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#!/usr/bin/env perl
# Copyright 2017-2020 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
#
# Licensed under the OpenSSL license (the "License").  You may not use
# this file except in compliance with the License.  You can obtain a copy
# in the file LICENSE in the source distribution or at
# https://www.openssl.org/source/license.html
#
# ====================================================================
# Written by Andy Polyakov <appro@openssl.org> for the OpenSSL
# project. The module is, however, dual licensed under OpenSSL and
# CRYPTOGAMS licenses depending on where you obtain it. For further
# details see http://www.openssl.org/~appro/cryptogams/.
# ====================================================================
#
# Keccak-1600 for PowerISA 2.07.
#
# June 2017.
#
# This is straightforward KECCAK_1X_ALT SIMD implementation, but with
# disjoint Rho and Pi. The module is ABI-bitness- and endian-neutral.
# POWER8 processor spends 9.8 cycles to process byte out of large
# buffer for r=1088, which matches SHA3-256. This is 17% better than
# scalar PPC64 code. It probably should be noted that if POWER8's
# successor can achieve higher scalar instruction issue rate, then
# this module will loose... And it does on POWER9 with 12.0 vs. 9.4.
 
$flavour = shift;
 
if ($flavour =~ /64/) {
   $SIZE_T    =8;
   $LRSAVE    =2*$SIZE_T;
   $UCMP    ="cmpld";
   $STU    ="stdu";
   $POP    ="ld";
   $PUSH    ="std";
} elsif ($flavour =~ /32/) {
   $SIZE_T    =4;
   $LRSAVE    =$SIZE_T;
   $STU    ="stwu";
   $POP    ="lwz";
   $PUSH    ="stw";
   $UCMP    ="cmplw";
} else { die "nonsense $flavour"; }
 
$0 =~ m/(.*[\/\\])[^\/\\]+$/; $dir=$1;
( $xlate="${dir}ppc-xlate.pl" and -f $xlate ) or
( $xlate="${dir}../../perlasm/ppc-xlate.pl" and -f $xlate) or
die "can't locate ppc-xlate.pl";
 
open STDOUT,"| $^X $xlate $flavour ".shift || die "can't call $xlate: $!";
 
$FRAME=6*$SIZE_T+13*16;    # 13*16 is for v20-v31 offload
 
my $sp ="r1";
 
my $iotas = "r12";
 
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# Register layout:
#
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# v13..25    rhotates[][]
# v26..31    volatile
#
$code.=<<___;
.machine    "any"
.text
 
.type    KeccakF1600_int,\@function
.align    5
KeccakF1600_int:
   li    r0,24
   mtctr    r0
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   b    .Loop
 
.align    4
.Loop:
   ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; Theta
   vxor    v26,v0, v5        ; A[0..1][0]^A[2..3][0]
   vxor    v27,v1, v6        ; A[0..1][1]^A[2..3][1]
   vxor    v28,v2, v7        ; A[0..1][2]^A[2..3][2]
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   vspltisb v31,1
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   vxor    v28,v28,v12        ; C[4..4] ^= A[4][4..4], low!
 
   vrld    v29,v26,v31        ; ROL64(C[0..1],1)
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   vxor    v8, v8, v29        ; A[2..3][3] ^= C[2..2]
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   vxor    v7, v7, v30        ; A[2..3][2] ^= C[1..1]
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   vpermdi    v29,v27,v27,0b11    ; C[3..3]
   vxor    v4, v4, v29        ; A[0..1][4] ^= C[3..3]
   vxor    v9, v9, v29        ; A[2..3][4] ^= C[3..3]
   vxor    v12,v12,v29        ; A[4..4][4] ^= C[3..3]
 
   ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; Rho
   vrld    v26,v0, v13        ; v0
   vrld    v1, v1, v14
   vrld    v27,v2, v15        ; v2
   vrld    v28,v3, v16        ; v3
   vrld    v4, v4, v17
   vrld    v5, v5, v18
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   vrld    v29,v7, v20        ; v7
   vrld    v8, v8, v21
   vrld    v9, v9, v22
   vrld    v10,v10,v23
   vrld    v30,v11,v24        ; v11
   vrld    v12,v12,v25
 
   ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; Pi
   vpermdi    v0, v26,v28,0b00    ; [0][0] [1][0] < [0][0] [0][3]
   vpermdi    v2, v29,v5, 0b00    ; [0][2] [1][2] < [2][2] [2][0]
   vpermdi    v11,v9, v5, 0b01    ; [4][2] [4][3] < [2][4] [3][0]
   vpermdi    v5, v1, v4, 0b00    ; [2][0] [3][0] < [0][1] [0][4]
   vpermdi    v1, v1, v4, 0b11    ; [0][1] [1][1] < [1][1] [1][4]
   vpermdi    v3, v8, v6, 0b11    ; [0][3] [1][3] < [3][3] [3][1]
   vpermdi    v4, v12,v30,0b10    ; [0][4] [1][4] < [4][4] [4][2]
   vpermdi    v7, v8, v6, 0b00    ; [2][2] [3][2] < [2][3] [2][1]
   vpermdi    v6, v27,v26,0b11    ; [2][1] [3][1] < [1][2] [1][0]
   vpermdi    v8, v9, v29,0b11    ; [2][3] [3][3] < [3][4] [3][2]
   vpermdi    v12,v10,v10,0b11    ; [4][4] [4][4] < [4][1] [4][1]
   vpermdi    v9, v10,v30,0b01    ; [2][4] [3][4] < [4][0] [4][3]
   vpermdi    v10,v27,v28,0b01    ; [4][0] [4][1] < [0][2] [1][3]
 
   ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; Chi + Iota
   lvx_u    v31,$iotas,r0        ; iotas[index]
   addic    r0,r0,16        ; index++
 
   vandc    v26,v2, v1        ; (~A[0..1][1] & A[0..1][2])
   vandc    v27,v3, v2        ; (~A[0..1][2] & A[0..1][3])
   vandc    v28,v4, v3        ; (~A[0..1][3] & A[0..1][4])
   vandc    v29,v0, v4        ; (~A[0..1][4] & A[0..1][0])
   vandc    v30,v1, v0        ; (~A[0..1][0] & A[0..1][1])
   vxor    v0, v0, v26        ; A[0..1][0] ^= (~A[0..1][1] & A[0..1][2])
   vxor    v1, v1, v27        ; A[0..1][1] ^= (~A[0..1][2] & A[0..1][3])
   vxor    v2, v2, v28        ; A[0..1][2] ^= (~A[0..1][3] & A[0..1][4])
   vxor    v3, v3, v29        ; A[0..1][3] ^= (~A[0..1][4] & A[0..1][0])
   vxor    v4, v4, v30        ; A[0..1][4] ^= (~A[0..1][0] & A[0..1][1])
 
   vandc    v26,v7, v6        ; (~A[2..3][1] & A[2..3][2])
   vandc    v27,v8, v7        ; (~A[2..3][2] & A[2..3][3])
   vandc    v28,v9, v8        ; (~A[2..3][3] & A[2..3][4])
   vandc    v29,v5, v9        ; (~A[2..3][4] & A[2..3][0])
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   vxor    v5, v5, v26        ; A[2..3][0] ^= (~A[2..3][1] & A[2..3][2])
   vxor    v6, v6, v27        ; A[2..3][1] ^= (~A[2..3][2] & A[2..3][3])
   vxor    v7, v7, v28        ; A[2..3][2] ^= (~A[2..3][3] & A[2..3][4])
   vxor    v8, v8, v29        ; A[2..3][3] ^= (~A[2..3][4] & A[2..3][0])
   vxor    v9, v9, v30        ; A[2..3][4] ^= (~A[2..3][0] & A[2..3][1])
 
   vxor    v0, v0, v31        ; A[0][0] ^= iotas[index++]
 
   vpermdi    v26,v10,v11,0b10    ; A[4][1..2]
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   vandc    v26,v11,v26        ; (~A[4][1..2] & A[4][2..3])
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   bdnz    .Loop
 
