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 static_always_inline void
  26 aes_cbc_dec (__m128i * k, u8 * src, u8 * dst, u8 * iv, int count,
  27              aesni_key_size_t rounds)
  28 {
  29   __m128i r0, r1, r2, r3, c0, c1, c2, c3, f;
  30   int i;
  31
  32   f = _mm_loadu_si128 ((__m128i *) iv);
  33
  34   while (count >= 64)
  35     {
  36       _mm_prefetch (src + 128, _MM_HINT_T0);
  37       _mm_prefetch (dst + 128, _MM_HINT_T0);
  38
  39       c0 = _mm_loadu_si128 (((__m128i *) src + 0));
  40       c1 = _mm_loadu_si128 (((__m128i *) src + 1));
  41       c2 = _mm_loadu_si128 (((__m128i *) src + 2));
  42       c3 = _mm_loadu_si128 (((__m128i *) src + 3));
  43
  44       r0 = c0 ^ k[0];
  45       r1 = c1 ^ k[0];
  46       r2 = c2 ^ k[0];
  47       r3 = c3 ^ k[0];
  48
  49       for (i = 1; i < rounds; i++)
  50         {
  51           r0 = _mm_aesdec_si128 (r0, k[i]);
  52           r1 = _mm_aesdec_si128 (r1, k[i]);
  53           r2 = _mm_aesdec_si128 (r2, k[i]);
  54           r3 = _mm_aesdec_si128 (r3, k[i]);
  55         }
  56
  57       r0 = _mm_aesdeclast_si128 (r0, k[i]);
  58       r1 = _mm_aesdeclast_si128 (r1, k[i]);
  59       r2 = _mm_aesdeclast_si128 (r2, k[i]);
  60       r3 = _mm_aesdeclast_si128 (r3, k[i]);
  61
  62       _mm_storeu_si128 ((__m128i *) dst + 0, r0 ^ f);
  63       _mm_storeu_si128 ((__m128i *) dst + 1, r1 ^ c0);
  64       _mm_storeu_si128 ((__m128i *) dst + 2, r2 ^ c1);
  65       _mm_storeu_si128 ((__m128i *) dst + 3, r3 ^ c2);
  66
  67       f = c3;
  68
  69       count -= 64;
  70       src += 64;
  71       dst += 64;
  72     }
  73
  74   while (count > 0)
  75     {
  76       c0 = _mm_loadu_si128 (((__m128i *) src));
  77       r0 = c0 ^ k[0];
  78       for (i = 1; i < rounds; i++)
  79         r0 = _mm_aesdec_si128 (r0, k[i]);
  80       r0 = _mm_aesdeclast_si128 (r0, k[i]);
  81       _mm_storeu_si128 ((__m128i *) dst, r0 ^ f);
  82       f = c0;
  83       count -= 16;
  84       src += 16;
  85       dst += 16;
  86     }
  87 }
  88
  89 static_always_inline u32
  90 aesni_ops_enc_aes_cbc (vlib_main_t * vm, vnet_crypto_op_t * ops[],
  91                        u32 n_ops, aesni_key_size_t ks)
  92 {
  93   crypto_ia32_main_t *cm = &crypto_ia32_main;
  94   crypto_ia32_per_thread_data_t *ptd = vec_elt_at_index (cm->per_thread_data,
  95                                                          vm->thread_index);
  96   int rounds = AESNI_KEY_ROUNDS (ks);
  97   u8 dummy[8192];
  98   u8 *src[4] = { };
  99   u8 *dst[4] = { };
 100   u8 *key[4] = { };
 101   u32x4 dummy_mask, len = { };
 102   u32 i, j, count, n_left = n_ops;
 103   __m128i r[4] = { }, k[4][rounds + 1];
 104
 105 more:
 106   for (i = 0; i < 4; i++)
 107     if (len[i] == 0)
 108       {
 109         if (n_left == 0)
 110           {
 111             /* no more work to enqueue, so we are enqueueing dummy buffer */
 112             src[i] = dst[i] = dummy;
 113             len[i] = sizeof (dummy);
 114             dummy_mask[i] = 0;
 115           }
 116         else
 117           {
 118             if (ops[0]->flags & VNET_CRYPTO_OP_FLAG_INIT_IV)
 119               {
 120                 r[i] = ptd->cbc_iv[i];
 121                 _mm_storeu_si128 ((__m128i *) ops[0]->iv, r[i]);
