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/*
 *    Implement fast SHA-1 with AVX2 instructions. (x86_64)
 *
 * This file is provided under a dual BSD/GPLv2 license.  When using or
 * redistributing this file, you may do so under either license.
 *
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 *
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 * OWNER OR CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL,
 * SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT
 * LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
 * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
 * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
 * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE
 * OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
 *
 */
 
/*
 * SHA-1 implementation with Intel(R) AVX2 instruction set extensions.
 *
 *This implementation is based on the previous SSSE3 release:
 *Visit http://software.intel.com/en-us/articles/
 *and refer to improving-the-performance-of-the-secure-hash-algorithm-1/
 *
 *Updates 20-byte SHA-1 record at start of 'state', from 'input', for
 *even number of 'blocks' consecutive 64-byte blocks.
 *
 *extern "C" void sha1_transform_avx2(
 *    struct sha1_state *state, const u8* input, int blocks );
 */
 
#include <linux/linkage.h>
 
#define    CTX    %rdi    /* arg1 */
#define BUF    %rsi    /* arg2 */
#define CNT    %rdx    /* arg3 */
 
#define    REG_A    %ecx
#define    REG_B    %esi
#define    REG_C    %edi
#define    REG_D    %eax
#define    REG_E    %edx
#define    REG_TB    %ebx
#define    REG_TA    %r12d
#define    REG_RA    %rcx
#define    REG_RB    %rsi
#define    REG_RC    %rdi
#define    REG_RD    %rax
#define    REG_RE    %rdx
#define    REG_RTA    %r12
#define    REG_RTB    %rbx
#define    REG_T1    %r11d
#define    xmm_mov    vmovups
#define    avx2_zeroupper    vzeroupper
#define    RND_F1    1
#define    RND_F2    2
#define    RND_F3    3
 
.macro REGALLOC
   .set A, REG_A
   .set B, REG_B
   .set C, REG_C
   .set D, REG_D
   .set E, REG_E
   .set TB, REG_TB
   .set TA, REG_TA
 
   .set RA, REG_RA
   .set RB, REG_RB
   .set RC, REG_RC
   .set RD, REG_RD
   .set RE, REG_RE
 
   .set RTA, REG_RTA
   .set RTB, REG_RTB
 
   .set T1, REG_T1
.endm
 
#define HASH_PTR    %r9
#define BLOCKS_CTR    %r8
#define BUFFER_PTR    %r10
#define BUFFER_PTR2    %r13
 
#define PRECALC_BUF    %r14
#define WK_BUF        %r15
 
#define W_TMP        %xmm0
#define WY_TMP        %ymm0
#define WY_TMP2        %ymm9
 
# AVX2 variables
#define WY0        %ymm3
#define WY4        %ymm5
#define WY08        %ymm7
#define WY12        %ymm8
#define WY16        %ymm12
#define WY20        %ymm13
#define WY24        %ymm14
#define WY28        %ymm15
 
#define YMM_SHUFB_BSWAP    %ymm10
 
/*
 * Keep 2 iterations precalculated at a time:
 *    - 80 DWORDs per iteration * 2
 */
#define W_SIZE        (80*2*2 +16)
 
#define WK(t)    ((((t) % 80) / 4)*32 + ( (t) % 4)*4 + ((t)/80)*16 )(WK_BUF)
#define PRECALC_WK(t)    ((t)*2*2)(PRECALC_BUF)
 
 
.macro UPDATE_HASH  hash, val
   add    \hash, \val
   mov    \val, \hash
.endm
 
.macro PRECALC_RESET_WY
   .set WY_00, WY0
   .set WY_04, WY4
   .set WY_08, WY08
   .set WY_12, WY12
   .set WY_16, WY16
   .set WY_20, WY20
   .set WY_24, WY24
   .set WY_28, WY28
   .set WY_32, WY_00
.endm
 
