src/plugins/crypto_ia32/aes_cbc.c

   1 /*
   2  *------------------------------------------------------------------
   3  * Copyright (c) 2019 Cisco and/or its affiliates.
   4  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
   5  * you may not use this file except in compliance with the License.
   6  * You may obtain a copy of the License at:
   7  *
   8  *     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
   9  *
  10  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
  11  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
  12  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
  13  * See the License for the specific language governing permissions and
  14  * limitations under the License.
  15  *------------------------------------------------------------------
  16  */
  17
  18 #include <vlib/vlib.h>
  19 #include <vnet/plugin/plugin.h>
  20 #include <vnet/crypto/crypto.h>
  21 #include <x86intrin.h>
  22 #include <crypto_ia32/crypto_ia32.h>
  23 #include <crypto_ia32/aesni.h>
  24
  25 typedef struct
  26 {
  27   __m128i encrypt_key[15];
  28   __m128i decrypt_key[15];
  29 } aes_cbc_key_data_t;
  30
  31 static_always_inline void
  32 aes_cbc_dec (__m128i * k, u8 * src, u8 * dst, u8 * iv, int count,
  33              aesni_key_size_t rounds)
  34 {
  35   __m128i r0, r1, r2, r3, c0, c1, c2, c3, f;
  36   int i;
  37
  38   f = _mm_loadu_si128 ((__m128i *) iv);
  39
  40   while (count >= 64)
  41     {
  42       _mm_prefetch (src + 128, _MM_HINT_T0);
  43       _mm_prefetch (dst + 128, _MM_HINT_T0);
  44
  45       c0 = _mm_loadu_si128 (((__m128i *) src + 0));
  46       c1 = _mm_loadu_si128 (((__m128i *) src + 1));
  47       c2 = _mm_loadu_si128 (((__m128i *) src + 2));
  48       c3 = _mm_loadu_si128 (((__m128i *) src + 3));
  49
  50       r0 = c0 ^ k[0];
  51       r1 = c1 ^ k[0];
  52       r2 = c2 ^ k[0];
  53       r3 = c3 ^ k[0];
  54
  55       for (i = 1; i < rounds; i++)
  56         {
  57           r0 = _mm_aesdec_si128 (r0, k[i]);
  58           r1 = _mm_aesdec_si128 (r1, k[i]);
  59           r2 = _mm_aesdec_si128 (r2, k[i]);
  60           r3 = _mm_aesdec_si128 (r3, k[i]);
  61         }
  62
  63       r0 = _mm_aesdeclast_si128 (r0, k[i]);
  64       r1 = _mm_aesdeclast_si128 (r1, k[i]);
  65       r2 = _mm_aesdeclast_si128 (r2, k[i]);
  66       r3 = _mm_aesdeclast_si128 (r3, k[i]);
  67
  68       _mm_storeu_si128 ((__m128i *) dst + 0, r0 ^ f);
  69       _mm_storeu_si128 ((__m128i *) dst + 1, r1 ^ c0);
  70       _mm_storeu_si128 ((__m128i *) dst + 2, r2 ^ c1);
  71       _mm_storeu_si128 ((__m128i *) dst + 3, r3 ^ c2);
  72
  73       f = c3;
  74
  75       count -= 64;
  76       src += 64;
  77       dst += 64;
  78     }
  79
  80   while (count > 0)
  81     {
  82       c0 = _mm_loadu_si128 (((__m128i *) src));
  83       r0 = c0 ^ k[0];
  84       for (i = 1; i < rounds; i++)
  85         r0 = _mm_aesdec_si128 (r0, k[i]);
  86       r0 = _mm_aesdeclast_si128 (r0, k[i]);
  87       _mm_storeu_si128 ((__m128i *) dst, r0 ^ f);
  88       f = c0;
  89       count -= 16;
  90       src += 16;
  91       dst += 16;
  92     }
  93 }
  94
  95 static_always_inline u32
  96 aesni_ops_enc_aes_cbc (vlib_main_t * vm, vnet_crypto_op_t * ops[],
  97                        u32 n_ops, aesni_key_size_t ks)
  98 {
  99   crypto_ia32_main_t *cm = &crypto_ia32_main;
 100   crypto_ia32_per_thread_data_t *ptd = vec_elt_at_index (cm->per_thread_data,
 101                                                          vm->thread_index);
