466cbSJens Wiklander          AESENCLAST xmm1_xmm0      "\n\t" // last round
116817466cbSJens Wiklander          "jmp       3f              \n\t"
117817466cbSJens Wiklander 
118817466cbSJens Wiklander          "2:                        \n\t" // decryption loop
119817466cbSJens Wiklander          "movdqu    (%1), %%xmm1    \n\t"
120817466cbSJens Wiklander          AESDEC     xmm1_xmm0      "\n\t" // do round
121817466cbSJens Wiklander          "add       $16, %1         \n\t"
122817466cbSJens Wiklander          "subl      $1, %0          \n\t"
123817466cbSJens Wiklander          "jnz       2b              \n\t"
124817466cbSJens Wiklander          "movdqu    (%1), %%xmm1    \n\t" // load round key
125817466cbSJens Wiklander          AESDECLAST xmm1_xmm0      "\n\t" // last round
126817466cbSJens Wiklander 
127817466cbSJens Wiklander          "3:                        \n\t"
128817466cbSJens Wiklander          "movdqu    %%xmm0, (%4)    \n\t" // export output
129817466cbSJens Wiklander          :
130817466cbSJens Wiklander          : "r" (ctx->nr), "r" (ctx->rk), "r" (mode), "r" (input), "r" (output)
131817466cbSJens Wiklander          : "memory", "cc", "xmm0", "xmm1" );
132817466cbSJens Wiklander 
133817466cbSJens Wiklander 
134817466cbSJens Wiklander     return( 0 );
135817466cbSJens Wiklander }
136817466cbSJens Wiklander 
137817466cbSJens Wiklander /*
138817466cbSJens Wiklander  * GCM multiplication: c = a times b in GF(2^128)
139817466cbSJens Wiklander  * Based on [CLMUL-WP] algorithms 1 (with equation 27) and 5.
140817466cbSJens Wiklander  */
141817466cbSJens Wiklander void mbedtls_aesni_gcm_mult( unsigned char c[16],
142817466cbSJens Wiklander                      const unsigned char a[16],
143817466cbSJens Wiklander                      const unsigned char b[16] )
144817466cbSJens Wiklander {
145817466cbSJens Wiklander     unsigned char aa[16], bb[16], cc[16];
146817466cbSJens Wiklander     size_t i;
147817466cbSJens Wiklander 
148817466cbSJens Wiklander     /* The inputs are in big-endian order, so byte-reverse them */
149817466cbSJens Wiklander     for( i = 0; i < 16; i++ )
150817466cbSJens Wiklander     {
151817466cbSJens Wiklander         aa[i] = a[15 - i];
152817466cbSJens Wiklander         bb[i] = b[15 - i];
153817466cbSJens Wiklander     }
154817466cbSJens Wiklander 
155817466cbSJens Wiklander     asm( "movdqu (%0), %%xmm0               \n\t" // a1:a0
156817466cbSJens Wiklander          "movdqu (%1), %%xmm1               \n\t" // b1:b0
157817466cbSJens Wiklander 
158817466cbSJens Wiklander          /*
159817466cbSJens Wiklander           * Caryless multiplication xmm2:xmm1 = xmm0 * xmm1
160817466cbSJens Wiklander           * using [CLMUL-WP] algorithm 1 (p. 13).