.macro PRECALC_ROTATE_WY
   /* Rotate macros */
   .set WY_32, WY_28
   .set WY_28, WY_24
   .set WY_24, WY_20
   .set WY_20, WY_16
   .set WY_16, WY_12
   .set WY_12, WY_08
   .set WY_08, WY_04
   .set WY_04, WY_00
   .set WY_00, WY_32
 
   /* Define register aliases */
   .set WY, WY_00
   .set WY_minus_04, WY_04
   .set WY_minus_08, WY_08
   .set WY_minus_12, WY_12
   .set WY_minus_16, WY_16
   .set WY_minus_20, WY_20
   .set WY_minus_24, WY_24
   .set WY_minus_28, WY_28
   .set WY_minus_32, WY
.endm
 
.macro PRECALC_00_15
   .if (i == 0) # Initialize and rotate registers
       PRECALC_RESET_WY
       PRECALC_ROTATE_WY
   .endif
 
   /* message scheduling pre-compute for rounds 0-15 */
   .if   ((i & 7) == 0)
       /*
        * blended AVX2 and ALU instruction scheduling
        * 1 vector iteration per 8 rounds
        */
       vmovdqu (i * 2)(BUFFER_PTR), W_TMP
   .elseif ((i & 7) == 1)
       vinsertf128 $1, ((i-1) * 2)(BUFFER_PTR2),\
            WY_TMP, WY_TMP
   .elseif ((i & 7) == 2)
       vpshufb YMM_SHUFB_BSWAP, WY_TMP, WY
   .elseif ((i & 7) == 4)
       vpaddd  K_XMM + K_XMM_AR(%rip), WY, WY_TMP
   .elseif ((i & 7) == 7)
       vmovdqu  WY_TMP, PRECALC_WK(i&~7)
 
       PRECALC_ROTATE_WY
   .endif
.endm
 
.macro PRECALC_16_31
   /*
    * message scheduling pre-compute for rounds 16-31
    * calculating last 32 w[i] values in 8 XMM registers
    * pre-calculate K+w[i] values and store to mem
    * for later load by ALU add instruction
    *
    * "brute force" vectorization for rounds 16-31 only
    * due to w[i]->w[i-3] dependency
    */
   .if   ((i & 7) == 0)
       /*
        * blended AVX2 and ALU instruction scheduling
        * 1 vector iteration per 8 rounds
        */
       /* w[i-14] */
       vpalignr    $8, WY_minus_16, WY_minus_12, WY
       vpsrldq    $4, WY_minus_04, WY_TMP               /* w[i-3] */
   .elseif ((i & 7) == 1)
       vpxor    WY_minus_08, WY, WY
       vpxor    WY_minus_16, WY_TMP, WY_TMP
   .elseif ((i & 7) == 2)
       vpxor    WY_TMP, WY, WY
       vpslldq    $12, WY, WY_TMP2
   .elseif ((i & 7) == 3)
       vpslld    $1, WY, WY_TMP
       vpsrld    $31, WY, WY
   .elseif ((i & 7) == 4)
       vpor    WY, WY_TMP, WY_TMP
       vpslld    $2, WY_TMP2, WY
   .elseif ((i & 7) == 5)
       vpsrld    $30, WY_TMP2, WY_TMP2
       vpxor    WY, WY_TMP, WY_TMP
   .elseif ((i & 7) == 7)
       vpxor    WY_TMP2, WY_TMP, WY
       vpaddd  K_XMM + K_XMM_AR(%rip), WY, WY_TMP
       vmovdqu    WY_TMP, PRECALC_WK(i&~7)
 
       PRECALC_ROTATE_WY
   .endif
.endm
 
.macro PRECALC_32_79
   /*
    * in SHA-1 specification:
    * w[i] = (w[i-3] ^ w[i-8]  ^ w[i-14] ^ w[i-16]) rol 1
    * instead we do equal:
    * w[i] = (w[i-6] ^ w[i-16] ^ w[i-28] ^ w[i-32]) rol 2
    * allows more efficient vectorization
    * since w[i]=>w[i-3] dependency is broken
    */
 