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   blr
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___
{
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$code.=<<___;
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   li    r10,-32
   li    r11,-16
   addi    r12,r12,`16*16`        ; points at iotas
   b    .Loop_absorb
 
.align    4
.Loop_absorb:
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   lvdx_u    v26,0,$inp
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   lvdx_u    v26,0,$inp
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   vxor    v2, v2, v26
   bdz    .Lprocess_block
   lvdx_u    v26,0,$inp
   addi    $inp,$inp,8
   vperm    v26,v26,v27,v31
   vxor    v3, v3, v26
   bdz    .Lprocess_block
   lvdx_u    v26,0,$inp
   addi    $inp,$inp,8
   vperm    v26,v26,v27,v31
   vxor    v4, v4, v26
   bdz    .Lprocess_block
   lvdx_u    v26,0,$inp
   addi    $inp,$inp,8
   vperm    v26,v26,v27,v30
   vxor    v5, v5, v26
   bdz    .Lprocess_block
   lvdx_u    v26,0,$inp
   addi    $inp,$inp,8
   vperm    v26,v26,v27,v30
   vxor    v6, v6, v26
   bdz    .Lprocess_block
   lvdx_u    v26,0,$inp
   addi    $inp,$inp,8
   vperm    v26,v26,v27,v30
   vxor    v7, v7, v26
   bdz    .Lprocess_block
   lvdx_u    v26,0,$inp
   addi    $inp,$inp,8
   vperm    v26,v26,v27,v30
   vxor    v8, v8, v26
   bdz    .Lprocess_block
   lvdx_u    v26,0,$inp
   addi    $inp,$inp,8
   vperm    v26,v26,v27,v30
   vxor    v9, v9, v26
   bdz    .Lprocess_block
   lvdx_u    v26,0,$inp
   addi    $inp,$inp,8
   vperm    v26,v26,v27,v31
   vxor    v5, v5, v26
   bdz    .Lprocess_block
   lvdx_u    v26,0,$inp
   addi    $inp,$inp,8
   vperm    v26,v26,v27,v31
   vxor    v6, v6, v26
   bdz    .Lprocess_block
   lvdx_u    v26,0,$inp
   addi    $inp,$inp,8
   vperm    v26,v26,v27,v31
   vxor    v7, v7, v26
   bdz    .Lprocess_block
   lvdx_u    v26,0,$inp
   addi    $inp,$inp,8
   vperm    v26,v26,v27,v31
   vxor    v8, v8, v26
   bdz    .Lprocess_block
   lvdx_u    v26,0,$inp
   addi    $inp,$inp,8
   vperm    v26,v26,v27,v31
   vxor    v9, v9, v26
   bdz    .Lprocess_block
   lvdx_u    v26,0,$inp
   addi    $inp,$inp,8
   vperm    v26,v26,v27,v30
   vxor    v10, v10, v26
   bdz    .Lprocess_block
   lvdx_u    v26,0,$inp
   addi    $inp,$inp,8
   vperm    v26,v26,v27,v31
   vxor    v10, v10, v26
   bdz    .Lprocess_block
   lvdx_u    v26,0,$inp
   addi    $inp,$inp,8
   vperm    v26,v26,v27,v30
   vxor    v11, v11, v26
   bdz    .Lprocess_block
   lvdx_u    v26,0,$inp
   addi    $inp,$inp,8
   vperm    v26,v26,v27,v31
   vxor    v11, v11, v26
   bdz    .Lprocess_block
   lvdx_u    v26,0,$inp
   addi    $inp,$inp,8
   vperm    v26,v26,v27,v31
   vxor    v12, v12, v26
 