161817466cbSJens Wiklander           */
162817466cbSJens Wiklander          "movdqa %%xmm1, %%xmm2             \n\t" // copy of b1:b0
163817466cbSJens Wiklander          "movdqa %%xmm1, %%xmm3             \n\t" // same
164817466cbSJens Wiklander          "movdqa %%xmm1, %%xmm4             \n\t" // same
165817466cbSJens Wiklander          PCLMULQDQ xmm0_xmm1 ",0x00         \n\t" // a0*b0 = c1:c0
166817466cbSJens Wiklander          PCLMULQDQ xmm0_xmm2 ",0x11         \n\t" // a1*b1 = d1:d0
167817466cbSJens Wiklander          PCLMULQDQ xmm0_xmm3 ",0x10         \n\t" // a0*b1 = e1:e0
168817466cbSJens Wiklander          PCLMULQDQ xmm0_xmm4 ",0x01         \n\t" // a1*b0 = f1:f0
169817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm3, %%xmm4               \n\t" // e1+f1:e0+f0
170817466cbSJens Wiklander          "movdqa %%xmm4, %%xmm3             \n\t" // same
171817466cbSJens Wiklander          "psrldq $8, %%xmm4                 \n\t" // 0:e1+f1
172817466cbSJens Wiklander          "pslldq $8, %%xmm3                 \n\t" // e0+f0:0
173817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm4, %%xmm2               \n\t" // d1:d0+e1+f1
174817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm3, %%xmm1               \n\t" // c1+e0+f1:c0
175817466cbSJens Wiklander 
176817466cbSJens Wiklander          /*
177817466cbSJens Wiklander           * Now shift the result one bit to the left,
178817466cbSJens Wiklander           * taking advantage of [CLMUL-WP] eq 27 (p. 20)
179817466cbSJens Wiklander           */
180817466cbSJens Wiklander          "movdqa %%xmm1, %%xmm3             \n\t" // r1:r0
181817466cbSJens Wiklander          "movdqa %%xmm2, %%xmm4             \n\t" // r3:r2
182817466cbSJens Wiklander          "psllq $1, %%xmm1                  \n\t" // r1<<1:r0<<1
183817466cbSJens Wiklander          "psllq $1, %%xmm2                  \n\t" // r3<<1:r2<<1
184817466cbSJens Wiklander          "psrlq $63, %%xmm3                 \n\t" // r1>>63:r0>>63
185817466cbSJens Wiklander          "psrlq $63, %%xmm4                 \n\t" // r3>>63:r2>>63
186817466cbSJens Wiklander          "movdqa %%xmm3, %%xmm5             \n\t" // r1>>63:r0>>63
187817466cbSJens Wiklander          "pslldq $8, %%xmm3                 \n\t" // r0>>63:0
188817466cbSJens Wiklander          "pslldq $8, %%xmm4                 \n\t" // r2>>63:0
189817466cbSJens Wiklander          "psrldq $8, %%xmm5                 \n\t" // 0:r1>>63
190817466cbSJens Wiklander          "por %%xmm3, %%xmm1                \n\t" // r1<<1|r0>>63:r0<<1
191817466cbSJens Wiklander          "por %%xmm4, %%xmm2                \n\t" // r3<<1|r2>>62:r2<<1
192817466cbSJens Wiklander          "por %%xmm5, %%xmm2                \n\t" // r3<<1|r2>>62:r2<<1|r1>>63
193817466cbSJens Wiklander 
194817466cbSJens Wiklander          /*
195817466cbSJens Wiklander           * Now reduce modulo the GCM polynomial x^128 + x^7 + x^2 + x + 1
196817466cbSJens Wiklander           * using [CLMUL-WP] algorithm 5 (p. 20).
197817466cbSJens Wiklander           * Currently xmm2:xmm1 holds x3:x2:x1:x0 (already shifted).