   .if   ((i & 7) == 0)
   /*
    * blended AVX2 and ALU instruction scheduling
    * 1 vector iteration per 8 rounds
    */
       vpalignr    $8, WY_minus_08, WY_minus_04, WY_TMP
   .elseif ((i & 7) == 1)
       /* W is W_minus_32 before xor */
       vpxor    WY_minus_28, WY, WY
   .elseif ((i & 7) == 2)
       vpxor    WY_minus_16, WY_TMP, WY_TMP
   .elseif ((i & 7) == 3)
       vpxor    WY_TMP, WY, WY
   .elseif ((i & 7) == 4)
       vpslld    $2, WY, WY_TMP
   .elseif ((i & 7) == 5)
       vpsrld    $30, WY, WY
       vpor    WY, WY_TMP, WY
   .elseif ((i & 7) == 7)
       vpaddd  K_XMM + K_XMM_AR(%rip), WY, WY_TMP
       vmovdqu    WY_TMP, PRECALC_WK(i&~7)
 
       PRECALC_ROTATE_WY
   .endif
.endm
 
.macro PRECALC r, s
   .set i, \r
 
   .if (i < 40)
       .set K_XMM, 32*0
   .elseif (i < 80)
       .set K_XMM, 32*1
   .elseif (i < 120)
       .set K_XMM, 32*2
   .else
       .set K_XMM, 32*3
   .endif
 
   .if (i<32)
       PRECALC_00_15    \s
   .elseif (i<64)
       PRECALC_16_31    \s
   .elseif (i < 160)
       PRECALC_32_79    \s
   .endif
.endm
 
.macro ROTATE_STATE
   .set T_REG, E
   .set E, D
   .set D, C
   .set C, B
   .set B, TB
   .set TB, A
   .set A, T_REG
 
   .set T_REG, RE
   .set RE, RD
   .set RD, RC
   .set RC, RB
   .set RB, RTB
   .set RTB, RA
   .set RA, T_REG
.endm
 
/* Macro relies on saved ROUND_Fx */
 
.macro RND_FUN f, r
   .if (\f == RND_F1)
       ROUND_F1    \r
   .elseif (\f == RND_F2)
       ROUND_F2    \r
   .elseif (\f == RND_F3)
       ROUND_F3    \r
   .endif
.endm
 
.macro RR r
   .set round_id, (\r % 80)
 
   .if (round_id == 0)        /* Precalculate F for first round */
       .set ROUND_FUNC, RND_F1
       mov    B, TB
 
       rorx    $(32-30), B, B    /* b>>>2 */
       andn    D, TB, T1
       and    C, TB
       xor    T1, TB
   .endif
 
   RND_FUN ROUND_FUNC, \r
   ROTATE_STATE
 
   .if   (round_id == 18)
       .set ROUND_FUNC, RND_F2
   .elseif (round_id == 38)
       .set ROUND_FUNC, RND_F3
   .elseif (round_id == 58)
       .set ROUND_FUNC, RND_F2
   .endif
 
   .set round_id, ( (\r+1) % 80)
 
   RND_FUN ROUND_FUNC, (\r+1)
   ROTATE_STATE
.endm
 
.macro ROUND_F1 r
   add    WK(\r), E
 
   andn    C, A, T1            /* ~b&d */
   lea    (RE,RTB), E        /* Add F from the previous round */
 
   rorx    $(32-5), A, TA        /* T2 = A >>> 5 */
   rorx    $(32-30),A, TB        /* b>>>2 for next round */
 
   PRECALC    (\r)            /* msg scheduling for next 2 blocks */
 
   /*
    * Calculate F for the next round
    * (b & c) ^ andn[b, d]
    */
   and    B, A            /* b&c */
   xor    T1, A            /* F1 = (b&c) ^ (~b&d) */
 
   lea    (RE,RTA), E        /* E += A >>> 5 */
.endm
 
.macro ROUND_F2 r
   add    WK(\r), E
   lea    (RE,RTB), E        /* Add F from the previous round */
 
