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#! /usr/bin/env perl
# Copyright 2011-2020 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/.
# ====================================================================
#
# May 2011
#
# The module implements bn_GF2m_mul_2x2 polynomial multiplication used
# in bn_gf2m.c. It's kind of low-hanging mechanical port from C for
# the time being... gcc 4.3 appeared to generate poor code, therefore
# the effort. And indeed, the module delivers 55%-90%(*) improvement
# on heaviest ECDSA verify and ECDH benchmarks for 163- and 571-bit
# key lengths on z990, 30%-55%(*) - on z10, and 70%-110%(*) - on z196.
# This is for 64-bit build. In 32-bit "highgprs" case improvement is
# even higher, for example on z990 it was measured 80%-150%. ECDSA
# sign is modest 9%-12% faster. Keep in mind that these coefficients
# are not ones for bn_GF2m_mul_2x2 itself, as not all CPU time is
# burnt in it...
#
# (*)    gcc 4.1 was observed to deliver better results than gcc 4.3,
#    so that improvement coefficients can vary from one specific
#    setup to another.
 
$flavour = shift;
 
if ($flavour =~ /3[12]/) {
        $SIZE_T=4;
        $g="";
} else {
        $SIZE_T=8;
        $g="g";
}
 
while (($output=shift) && ($output!~/\w[\w\-]*\.\w+$/)) {}
open STDOUT,">$output";
 
$stdframe=16*$SIZE_T+4*8;
 
$rp="%r2";
$a1="%r3";
$a0="%r4";
$b1="%r5";
$b0="%r6";
 
$ra="%r14";
$sp="%r15";
 
@T=("%r0","%r1");
@i=("%r12","%r13");
 
($a1,$a2,$a4,$a8,$a12,$a48)=map("%r$_",(6..11));
($lo,$hi,$b)=map("%r$_",(3..5)); $a=$lo; $mask=$a8;
 
$code.=<<___;
.text
 
.type    _mul_1x1,\@function
.align    16
_mul_1x1:
   lgr    $a1,$a
   sllg    $a2,$a,1
   sllg    $a4,$a,2
   sllg    $a8,$a,3
 
   srag    $lo,$a1,63            # broadcast 63rd bit
   nihh    $a1,0x1fff
   srag    @i[0],$a2,63            # broadcast 62nd bit
   nihh    $a2,0x3fff
   srag    @i[1],$a4,63            # broadcast 61st bit
   nihh    $a4,0x7fff
   ngr    $lo,$b
   ngr    @i[0],$b
   ngr    @i[1],$b
 
   lghi    @T[0],0
   lgr    $a12,$a1
   stg    @T[0],`$stdframe+0*8`($sp)    # tab[0]=0
   xgr    $a12,$a2
   stg    $a1,`$stdframe+1*8`($sp)    # tab[1]=a1
    lgr    $a48,$a4
   stg    $a2,`$stdframe+2*8`($sp)    # tab[2]=a2
    xgr    $a48,$a8
   stg    $a12,`$stdframe+3*8`($sp)    # tab[3]=a1^a2
    xgr    $a1,$a4
 
   stg    $a4,`$stdframe+4*8`($sp)    # tab[4]=a4
   xgr    $a2,$a4
   stg    $a1,`$stdframe+5*8`($sp)    # tab[5]=a1^a4
   xgr    $a12,$a4
   stg    $a2,`$stdframe+6*8`($sp)    # tab[6]=a2^a4
    xgr    $a1,$a48
   stg    $a12,`$stdframe+7*8`($sp)    # tab[7]=a1^a2^a4
    xgr    $a2,$a48
 
   stg    $a8,`$stdframe+8*8`($sp)    # tab[8]=a8
   xgr    $a12,$a48
   stg    $a1,`$stdframe+9*8`($sp)    # tab[9]=a1^a8
    xgr    $a1,$a4
   stg    $a2,`$stdframe+10*8`($sp)    # tab[10]=a2^a8
    xgr    $a2,$a4
   stg    $a12,`$stdframe+11*8`($sp)    # tab[11]=a1^a2^a8
 
   xgr    $a12,$a4
   stg    $a48,`$stdframe+12*8`($sp)    # tab[12]=a4^a8
    srlg    $hi,$lo,1
   stg    $a1,`$stdframe+13*8`($sp)    # tab[13]=a1^a4^a8
    sllg    $lo,$lo,63
   stg    $a2,`$stdframe+14*8`($sp)    # tab[14]=a2^a4^a8
    srlg    @T[0],@i[0],2
   stg    $a12,`$stdframe+15*8`($sp)    # tab[15]=a1^a2^a4^a8
 