198817466cbSJens Wiklander           */
199817466cbSJens Wiklander          /* Step 2 (1) */
200817466cbSJens Wiklander          "movdqa %%xmm1, %%xmm3             \n\t" // x1:x0
201817466cbSJens Wiklander          "movdqa %%xmm1, %%xmm4             \n\t" // same
202817466cbSJens Wiklander          "movdqa %%xmm1, %%xmm5             \n\t" // same
203817466cbSJens Wiklander          "psllq $63, %%xmm3                 \n\t" // x1<<63:x0<<63 = stuff:a
204817466cbSJens Wiklander          "psllq $62, %%xmm4                 \n\t" // x1<<62:x0<<62 = stuff:b
205817466cbSJens Wiklander          "psllq $57, %%xmm5                 \n\t" // x1<<57:x0<<57 = stuff:c
206817466cbSJens Wiklander 
207817466cbSJens Wiklander          /* Step 2 (2) */
208817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm4, %%xmm3               \n\t" // stuff:a+b
209817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm5, %%xmm3               \n\t" // stuff:a+b+c
210817466cbSJens Wiklander          "pslldq $8, %%xmm3                 \n\t" // a+b+c:0
211817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm3, %%xmm1               \n\t" // x1+a+b+c:x0 = d:x0
212817466cbSJens Wiklander 
213817466cbSJens Wiklander          /* Steps 3 and 4 */
214817466cbSJens Wiklander          "movdqa %%xmm1,%%xmm0              \n\t" // d:x0
215817466cbSJens Wiklander          "movdqa %%xmm1,%%xmm4              \n\t" // same
216817466cbSJens Wiklander          "movdqa %%xmm1,%%xmm5              \n\t" // same
217817466cbSJens Wiklander          "psrlq $1, %%xmm0                  \n\t" // e1:x0>>1 = e1:e0'
218817466cbSJens Wiklander          "psrlq $2, %%xmm4                  \n\t" // f1:x0>>2 = f1:f0'
219817466cbSJens Wiklander          "psrlq $7, %%xmm5                  \n\t" // g1:x0>>7 = g1:g0'
220817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm4, %%xmm0               \n\t" // e1+f1:e0'+f0'
221817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm5, %%xmm0               \n\t" // e1+f1+g1:e0'+f0'+g0'
222817466cbSJens Wiklander          // e0'+f0'+g0' is almost e0+f0+g0, ex\tcept for some missing
223817466cbSJens Wiklander          // bits carried from d. Now get those\t bits back in.
224817466cbSJens Wiklander          "movdqa %%xmm1,%%xmm3              \n\t" // d:x0
225817466cbSJens Wiklander          "movdqa %%xmm1,%%xmm4              \n\t" // same
226817466cbSJens Wiklander          "movdqa %%xmm1,%%xmm5              \n\t" // same
227817466cbSJens Wiklander          "psllq $63, %%xmm3                 \n\t" // d<<63:stuff
228817466cbSJens Wiklander          "psllq $62, %%xmm4                 \n\t" // d<<62:stuff
229817466cbSJens Wiklander          "psllq $57, %%xmm5                 \n\t" // d<<57:stuff
230817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm4, %%xmm3               \n\t" // d<<63+d<<62:stuff
231817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm5, %%xmm3               \n\t" // missing bits of d:stuff
232817466cbSJens Wiklander          "psrldq $8, %%xmm3                 \n\t" // 0:missing bits of d
233817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm3, %%xmm0               \n\t" // e1+f1+g1:e0+f0+g0
234817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm1, %%xmm0               \n\t" // h1:h0
235817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm2, %%xmm0               \n\t" // x3+h1:x2+h0
236817466cbSJens Wiklander 
237817466cbSJens Wiklander          "movdqu %%xmm0, (%2)               \n\t" // done
238817466cbSJens Wiklander          :
239817466cbSJens Wiklander          : "r" (aa), "r" (bb), "r" (cc)
240817466cbSJens Wiklander          : "memory", "cc", "xmm0", "xmm1", "xmm2", "xmm3", "xmm4", "xmm5" );