   /* Calculate F for the next round */
   rorx    $(32-5), A, TA        /* T2 = A >>> 5 */
   .if ((round_id) < 79)
       rorx    $(32-30), A, TB    /* b>>>2 for next round */
   .endif
   PRECALC    (\r)            /* msg scheduling for next 2 blocks */
 
   .if ((round_id) < 79)
       xor    B, A
   .endif
 
   add    TA, E            /* E += A >>> 5 */
 
   .if ((round_id) < 79)
       xor    C, A
   .endif
.endm
 
.macro ROUND_F3 r
   add    WK(\r), E
   PRECALC    (\r)            /* msg scheduling for next 2 blocks */
 
   lea    (RE,RTB), E        /* Add F from the previous round */
 
   mov    B, T1
   or    A, T1
 
   rorx    $(32-5), A, TA        /* T2 = A >>> 5 */
   rorx    $(32-30), A, TB        /* b>>>2 for next round */
 
   /* Calculate F for the next round
    * (b and c) or (d and (b or c))
    */
   and    C, T1
   and    B, A
   or    T1, A
 
   add    TA, E            /* E += A >>> 5 */
 
.endm
 
/* Add constant only if (%2 > %3) condition met (uses RTA as temp)
 * %1 + %2 >= %3 ? %4 : 0
 */
.macro ADD_IF_GE a, b, c, d
   mov     \a, RTA
   add     $\d, RTA
   cmp     $\c, \b
   cmovge  RTA, \a
.endm
 
/*
 * macro implements 80 rounds of SHA-1, for multiple blocks with s/w pipelining
 */
.macro SHA1_PIPELINED_MAIN_BODY
 
   REGALLOC
 
   mov    (HASH_PTR), A
   mov    4(HASH_PTR), B
   mov    8(HASH_PTR), C
   mov    12(HASH_PTR), D
   mov    16(HASH_PTR), E
 
   mov    %rsp, PRECALC_BUF
   lea    (2*4*80+32)(%rsp), WK_BUF
 
   # Precalc WK for first 2 blocks
   ADD_IF_GE BUFFER_PTR2, BLOCKS_CTR, 2, 64
   .set i, 0
   .rept    160
       PRECALC i
       .set i, i + 1
   .endr
 
   /* Go to next block if needed */
   ADD_IF_GE BUFFER_PTR, BLOCKS_CTR, 3, 128
   ADD_IF_GE BUFFER_PTR2, BLOCKS_CTR, 4, 128
   xchg    WK_BUF, PRECALC_BUF
 
   .align 32
_loop:
   /*
    * code loops through more than one block
    * we use K_BASE value as a signal of a last block,
    * it is set below by: cmovae BUFFER_PTR, K_BASE
    */
   test BLOCKS_CTR, BLOCKS_CTR
   jnz _begin
   .align 32
   jmp    _end
   .align 32
_begin:
 
   /*
    * Do first block
    * rounds: 0,2,4,6,8
    */
   .set j, 0
   .rept 5
       RR    j
       .set j, j+2
   .endr
 
   jmp _loop0
_loop0:
 
   /*
    * rounds:
    * 10,12,14,16,18
    * 20,22,24,26,28
    * 30,32,34,36,38
    * 40,42,44,46,48
    * 50,52,54,56,58
    */
   .rept 25
       RR    j
       .set j, j+2
   .endr
 
   /* Update Counter */
   sub $1, BLOCKS_CTR
   /* Move to the next block only if needed*/
   ADD_IF_GE BUFFER_PTR, BLOCKS_CTR, 4, 128
   /*
    * rounds
    * 60,62,64,66,68
    * 70,72,74,76,78
    */
   .rept 10
       RR    j
       .set j, j+2
   .endr
 
   UPDATE_HASH    (HASH_PTR), A
   UPDATE_HASH    4(HASH_PTR), TB
   UPDATE_HASH    8(HASH_PTR), C
   UPDATE_HASH    12(HASH_PTR), D
   UPDATE_HASH    16(HASH_PTR), E
 
   test    BLOCKS_CTR, BLOCKS_CTR
   jz    _loop
 
   mov    TB, B
 
   /* Process second block */
   /*
    * rounds
    *  0+80, 2+80, 4+80, 6+80, 8+80
    * 10+80,12+80,14+80,16+80,18+80
    */
 