 102   int rounds = AESNI_KEY_ROUNDS (ks);
 103   u8 dummy[8192];
 104   u8 *src[4] = { };
 105   u8 *dst[4] = { };
 106   vnet_crypto_key_index_t key_index[4] = { ~0, ~0, ~0, ~0 };
 107   u32x4 dummy_mask = { };
 108   u32x4 len = { };
 109   u32 i, j, count, n_left = n_ops;
 110   __m128i r[4] = { }, k[4][rounds + 1];
 111
 112 more:
 113   for (i = 0; i < 4; i++)
 114     if (len[i] == 0)
 115       {
 116         if (n_left == 0)
 117           {
 118             /* no more work to enqueue, so we are enqueueing dummy buffer */
 119             src[i] = dst[i] = dummy;
 120             len[i] = sizeof (dummy);
 121             dummy_mask[i] = 0;
 122           }
 123         else
 124           {
 125             if (ops[0]->flags & VNET_CRYPTO_OP_FLAG_INIT_IV)
 126               {
 127                 r[i] = ptd->cbc_iv[i];
 128                 _mm_storeu_si128 ((__m128i *) ops[0]->iv, r[i]);
 129                 ptd->cbc_iv[i] = _mm_aesenc_si128 (r[i], r[i]);
 130               }
 131             else
 132               r[i] = _mm_loadu_si128 ((__m128i *) ops[0]->iv);
 133             src[i] = ops[0]->src;
 134             dst[i] = ops[0]->dst;
 135             len[i] = ops[0]->len;
 136             dummy_mask[i] = ~0;
 137             if (key_index[i] != ops[0]->key_index)
 138               {
 139                 aes_cbc_key_data_t *kd;
 140                 key_index[i] = ops[0]->key_index;
 141                 kd = (aes_cbc_key_data_t *) cm->key_data[key_index[i]];
 142                 clib_memcpy_fast (k[i], kd->encrypt_key,
 143                                   (rounds + 1) * sizeof (__m128i));
 144               }
 145             ops[0]->status = VNET_CRYPTO_OP_STATUS_COMPLETED;
 146             n_left--;
 147             ops++;
 148           }
 149       }
 150
 151   count = u32x4_min_scalar (len);
 152
 153   ASSERT (count % 16 == 0);
 154
 155   for (i = 0; i < count; i += 16)
 156     {
 157       r[0] ^= _mm_loadu_si128 ((__m128i *) (src[0] + i)) ^ k[0][0];
 158       r[1] ^= _mm_loadu_si128 ((__m128i *) (src[1] + i)) ^ k[1][0];
 159       r[2] ^= _mm_loadu_si128 ((__m128i *) (src[2] + i)) ^ k[2][0];
 160       r[3] ^= _mm_loadu_si128 ((__m128i *) (src[3] + i)) ^ k[3][0];
 161
 162       for (j = 1; j < rounds; j++)
 163         {
 164           r[0] = _mm_aesenc_si128 (r[0], k[0][j]);
 165           r[1] = _mm_aesenc_si128 (r[1], k[1][j]);
 166           r[2] = _mm_aesenc_si128 (r[2], k[2][j]);
 167           r[3] = _mm_aesenc_si128 (r[3], k[3][j]);
 168         }
 169
 170       r[0] = _mm_aesenclast_si128 (r[0], k[0][j]);
 171       r[1] = _mm_aesenclast_si128 (r[1], k[1][j]);
 172       r[2] = _mm_aesenclast_si128 (r[2], k[2][j]);
 173       r[3] = _mm_aesenclast_si128 (r[3], k[3][j]);
 174
 175       _mm_storeu_si128 ((__m128i *) (dst[0] + i), r[0]);
 176       _mm_storeu_si128 ((__m128i *) (dst[1] + i), r[1]);
 177       _mm_storeu_si128 ((__m128i *) (dst[2] + i), r[2]);
 178       _mm_storeu_si128 ((__m128i *) (dst[3] + i), r[3]);
 179     }
 180
 181   for (i = 0; i < 4; i++)
 182     {
 183       src[i] += count;
 184       dst[i] += count;
 185       len[i] -= count;
 186     }
 187
 188   if (n_left > 0)
 189     goto more;
 190
 191   if (!u32x4_is_all_zero (len & dummy_mask))
 192     goto more;
 193
 194   return n_ops;
 195 }
 196
 197 static_always_inline u32
 198 aesni_ops_dec_aes_cbc (vlib_main_t * vm, vnet_crypto_op_t * ops[],
 199                        u32 n_ops, aesni_key_size_t ks)