.Lprocess_block:
   bl    KeccakF1600_int
 
   b    .Loop_absorb
 
.align    4
.Labsorbed:
   li    r11,16
   stvx_4w    v0,0,$A_jagged        ; return A[5][5]
   li    r10,32
   stvx_4w    v1,r11,$A_jagged
   addi    r11,r11,32
   stvx_4w    v2,r10,$A_jagged
   addi    r10,r10,32
   stvx_4w    v3,r11,$A_jagged
   addi    r11,r11,32
   stvx_4w    v4,r10,$A_jagged
   addi    r10,r10,32
   stvx_4w    v5,r11,$A_jagged
   addi    r11,r11,32
   stvx_4w    v6,r10,$A_jagged
   addi    r10,r10,32
   stvx_4w    v7,r11,$A_jagged
   addi    r11,r11,32
   stvx_4w    v8,r10,$A_jagged
   addi    r10,r10,32
   stvx_4w    v9,r11,$A_jagged
   addi    r11,r11,32
   stvx_4w    v10,r10,$A_jagged
   addi    r10,r10,32
   stvx_4w    v11,r11,$A_jagged
   stvdx_u v12,r10,$A_jagged
 
   mr    r3,$len            ; return value
   li    r10,`15+6*$SIZE_T`
   li    r11,`31+6*$SIZE_T`
   mtlr    r8
   mtspr    256, r7            ; restore vrsave
   lvx    v20,r10,$sp
   addi    r10,r10,32
   lvx    v21,r11,$sp
   addi    r11,r11,32
   lvx    v22,r10,$sp
   addi    r10,r10,32
   lvx    v23,r11,$sp
   addi    r11,r11,32
   lvx    v24,r10,$sp
   addi    r10,r10,32
   lvx    v25,r11,$sp
   addi    r11,r11,32
   lvx    v26,r10,$sp
   addi    r10,r10,32
   lvx    v27,r11,$sp
   addi    r11,r11,32
   lvx    v28,r10,$sp
   addi    r10,r10,32
   lvx    v29,r11,$sp
   addi    r11,r11,32
   lvx    v30,r10,$sp
   lvx    v31,r11,$sp
   addi    $sp,$sp,$FRAME
   blr
   .long    0
   .byte    0,12,0x04,1,0x80,0,4,0
   .long    0
.size    SHA3_absorb,.-SHA3_absorb
___
}
{
my ($A_jagged,$out,$len,$bsz) = map("r$_",(3..6));
 
$code.=<<___;
.globl    SHA3_squeeze
.type    SHA3_squeeze,\@function
.align    5
SHA3_squeeze:
   mflr    r9            ; r9 is not touched by KeccakF1600
   subi    $out,$out,1        ; prepare for stbu
   addi    r8,$A_jagged,4        ; prepare volatiles
   mr    r10,$bsz
   li    r11,0
   b    .Loop_squeeze
.align    4
.Loop_squeeze:
   lwzx    r7,r11,r8        ; lo
   lwzx    r0,r11,$A_jagged    ; hi
   ${UCMP}i $len,8
   blt    .Lsqueeze_tail
 
   stbu    r7,1($out)        ; write lo
   srwi    r7,r7,8
   stbu    r7,1($out)
   srwi    r7,r7,8
   stbu    r7,1($out)
   srwi    r7,r7,8
   stbu    r7,1($out)
   stbu    r0,1($out)        ; write hi
   srwi    r0,r0,8
   stbu    r0,1($out)
   srwi    r0,r0,8
   stbu    r0,1($out)
   srwi    r0,r0,8
   stbu    r0,1($out)
 
   subic.    $len,$len,8
   beqlr                ; return if done
 
   subic.    r10,r10,8
   ble    .Loutput_expand
 
   addi    r11,r11,16        ; calculate jagged index
   cmplwi    r11,`16*5`
   blt    .Loop_squeeze
   subi    r11,r11,72
   beq    .Loop_squeeze
   addi    r11,r11,72
   cmplwi    r11,`16*5+8`
   subi    r11,r11,8
   beq    .Loop_squeeze
   addi    r11,r11,8
   cmplwi    r11,`16*10`
   subi    r11,r11,72
   beq    .Loop_squeeze
   addi    r11,r11,72
   blt    .Loop_squeeze
   subi    r11,r11,8
   b    .Loop_squeeze
 
