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 #if __GNUC__ > 4  && !__clang__ && CLIB_DEBUG == 0
  26 #pragma GCC optimize ("O3")
  27 #endif
  28
  29 typedef struct
  30 {
  31   __m128i encrypt_key[15];
  32   __m128i decrypt_key[15];
  33 } aes_cbc_key_data_t;
  34
  35 static_always_inline void
  36 aes_cbc_dec (__m128i * k, u8 * src, u8 * dst, u8 * iv, int count,
  37              aesni_key_size_t rounds)
  38 {
  39   __m128i r0, r1, r2, r3, c0, c1, c2, c3, f;
  40   int i;
  41
  42   f = _mm_loadu_si128 ((__m128i *) iv);
  43
  44   while (count >= 64)
  45     {
  46       _mm_prefetch (src + 128, _MM_HINT_T0);
  47       _mm_prefetch (dst + 128, _MM_HINT_T0);
  48
  49       c0 = _mm_loadu_si128 (((__m128i *) src + 0));
  50       c1 = _mm_loadu_si128 (((__m128i *) src + 1));
  51       c2 = _mm_loadu_si128 (((__m128i *) src + 2));
  52       c3 = _mm_loadu_si128 (((__m128i *) src + 3));
  53
  54       r0 = c0 ^ k[0];
  55       r1 = c1 ^ k[0];
  56       r2 = c2 ^ k[0];
  57       r3 = c3 ^ k[0];
  58
  59       for (i = 1; i < rounds; i++)
  60         {
  61           r0 = _mm_aesdec_si128 (r0, k[i]);
  62           r1 = _mm_aesdec_si128 (r1, k[i]);
  63           r2 = _mm_aesdec_si128 (r2, k[i]);
  64           r3 = _mm_aesdec_si128 (r3, k[i]);
  65         }
  66
  67       r0 = _mm_aesdeclast_si128 (r0, k[i]);
  68       r1 = _mm_aesdeclast_si128 (r1, k[i]);
  69       r2 = _mm_aesdeclast_si128 (r2, k[i]);
  70       r3 = _mm_aesdeclast_si128 (r3, k[i]);
  71
  72       _mm_storeu_si128 ((__m128i *) dst + 0, r0 ^ f);
  73       _mm_storeu_si128 ((__m128i *) dst + 1, r1 ^ c0);
  74       _mm_storeu_si128 ((__m128i *) dst + 2, r2 ^ c1);
  75       _mm_storeu_si128 ((__m128i *) dst + 3, r3 ^ c2);
  76
  77       f = c3;
  78
  79       count -= 64;
  80       src += 64;
  81       dst += 64;
  82     }
  83
  84   while (count > 0)
  85     {
  86       c0 = _mm_loadu_si128 (((__m128i *) src));
  87       r0 = c0 ^ k[0];
  88       for (i = 1; i < rounds; i++)
  89         r0 = _mm_aesdec_si128 (r0, k[i]);
  90       r0 = _mm_aesdeclast_si128 (r0, k[i]);
  91       _mm_storeu_si128 ((__m128i *) dst, r0 ^ f);
  92       f = c0;
  93       count -= 16;
  94       src += 16;
  95       dst += 16;
  96     }
  97 }
  98
  99 static_always_inline u32
 100 aesni_ops_enc_aes_cbc (vlib_main_t * vm, vnet_crypto_op_t * ops[],
 101                        u32 n_ops, aesni_key_size_t ks)
 102 {
 103   crypto_ia32_main_t *cm = &crypto_ia32_main;
 104   crypto_ia32_per_thread_data_t *ptd = vec_elt_at_index (cm->per_thread_data,
 105                                                          vm->thread_index);
 106   int rounds = AESNI_KEY_ROUNDS (ks);
 107   u8 dummy[8192];
 108   u8 *src[4] = { };
 109   u8 *dst[4] = { };
 110   vnet_crypto_key_index_t key_index[4] = { ~0, ~0, ~0, ~0 };
 111   u32x4 dummy_mask = { };
 112   u32x4 len = { };
 113   u32 i, j, count, n_left = n_ops;
 114   __m128i r[4] = { }, k[4][rounds + 1];
 115
 116 more:
 117   for (i = 0; i < 4; i++)
 118     if (len[i] == 0)
 119       {
 120         if (n_left == 0)
 121           {
 122             /* no more work to enqueue, so we are enqueueing dummy buffer */