   .set j, 0
   .rept 10
       RR    j+80
       .set j, j+2
   .endr
 
   jmp    _loop1
_loop1:
   /*
    * rounds
    * 20+80,22+80,24+80,26+80,28+80
    * 30+80,32+80,34+80,36+80,38+80
    */
   .rept 10
       RR    j+80
       .set j, j+2
   .endr
 
   jmp    _loop2
_loop2:
 
   /*
    * rounds
    * 40+80,42+80,44+80,46+80,48+80
    * 50+80,52+80,54+80,56+80,58+80
    */
   .rept 10
       RR    j+80
       .set j, j+2
   .endr
 
   /* update counter */
   sub     $1, BLOCKS_CTR
   /* Move to the next block only if needed*/
   ADD_IF_GE BUFFER_PTR2, BLOCKS_CTR, 4, 128
 
   jmp    _loop3
_loop3:
 
   /*
    * rounds
    * 60+80,62+80,64+80,66+80,68+80
    * 70+80,72+80,74+80,76+80,78+80
    */
   .rept 10
       RR    j+80
       .set j, j+2
   .endr
 
   UPDATE_HASH    (HASH_PTR), A
   UPDATE_HASH    4(HASH_PTR), TB
   UPDATE_HASH    8(HASH_PTR), C
   UPDATE_HASH    12(HASH_PTR), D
   UPDATE_HASH    16(HASH_PTR), E
 
   /* Reset state for AVX2 reg permutation */
   mov    A, TA
   mov    TB, A
   mov    C, TB
   mov    E, C
   mov    D, B
   mov    TA, D
 
   REGALLOC
 
   xchg    WK_BUF, PRECALC_BUF
 
   jmp    _loop
 
   .align 32
   _end:
 
.endm
/*
 * macro implements SHA-1 function's body for several 64-byte blocks
 * param: function's name
 */
.macro SHA1_VECTOR_ASM  name
   SYM_FUNC_START(\name)
 
   push    %rbx
   push    %r12
   push    %r13
   push    %r14
   push    %r15
 
   RESERVE_STACK  = (W_SIZE*4 + 8+24)
 
   /* Align stack */
   mov    %rsp, %rbx
   and    $~(0x20-1), %rsp
   push    %rbx
   sub    $RESERVE_STACK, %rsp
 
   avx2_zeroupper
 
   /* Setup initial values */
   mov    CTX, HASH_PTR
   mov    BUF, BUFFER_PTR
 
   mov    BUF, BUFFER_PTR2
   mov    CNT, BLOCKS_CTR
 
   xmm_mov    BSWAP_SHUFB_CTL(%rip), YMM_SHUFB_BSWAP
 
   SHA1_PIPELINED_MAIN_BODY
 
   avx2_zeroupper
 
   add    $RESERVE_STACK, %rsp
   pop    %rsp
 
   pop    %r15
   pop    %r14
   pop    %r13
   pop    %r12
   pop    %rbx
 
   RET
 
   SYM_FUNC_END(\name)
.endm
 
.section .rodata
 
#define K1 0x5a827999
#define K2 0x6ed9eba1
#define K3 0x8f1bbcdc
#define K4 0xca62c1d6
 
.align 128
K_XMM_AR:
   .long K1, K1, K1, K1
   .long K1, K1, K1, K1
   .long K2, K2, K2, K2
   .long K2, K2, K2, K2
   .long K3, K3, K3, K3
   .long K3, K3, K3, K3
   .long K4, K4, K4, K4
   .long K4, K4, K4, K4
 
BSWAP_SHUFB_CTL:
   .long 0x00010203
   .long 0x04050607
   .long 0x08090a0b
   .long 0x0c0d0e0f
   .long 0x00010203
   .long 0x04050607
   .long 0x08090a0b
   .long 0x0c0d0e0f
.text
 
SHA1_VECTOR_ASM     sha1_transform_avx2