241817466cbSJens Wiklander 
242817466cbSJens Wiklander     /* Now byte-reverse the outputs */
243817466cbSJens Wiklander     for( i = 0; i < 16; i++ )
244817466cbSJens Wiklander         c[i] = cc[15 - i];
245817466cbSJens Wiklander 
246817466cbSJens Wiklander     return;
247817466cbSJens Wiklander }
248817466cbSJens Wiklander 
249817466cbSJens Wiklander /*
250817466cbSJens Wiklander  * Compute decryption round keys from encryption round keys
251817466cbSJens Wiklander  */
252817466cbSJens Wiklander void mbedtls_aesni_inverse_key( unsigned char *invkey,
253817466cbSJens Wiklander                         const unsigned char *fwdkey, int nr )
254817466cbSJens Wiklander {
255817466cbSJens Wiklander     unsigned char *ik = invkey;
256817466cbSJens Wiklander     const unsigned char *fk = fwdkey + 16 * nr;
257817466cbSJens Wiklander 
258817466cbSJens Wiklander     memcpy( ik, fk, 16 );
259817466cbSJens Wiklander 
260817466cbSJens Wiklander     for( fk -= 16, ik += 16; fk > fwdkey; fk -= 16, ik += 16 )
261817466cbSJens Wiklander         asm( "movdqu (%0), %%xmm0       \n\t"
262817466cbSJens Wiklander              AESIMC  xmm0_xmm0         "\n\t"
263817466cbSJens Wiklander              "movdqu %%xmm0, (%1)       \n\t"
264817466cbSJens Wiklander              :
265817466cbSJens Wiklander              : "r" (fk), "r" (ik)
266817466cbSJens Wiklander              : "memory", "xmm0" );
267817466cbSJens Wiklander 
268817466cbSJens Wiklander     memcpy( ik, fk, 16 );
269817466cbSJens Wiklander }
270817466cbSJens Wiklander 
271817466cbSJens Wiklander /*
272817466cbSJens Wiklander  * Key expansion, 128-bit case
273817466cbSJens Wiklander  */
274817466cbSJens Wiklander static void aesni_setkey_enc_128( unsigned char *rk,
275817466cbSJens Wiklander                                   const unsigned char *key )
276817466cbSJens Wiklander {
277817466cbSJens Wiklander     asm( "movdqu (%1), %%xmm0               \n\t" // copy the original key
278817466cbSJens Wiklander          "movdqu %%xmm0, (%0)               \n\t" // as round key 0
279817466cbSJens Wiklander          "jmp 2f                            \n\t" // skip auxiliary routine
280817466cbSJens Wiklander 
281817466cbSJens Wiklander          /*
282817466cbSJens Wiklander           * Finish generating the next round key.
283817466cbSJens Wiklander           *
284817466cbSJens Wiklander           * On entry xmm0 is r3:r2:r1:r0 and xmm1 is X:stuff:stuff:stuff
285817466cbSJens Wiklander           * with X = rot( sub( r3 ) ) ^ RCON.
286817466cbSJens Wiklander           *
287817466cbSJens Wiklander           * On exit, xmm0 is r7:r6:r5:r4
288817466cbSJens Wiklander           * with r4 = X + r0, r5 = r4 + r1, r6 = r5 + r2, r7 = r6 + r3
289817466cbSJens Wiklander           * and those are written to the round key buffer.
290817466cbSJens Wiklander           */
291817466cbSJens Wiklander          "1:                                \n\t"
292817466cbSJens Wiklander          "pshufd $0xff, %%xmm1, %%xmm1      \n\t" // X:X:X:X
293817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm0, %%xmm1               \n\t" // X+r3:X+r2:X+r1:r4
294817466cbSJens Wiklander          "pslldq $4, %%xmm0                 \n\t" // r2:r1:r0:0
295817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm0, %%xmm1               \n\t" // X+r3+r2:X+r2+r1:r5:r4
296817466cbSJens Wiklander          "pslldq $4, %%xmm0                 \n\t" // etc
297817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm0, %%xmm1               \n\t"
298817466cbSJens Wiklander          "pslldq $4, %%xmm0                 \n\t"
299817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm1, %%xmm0               \n\t" // update xmm0 for next time!