 200 {
 201   crypto_ia32_main_t *cm = &crypto_ia32_main;
 202   int rounds = AESNI_KEY_ROUNDS (ks);
 203   vnet_crypto_op_t *op = ops[0];
 204   aes_cbc_key_data_t *kd = (aes_cbc_key_data_t *) cm->key_data[op->key_index];
 205   u32 n_left = n_ops;
 206
 207   ASSERT (n_ops >= 1);
 208
 209 decrypt:
 210   aes_cbc_dec (kd->decrypt_key, op->src, op->dst, op->iv, op->len, rounds);
 211   op->status = VNET_CRYPTO_OP_STATUS_COMPLETED;
 212
 213   if (--n_left)
 214     {
 215       op += 1;
 216       kd = (aes_cbc_key_data_t *) cm->key_data[op->key_index];
 217       goto decrypt;
 218     }
 219
 220   return n_ops;
 221 }
 222
 223 static_always_inline void *
 224 aesni_cbc_key_exp (vnet_crypto_key_t * key, aesni_key_size_t ks)
 225 {
 226   aes_cbc_key_data_t *kd;
 227   kd = clib_mem_alloc_aligned (sizeof (*kd), CLIB_CACHE_LINE_BYTES);
 228   aes_key_expand (kd->encrypt_key, key->data, ks);
 229   aes_key_expand (kd->decrypt_key, key->data, ks);
 230   aes_key_enc_to_dec (kd->decrypt_key, ks);
 231   return kd;
 232 }
 233
 234 #define foreach_aesni_cbc_handler_type _(128) _(192) _(256)
 235
 236 #define _(x) \
 237 static u32 aesni_ops_dec_aes_cbc_##x \
 238 (vlib_main_t * vm, vnet_crypto_op_t * ops[], u32 n_ops) \
 239 { return aesni_ops_dec_aes_cbc (vm, ops, n_ops, AESNI_KEY_##x); } \
 240 static u32 aesni_ops_enc_aes_cbc_##x \
 241 (vlib_main_t * vm, vnet_crypto_op_t * ops[], u32 n_ops) \
 242 { return aesni_ops_enc_aes_cbc (vm, ops, n_ops, AESNI_KEY_##x); } \
 243 static void * aesni_cbc_key_exp_##x (vnet_crypto_key_t *key) \
 244 { return aesni_cbc_key_exp (key, AESNI_KEY_##x); }
 245
 246 foreach_aesni_cbc_handler_type;
 247 #undef _
 248
 249 #include <fcntl.h>
 250
 251 clib_error_t *
 252 #ifdef __AVX512F__
 253 crypto_ia32_aesni_cbc_init_avx512 (vlib_main_t * vm)
 254 #elif __AVX2__
 255 crypto_ia32_aesni_cbc_init_avx2 (vlib_main_t * vm)
 256 #else
 257 crypto_ia32_aesni_cbc_init_sse42 (vlib_main_t * vm)
 258 #endif
 259 {
 260   crypto_ia32_main_t *cm = &crypto_ia32_main;
 261   crypto_ia32_per_thread_data_t *ptd;
 262   clib_error_t *err = 0;
 263   int fd;
 264
 265   if ((fd = open ("/dev/urandom", O_RDONLY)) < 0)
 266     return clib_error_return_unix (0, "failed to open '/dev/urandom'");
 267
 268   /* *INDENT-OFF* */
 269   vec_foreach (ptd, cm->per_thread_data)
 270     {
 271       for (int i = 0; i < 4; i++)
 272         {
 273           if (read(fd, ptd->cbc_iv, sizeof (ptd->cbc_iv)) !=
 274               sizeof (ptd->cbc_iv))
 275             {
 276               err = clib_error_return_unix (0, "'/dev/urandom' read failure");
 277               goto error;
 278             }
 279         }
 280     }
 281   /* *INDENT-ON* */
 282
 283 #define _(x) \
 284   vnet_crypto_register_ops_handler (vm, cm->crypto_engine_index, \
 285                                     VNET_CRYPTO_OP_AES_##x##_CBC_ENC, \
 286                                     aesni_ops_enc_aes_cbc_##x); \
 287   vnet_crypto_register_ops_handler (vm, cm->crypto_engine_index, \
 288                                     VNET_CRYPTO_OP_AES_##x##_CBC_DEC, \
 289                                     aesni_ops_dec_aes_cbc_##x); \
 290   cm->key_fn[VNET_CRYPTO_ALG_AES_##x##_CBC] = aesni_cbc_key_exp_##x;
 291   foreach_aesni_cbc_handler_type;
 292 #undef _
 293
 294 error:
 295   close (fd);
 296   return err;
 297 }
 298
 299 /*
 300  * fd.io coding-style-patch-verification: ON
 301  *
 302  * Local Variables:
 303  * eval: (c-set-style "gnu")
 304  * End:
 305  */