 123             src[i] = dst[i] = dummy;
 124             len[i] = sizeof (dummy);
 125             dummy_mask[i] = 0;
 126           }
 127         else
 128           {
 129             if (ops[0]->flags & VNET_CRYPTO_OP_FLAG_INIT_IV)
 130               {
 131                 r[i] = ptd->cbc_iv[i];
 132                 _mm_storeu_si128 ((__m128i *) ops[0]->iv, r[i]);
 133                 ptd->cbc_iv[i] = _mm_aesenc_si128 (r[i], r[i]);
 134               }
 135             else
 136               r[i] = _mm_loadu_si128 ((__m128i *) ops[0]->iv);
 137             src[i] = ops[0]->src;
 138             dst[i] = ops[0]->dst;
 139             len[i] = ops[0]->len;
 140             dummy_mask[i] = ~0;
 141             if (key_index[i] != ops[0]->key_index)
 142               {
 143                 aes_cbc_key_data_t *kd;
 144                 key_index[i] = ops[0]->key_index;
 145                 kd = (aes_cbc_key_data_t *) cm->key_data[key_index[i]];
 146                 clib_memcpy_fast (k[i], kd->encrypt_key,
 147                                   (rounds + 1) * sizeof (__m128i));
 148               }
 149             ops[0]->status = VNET_CRYPTO_OP_STATUS_COMPLETED;
 150             n_left--;
 151             ops++;
 152           }
 153       }
 154
 155   count = u32x4_min_scalar (len);
 156
 157   ASSERT (count % 16 == 0);
 158
 159   for (i = 0; i < count; i += 16)
 160     {
 161       r[0] ^= _mm_loadu_si128 ((__m128i *) (src[0] + i)) ^ k[0][0];
 162       r[1] ^= _mm_loadu_si128 ((__m128i *) (src[1] + i)) ^ k[1][0];
 163       r[2] ^= _mm_loadu_si128 ((__m128i *) (src[2] + i)) ^ k[2][0];
 164       r[3] ^= _mm_loadu_si128 ((__m128i *) (src[3] + i)) ^ k[3][0];
 165
 166       for (j = 1; j < rounds; j++)
 167         {
 168           r[0] = _mm_aesenc_si128 (r[0], k[0][j]);
 169           r[1] = _mm_aesenc_si128 (r[1], k[1][j]);
 170           r[2] = _mm_aesenc_si128 (r[2], k[2][j]);
 171           r[3] = _mm_aesenc_si128 (r[3], k[3][j]);
 172         }
 173
 174       r[0] = _mm_aesenclast_si128 (r[0], k[0][j]);
 175       r[1] = _mm_aesenclast_si128 (r[1], k[1][j]);
 176       r[2] = _mm_aesenclast_si128 (r[2], k[2][j]);
 177       r[3] = _mm_aesenclast_si128 (r[3], k[3][j]);
 178
 179       _mm_storeu_si128 ((__m128i *) (dst[0] + i), r[0]);
 180       _mm_storeu_si128 ((__m128i *) (dst[1] + i), r[1]);
 181       _mm_storeu_si128 ((__m128i *) (dst[2] + i), r[2]);
 182       _mm_storeu_si128 ((__m128i *) (dst[3] + i), r[3]);
 183     }
 184
 185   for (i = 0; i < 4; i++)
 186     {
 187       src[i] += count;
 188       dst[i] += count;
 189       len[i] -= count;
 190     }
 191
 192   if (n_left > 0)
 193     goto more;
 194
 195   if (!u32x4_is_all_zero (len & dummy_mask))
 196     goto more;
 197
 198   return n_ops;
 199 }
 200
 201 static_always_inline u32
 202 aesni_ops_dec_aes_cbc (vlib_main_t * vm, vnet_crypto_op_t * ops[],
 203                        u32 n_ops, aesni_key_size_t ks)
 204 {
 205   crypto_ia32_main_t *cm = &crypto_ia32_main;
 206   int rounds = AESNI_KEY_ROUNDS (ks);
 207   vnet_crypto_op_t *op = ops[0];
 208   aes_cbc_key_data_t *kd = (aes_cbc_key_data_t *) cm->key_data[op->key_index];
 209   u32 n_left = n_ops;
 210
 211   ASSERT (n_ops >= 1);
 212