   lghi    $mask,`0xf<<3`
   sllg    $a1,@i[0],62
    sllg    @i[0],$b,3
   srlg    @T[1],@i[1],3
    ngr    @i[0],$mask
   sllg    $a2,@i[1],61
    srlg    @i[1],$b,4-3
   xgr    $hi,@T[0]
    ngr    @i[1],$mask
   xgr    $lo,$a1
   xgr    $hi,@T[1]
   xgr    $lo,$a2
 
   xg    $lo,$stdframe(@i[0],$sp)
   srlg    @i[0],$b,8-3
   ngr    @i[0],$mask
___
for($n=1;$n<14;$n++) {
$code.=<<___;
   lg    @T[1],$stdframe(@i[1],$sp)
   srlg    @i[1],$b,`($n+2)*4`-3
   sllg    @T[0],@T[1],`$n*4`
   ngr    @i[1],$mask
   srlg    @T[1],@T[1],`64-$n*4`
   xgr    $lo,@T[0]
   xgr    $hi,@T[1]
___
   push(@i,shift(@i)); push(@T,shift(@T));
}
$code.=<<___;
   lg    @T[1],$stdframe(@i[1],$sp)
   sllg    @T[0],@T[1],`$n*4`
   srlg    @T[1],@T[1],`64-$n*4`
   xgr    $lo,@T[0]
   xgr    $hi,@T[1]
 
   lg    @T[0],$stdframe(@i[0],$sp)
   sllg    @T[1],@T[0],`($n+1)*4`
   srlg    @T[0],@T[0],`64-($n+1)*4`
   xgr    $lo,@T[1]
   xgr    $hi,@T[0]
 
   br    $ra
.size    _mul_1x1,.-_mul_1x1
 
.globl    bn_GF2m_mul_2x2
.type    bn_GF2m_mul_2x2,\@function
.align    16
bn_GF2m_mul_2x2:
   stm${g}    %r3,%r15,3*$SIZE_T($sp)
 
   lghi    %r1,-$stdframe-128
   la    %r0,0($sp)
   la    $sp,0(%r1,$sp)            # alloca
   st${g}    %r0,0($sp)            # back chain
___
if ($SIZE_T==8) {
my @r=map("%r$_",(6..9));
$code.=<<___;
   bras    $ra,_mul_1x1            # a1·b1
   stmg    $lo,$hi,16($rp)
 
   lg    $a,`$stdframe+128+4*$SIZE_T`($sp)
   lg    $b,`$stdframe+128+6*$SIZE_T`($sp)
   bras    $ra,_mul_1x1            # a0·b0
   stmg    $lo,$hi,0($rp)
 
   lg    $a,`$stdframe+128+3*$SIZE_T`($sp)
   lg    $b,`$stdframe+128+5*$SIZE_T`($sp)
   xg    $a,`$stdframe+128+4*$SIZE_T`($sp)
   xg    $b,`$stdframe+128+6*$SIZE_T`($sp)
   bras    $ra,_mul_1x1            # (a0+a1)·(b0+b1)
   lmg    @r[0],@r[3],0($rp)
 
   xgr    $lo,$hi
   xgr    $hi,@r[1]
   xgr    $lo,@r[0]
   xgr    $hi,@r[2]
   xgr    $lo,@r[3]
   xgr    $hi,@r[3]
   xgr    $lo,$hi
   stg    $hi,16($rp)
   stg    $lo,8($rp)
___
} else {
$code.=<<___;
   sllg    %r3,%r3,32
   sllg    %r5,%r5,32
   or    %r3,%r4
   or    %r5,%r6
   bras    $ra,_mul_1x1
   rllg    $lo,$lo,32
   rllg    $hi,$hi,32
   stmg    $lo,$hi,0($rp)
___
}
$code.=<<___;
   lm${g}    %r6,%r15,`$stdframe+128+6*$SIZE_T`($sp)
   br    $ra
.size    bn_GF2m_mul_2x2,.-bn_GF2m_mul_2x2
.string    "GF(2^m) Multiplication for s390x, CRYPTOGAMS by <appro\@openssl.org>"
___
 
$code =~ s/\`([^\`]*)\`/eval($1)/gem;
print $code;
close STDOUT or die "error closing STDOUT: $!";