.align    4
.Loutput_expand:
   bl    KeccakF1600
   mtlr    r9
 
   addi    r8,$A_jagged,4        ; restore volatiles
   mr    r10,$bsz
   li    r11,0
   b    .Loop_squeeze
 
.align    4
.Lsqueeze_tail:
   mtctr    $len
   subic.    $len,$len,4
   ble    .Loop_tail_lo
   li    r8,4
   mtctr    r8
.Loop_tail_lo:
   stbu    r7,1($out)
   srdi    r7,r7,8
   bdnz    .Loop_tail_lo
   ble    .Lsqueeze_done
   mtctr    $len
.Loop_tail_hi:
   stbu    r0,1($out)
   srdi    r0,r0,8
   bdnz    .Loop_tail_hi
 
.Lsqueeze_done:
   blr
   .long    0
   .byte    0,12,0x14,0,0,0,4,0
   .long    0
.size    SHA3_squeeze,.-SHA3_squeeze
___
}
$code.=<<___;
.align    6
PICmeup:
   mflr    r0
   bcl    20,31,\$+4
   mflr    r12   ; vvvvvv "distance" between . and 1st data entry
   addi    r12,r12,`64-8`
   mtlr    r0
   blr
   .long    0
   .byte    0,12,0x14,0,0,0,0,0
   .space    `64-9*4`
.type    rhotates,\@object
.align    6
rhotates:
   .quad    0,  36
   .quad    1,  44
   .quad    62,  6
   .quad    28, 55
   .quad    27, 20
   .quad    3,  41
   .quad    10, 45
   .quad    43, 15
   .quad    25, 21
   .quad    39,  8
   .quad    18,  2
   .quad    61, 56
   .quad    14, 14
.size    rhotates,.-rhotates
   .quad    0,0
   .quad    0x0001020304050607,0x1011121314151617
   .quad    0x1011121314151617,0x0001020304050607
.type    iotas,\@object
iotas:
   .quad    0x0000000000000001,0
   .quad    0x0000000000008082,0
   .quad    0x800000000000808a,0
   .quad    0x8000000080008000,0
   .quad    0x000000000000808b,0
   .quad    0x0000000080000001,0
   .quad    0x8000000080008081,0
   .quad    0x8000000000008009,0
   .quad    0x000000000000008a,0
   .quad    0x0000000000000088,0
   .quad    0x0000000080008009,0
   .quad    0x000000008000000a,0
   .quad    0x000000008000808b,0
   .quad    0x800000000000008b,0
   .quad    0x8000000000008089,0
   .quad    0x8000000000008003,0
   .quad    0x8000000000008002,0
   .quad    0x8000000000000080,0
   .quad    0x000000000000800a,0
   .quad    0x800000008000000a,0
   .quad    0x8000000080008081,0
   .quad    0x8000000000008080,0
   .quad    0x0000000080000001,0
   .quad    0x8000000080008008,0
.size    iotas,.-iotas
.asciz    "Keccak-1600 absorb and squeeze for PowerISA 2.07, CRYPTOGAMS by <appro\@openssl.org>"
___
 
foreach  (split("\n",$code)) {
   s/\`([^\`]*)\`/eval $1/ge;
 
   if ($flavour =~ /le$/) {    # little-endian
       s/\?([a-z]+)/;$1/;
   } else {            # big-endian
       s/\?([a-z]+)/$1/;
   }
 
   print $_,"\n";
}
 
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