 213 decrypt:
 214   aes_cbc_dec (kd->decrypt_key, op->src, op->dst, op->iv, op->len, rounds);
 215   op->status = VNET_CRYPTO_OP_STATUS_COMPLETED;
 216
 217   if (--n_left)
 218     {
 219       op += 1;
 220       kd = (aes_cbc_key_data_t *) cm->key_data[op->key_index];
 221       goto decrypt;
 222     }
 223
 224   return n_ops;
 225 }
 226
 227 static_always_inline void *
 228 aesni_cbc_key_exp (vnet_crypto_key_t * key, aesni_key_size_t ks)
 229 {
 230   aes_cbc_key_data_t *kd;
 231   kd = clib_mem_alloc_aligned (sizeof (*kd), CLIB_CACHE_LINE_BYTES);
 232   aes_key_expand (kd->encrypt_key, key->data, ks);
 233   aes_key_expand (kd->decrypt_key, key->data, ks);
 234   aes_key_enc_to_dec (kd->decrypt_key, ks);
 235   return kd;
 236 }
 237
 238 #define foreach_aesni_cbc_handler_type _(128) _(192) _(256)
 239
 240 #define _(x) \
 241 static u32 aesni_ops_dec_aes_cbc_##x \
 242 (vlib_main_t * vm, vnet_crypto_op_t * ops[], u32 n_ops) \
 243 { return aesni_ops_dec_aes_cbc (vm, ops, n_ops, AESNI_KEY_##x); } \
 244 static u32 aesni_ops_enc_aes_cbc_##x \
 245 (vlib_main_t * vm, vnet_crypto_op_t * ops[], u32 n_ops) \
 246 { return aesni_ops_enc_aes_cbc (vm, ops, n_ops, AESNI_KEY_##x); } \
 247 static void * aesni_cbc_key_exp_##x (vnet_crypto_key_t *key) \
 248 { return aesni_cbc_key_exp (key, AESNI_KEY_##x); }
 249
 250 foreach_aesni_cbc_handler_type;
 251 #undef _
 252
 253 #include <fcntl.h>
 254
 255 clib_error_t *
 256 #ifdef __AVX512F__
 257 crypto_ia32_aesni_cbc_init_avx512 (vlib_main_t * vm)
 258 #elif __AVX2__
 259 crypto_ia32_aesni_cbc_init_avx2 (vlib_main_t * vm)
 260 #else
 261 crypto_ia32_aesni_cbc_init_sse42 (vlib_main_t * vm)
 262 #endif
 263 {
 264   crypto_ia32_main_t *cm = &crypto_ia32_main;
 265   crypto_ia32_per_thread_data_t *ptd;
 266   clib_error_t *err = 0;
 267   int fd;
 268
 269   if ((fd = open ("/dev/urandom", O_RDONLY)) < 0)
 270     return clib_error_return_unix (0, "failed to open '/dev/urandom'");
 271
 272   /* *INDENT-OFF* */
 273   vec_foreach (ptd, cm->per_thread_data)
 274     {
 275       for (int i = 0; i < 4; i++)
 276         {
 277           if (read(fd, ptd->cbc_iv, sizeof (ptd->cbc_iv)) !=
 278               sizeof (ptd->cbc_iv))
 279             {
 280               err = clib_error_return_unix (0, "'/dev/urandom' read failure");
 281               goto error;
 282             }
 283         }
 284     }
 285   /* *INDENT-ON* */
 286
 287 #define _(x) \
 288   vnet_crypto_register_ops_handler (vm, cm->crypto_engine_index, \
 289                                     VNET_CRYPTO_OP_AES_##x##_CBC_ENC, \
 290                                     aesni_ops_enc_aes_cbc_##x); \
 291   vnet_crypto_register_ops_handler (vm, cm->crypto_engine_index, \
 292                                     VNET_CRYPTO_OP_AES_##x##_CBC_DEC, \
 293                                     aesni_ops_dec_aes_cbc_##x); \
 294   cm->key_fn[VNET_CRYPTO_ALG_AES_##x##_CBC] = aesni_cbc_key_exp_##x;
 295   foreach_aesni_cbc_handler_type;
 296 #undef _
 297
 298 error:
 299   close (fd);
 300   return err;
 301 }
 302
 303 /*
 304  * fd.io coding-style-patch-verification: ON
 305  *
 306  * Local Variables:
 307  * eval: (c-set-style "gnu")
 308  * End:
 309  */