300817466cbSJens Wiklander          "add $16, %0                       \n\t" // point to next round key
301817466cbSJens Wiklander          "movdqu %%xmm0, (%0)               \n\t" // write it
302817466cbSJens Wiklander          "ret                               \n\t"
303817466cbSJens Wiklander 
304817466cbSJens Wiklander          /* Main "loop" */
305817466cbSJens Wiklander          "2:                                \n\t"
306817466cbSJens Wiklander          AESKEYGENA xmm0_xmm1 ",0x01        \n\tcall 1b \n\t"
307817466cbSJens Wiklander          AESKEYGENA xmm0_xmm1 ",0x02        \n\tcall 1b \n\t"
308817466cbSJens Wiklander          AESKEYGENA xmm0_xmm1 ",0x04        \n\tcall 1b \n\t"
309817466cbSJens Wiklander          AESKEYGENA xmm0_xmm1 ",0x08        \n\tcall 1b \n\t"
310817466cbSJens Wiklander          AESKEYGENA xmm0_xmm1 ",0x10        \n\tcall 1b \n\t"
311817466cbSJens Wiklander          AESKEYGENA xmm0_xmm1 ",0x20        \n\tcall 1b \n\t"
312817466cbSJens Wiklander          AESKEYGENA xmm0_xmm1 ",0x40        \n\tcall 1b \n\t"
313817466cbSJens Wiklander          AESKEYGENA xmm0_xmm1 ",0x80        \n\tcall 1b \n\t"
314817466cbSJens Wiklander          AESKEYGENA xmm0_xmm1 ",0x1B        \n\tcall 1b \n\t"
315817466cbSJens Wiklander          AESKEYGENA xmm0_xmm1 ",0x36        \n\tcall 1b \n\t"
316817466cbSJens Wiklander          :
317817466cbSJens Wiklander          : "r" (rk), "r" (key)
318817466cbSJens Wiklander          : "memory", "cc", "0" );
319817466cbSJens Wiklander }
320817466cbSJens Wiklander 
321817466cbSJens Wiklander /*
322817466cbSJens Wiklander  * Key expansion, 192-bit case
323817466cbSJens Wiklander  */
324817466cbSJens Wiklander static void aesni_setkey_enc_192( unsigned char *rk,
325817466cbSJens Wiklander                                   const unsigned char *key )
326817466cbSJens Wiklander {
327817466cbSJens Wiklander     asm( "movdqu (%1), %%xmm0   \n\t" // copy original round key
328817466cbSJens Wiklander          "movdqu %%xmm0, (%0)   \n\t"
329817466cbSJens Wiklander          "add $16, %0           \n\t"
330817466cbSJens Wiklander          "movq 16(%1), %%xmm1   \n\t"
331817466cbSJens Wiklander          "movq %%xmm1, (%0)     \n\t"
332817466cbSJens Wiklander          "add $8, %0            \n\t"
333817466cbSJens Wiklander          "jmp 2f                \n\t" // skip auxiliary routine
334817466cbSJens Wiklander 
335817466cbSJens Wiklander          /*
336817466cbSJens Wiklander           * Finish generating the next 6 quarter-keys.
337817466cbSJens Wiklander           *
338817466cbSJens Wiklander           * On entry xmm0 is r3:r2:r1:r0, xmm1 is stuff:stuff:r5:r4
339817466cbSJens Wiklander           * and xmm2 is stuff:stuff:X:stuff with X = rot( sub( r3 ) ) ^ RCON.
340817466cbSJens Wiklander           *
341817466cbSJens Wiklander           * On exit, xmm0 is r9:r8:r7:r6 and xmm1 is stuff:stuff:r11:r10
342817466cbSJens Wiklander           * and those are written to the round key buffer.
343817466cbSJens Wiklander           */
344817466cbSJens Wiklander          "1:                            \n\t"
345817466cbSJens Wiklander          "pshufd $0x55, %%xmm2, %%xmm2  \n\t" // X:X:X:X
346817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm0, %%xmm2           \n\t" // X+r3:X+r2:X+r1:r4
347817466cbSJens Wiklander          "pslldq $4, %%xmm0             \n\t" // etc
348817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm0, %%xmm2           \n\t"
349817466cbSJens Wiklander          "pslldq $4, %%xmm0             \n\t"
350817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm0, %%xmm2           \n\t"
351817466cbSJens Wiklander          "pslldq $4, %%xmm0             \n\t"
352817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm2, %%xmm0           \n\t" // update xmm0 = r9:r8:r7:r6
353817466cbSJens Wiklander          "movdqu %%xmm0, (%0)           \n\t"
354817466cbSJens Wiklander          "add $16, %0                   \n\t"
355817466cbSJens Wiklander          "pshufd $0xff, %%xmm0, %%xmm2  \n\t" // r9:r9:r9:r9
356817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm1, %%xmm2           \n\t" // stuff:stuff:r9+r5:r10
357817466cbSJens Wiklander          "pslldq $4, %%xmm1             \n\t" // r2:r1:r0:0
358817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm2, %%xmm1           \n\t" // xmm1 = stuff:stuff:r11:r10
359817466cbSJens Wiklander          "movq %%xmm1, (%0)             \n\t"
360817466cbSJens Wiklander          "add $8, %0                    \n\t"
361817466cbSJens Wiklander          "ret                           \n\t"
362817466cbSJens Wiklander 
363817466cbSJens Wiklander          "2:                            \n\t"
364817466cbSJens Wiklander          AESKEYGENA xmm1_xmm2 ",0x01    \n\tcall 1b \n\t"
365817466cbSJens Wiklander          AESKEYGENA xmm1_xmm2 ",0x02    \n\tcall 1b \n\t"
366817466cbSJens Wiklander          AESKEYGENA xmm1_xmm2 ",0x04    \n\tcall 1b \n\t"
367817466cbSJens Wiklander          AESKEYGENA xmm1_xmm2 ",0x08    \n\tcall 1b \n\t"
368817466cbSJens Wiklander          AESKEYGENA xmm1_xmm2 ",0x10    \n\tcall 1b \n\t"
369817466cbSJens Wiklander          AESKEYGENA xmm1_xmm2 ",0x20    \n\tcall 1b \n\t"
370817466cbSJens Wiklander          AESKEYGENA xmm1_xmm2 ",0x40    \n\tcall 1b \n\t"
371817466cbSJens Wiklander          AESKEYGENA xmm1_xmm2 ",0x80    \n\tcall 1b \n\t"
372817466cbSJens Wiklander 
373817466cbSJens Wiklander          :
374817466cbSJens Wiklander          : "r" (rk), "r" (key)
375817466cbSJens Wiklander          : "memory", "cc", "0" );
376817466cbSJens Wiklander }
377817466cbSJens Wiklander 
378817466cbSJens Wiklander /*
379817466cbSJens Wiklander  * Key expansion, 256-bit case
380817466cbSJens Wiklander  */
381817466cbSJens Wiklander static void aesni_setkey_enc_256( unsigned char *rk,
382817466cbSJens Wiklander                                   const unsigned char *key )
383817466cbSJens Wiklander {
384817466cbSJens Wiklander     asm( "movdqu (%1), %%xmm0           \n\t"
385817466cbSJens Wiklander          "movdqu %%xmm0, (%0)           \n\t"
386817466cbSJens Wiklander          "add $16, %0                   \n\t"
387817466cbSJens Wiklander          "movdqu 16(%1), %%xmm1         \n\t"
388817466cbSJens Wiklander          "movdqu %%xmm1, (%0)           \n\t"
389817466cbSJens Wiklander          "jmp 2f                        \n\t" // skip auxiliary routine
390817466cbSJens Wiklander 
391817466cbSJens Wiklander          /*
392817466cbSJens Wiklander           * Finish generating the next two round keys.
393817466cbSJens Wiklander           *
394817466cbSJens Wiklander           * On entry xmm0 is r3:r2:r1:r0, xmm1 is r7:r6:r5:r4 and
395817466cbSJens Wiklander           * xmm2 is X:stuff:stuff:stuff with X = rot( sub( r7 )) ^ RCON
396817466cbSJens Wiklander           *
397817466cbSJens Wiklander           * On exit, xmm0 is r11:r10:r9:r8 and xmm1 is r15:r14:r13:r12
398817466cbSJens Wiklander           * and those have been written to the output buffer.
399817466cbSJens Wiklander           */
400817466cbSJens Wiklander          "1:                                \n\t"
401817466cbSJens Wiklander          "pshufd $0xff, %%xmm2, %%xmm2      \n\t"
402817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm0, %%xmm2               \n\t"
403817466cbSJens Wiklander          "pslldq $4, %%xmm0                 \n\t"
404817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm0, %%xmm2               \n\t"
405817466cbSJens Wiklander          "pslldq $4, %%xmm0                 \n\t"
406817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm0, %%xmm2               \n\t"
407817466cbSJens Wiklander          "pslldq $4, %%xmm0                 \n\t"
408817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm2, %%xmm0               \n\t"
409817466cbSJens Wiklander          "add $16, %0                       \n\t"
410817466cbSJens Wiklander          "movdqu %%xmm0, (%0)               \n\t"
411817466cbSJens Wiklander 
412817466cbSJens Wiklander          /* Set xmm2 to stuff:Y:stuff:stuff with Y = subword( r11 )
413817466cbSJens Wiklander           * and proceed to generate next round key from there */
414817466cbSJens Wiklander          AESKEYGENA xmm0_xmm2 ",0x00        \n\t"
415817466cbSJens Wiklander          "pshufd $0xaa, %%xmm2, %%xmm2      \n\t"
416817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm1, %%xmm2               \n\t"
417817466cbSJens Wiklander          "pslldq $4, %%xmm1                 \n\t"
418817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm1, %%xmm2               \n\t"
419817466cbSJens Wiklander          "pslldq $4, %%xmm1                 \n\t"
420817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm1, %%xmm2               \n\t"
421817466cbSJens Wiklander          "pslldq $4, %%xmm1                 \n\t"
422817466cbSJens Wiklander          "pxor %%xmm2, %%xmm1               \n\t"
423817466cbSJens Wiklander          "add $16, %0                       \n\t"
424817466cbSJens Wiklander          "movdqu %%xmm1, (%0)               \n\t"
425817466cbSJens Wiklander          "ret                               \n\t"
426817466cbSJens Wiklander 
427817466cbSJens Wiklander          /*
428817466cbSJens Wiklander           * Main "loop" - Generating one more key than necessary,
429817466cbSJens Wiklander           * see definition of mbedtls_aes_context.buf
430817466cbSJens Wiklander           */
431817466cbSJens Wiklander          "2:                                \n\t"
432817466cbSJens Wiklander          AESKEYGENA xmm1_xmm2 ",0x01        \n\tcall 1b \n\t"
433817466cbSJens Wiklander          AESKEYGENA xmm1_xmm2 ",0x02        \n\tcall 1b \n\t"
434817466cbSJens Wiklander          AESKEYGENA xmm1_xmm2 ",0x04        \n\tcall 1b \n\t"
435817466cbSJens Wiklander          AESKEYGENA xmm1_xmm2 ",0x08        \n\tcall 1b \n\t"
436817466cbSJens Wiklander          AESKEYGENA xmm1_xmm2 ",0x10        \n\tcall 1b \n\t"
437817466cbSJens Wiklander          AESKEYGENA xmm1_xmm2 ",0x20        \n\tcall 1b \n\t"
438817466cbSJens Wiklander          AESKEYGENA xmm1_xmm2 ",0x40        \n\tcall 1b \n\t"
439817466cbSJens Wiklander          :
440817466cbSJens Wiklander          : "r" (rk), "r" (key)
441817466cbSJens Wiklander          : "memory", "cc", "0" );
442817466cbSJens Wiklander }
443817466cbSJens Wiklander 
444817466cbSJens Wiklander /*
445817466cbSJens Wiklander  * Key expansion, wrapper
446817466cbSJens Wiklander  */
447817466cbSJens Wiklander int mbedtls_aesni_setkey_enc( unsigned char *rk,
448817466cbSJens Wiklander                       const unsigned char *key,
449817466cbSJens Wiklander                       size_t bits )
450817466cbSJens Wiklander {
451817466cbSJens Wiklander     switch( bits )
452817466cbSJens Wiklander     {
453817466cbSJens Wiklander         case 128: aesni_setkey_enc_128( rk, key ); break;
454817466cbSJens Wiklander         case 192: aesni_setkey_enc_192( rk, key ); break;
455817466cbSJens Wiklander         case 256: aesni_setkey_enc_256( rk, key ); break;
456817466cbSJens Wiklander         default : return( MBEDTLS_ERR_AES_INVALID_KEY_LENGTH );
457817466cbSJens Wiklander     }
458817466cbSJens Wiklander 
459817466cbSJens Wiklander     return( 0 );
460817466cbSJens Wiklander }
461817466cbSJens Wiklander 
462817466cbSJens Wiklander #endif /* MBEDTLS_HAVE_X86_64 */
463817466cbSJens Wiklander 
464817466cbSJens Wiklander #endif /* MBEDTLS_AESNI_C */
465