 122                 ptd->cbc_iv[i] = _mm_aesenc_si128 (r[i], r[i]);
 123               }
 124             else
 125               r[i] = _mm_loadu_si128 ((__m128i *) ops[0]->iv);
 126             src[i] = ops[0]->src;
 127             dst[i] = ops[0]->dst;
 128             len[i] = ops[0]->len;
 129             dummy_mask[i] = ~0;
 130             if (key[i] != ops[0]->key)
 131               {
 132                 aes_key_expand (k[i], ops[0]->key, ks);
 133                 key[i] = ops[0]->key;
 134               }
 135             ops[0]->status = VNET_CRYPTO_OP_STATUS_COMPLETED;
 136             n_left--;
 137             ops++;
 138           }
 139       }
 140
 141   count = u32x4_min_scalar (len);
 142
 143   ASSERT (count % 16 == 0);
 144
 145   for (i = 0; i < count; i += 16)
 146     {
 147       r[0] ^= _mm_loadu_si128 ((__m128i *) (src[0] + i)) ^ k[0][0];
 148       r[1] ^= _mm_loadu_si128 ((__m128i *) (src[1] + i)) ^ k[1][0];
 149       r[2] ^= _mm_loadu_si128 ((__m128i *) (src[2] + i)) ^ k[2][0];
 150       r[3] ^= _mm_loadu_si128 ((__m128i *) (src[3] + i)) ^ k[3][0];
 151
 152       for (j = 1; j < rounds; j++)
 153         {
 154           r[0] = _mm_aesenc_si128 (r[0], k[0][j]);
 155           r[1] = _mm_aesenc_si128 (r[1], k[1][j]);
 156           r[2] = _mm_aesenc_si128 (r[2], k[2][j]);
 157           r[3] = _mm_aesenc_si128 (r[3], k[3][j]);
 158         }
 159
 160       r[0] = _mm_aesenclast_si128 (r[0], k[0][j]);
 161       r[1] = _mm_aesenclast_si128 (r[1], k[1][j]);
 162       r[2] = _mm_aesenclast_si128 (r[2], k[2][j]);
 163       r[3] = _mm_aesenclast_si128 (r[3], k[3][j]);
 164
 165       _mm_storeu_si128 ((__m128i *) (dst[0] + i), r[0]);
 166       _mm_storeu_si128 ((__m128i *) (dst[1] + i), r[1]);
 167       _mm_storeu_si128 ((__m128i *) (dst[2] + i), r[2]);
 168       _mm_storeu_si128 ((__m128i *) (dst[3] + i), r[3]);
 169     }
 170
 171   for (i = 0; i < 4; i++)
 172     {
 173       src[i] += count;
 174       dst[i] += count;
 175       len[i] -= count;
 176     }
 177
 178   if (n_left > 0)
 179     goto more;
 180
 181   if (!u32x4_is_all_zero (len & dummy_mask))
 182     goto more;
 183
 184   return n_ops;
 185 }
 186
 187 static_always_inline u32
 188 aesni_ops_dec_aes_cbc (vlib_main_t * vm, vnet_crypto_op_t * ops[],
 189                        u32 n_ops, aesni_key_size_t ks)
 190 {
 191   int rounds = AESNI_KEY_ROUNDS (ks);
 192   vnet_crypto_op_t *op = ops[0];
 193   u32 n_left = n_ops;
 194   u8 *last_key;
 195   __m128i k[rounds + 1];
 196
 197   ASSERT (n_ops >= 1);
 198
 199 key_expand:
 200   last_key = op->key;
 201   aes_key_expand (k, op->key, ks);
 202   aes_key_enc_to_dec (k, ks);
 203
 204 decrypt:
 205   aes_cbc_dec (k, op->src, op->dst, op->iv, op->len, rounds);
 206   op->status = VNET_CRYPTO_OP_STATUS_COMPLETED;
 207
 208   if (--n_left)
 209     {
 210       op += 1;
 211       if (last_key != op->key)
 212         goto key_expand;
 213       goto decrypt;
 214     }
 215
 216   return n_ops;
 217 }
 218
 219 #define foreach_aesni_cbc_handler_type _(128) _(192) _(256)
 220
 221 #define _(x) \
 222 static u32 aesni_ops_dec_aes_cbc_##x \
 223 (vlib_main_t * vm, vnet_crypto_op_t * ops[], u32 n_ops) \
 224 { return aesni_ops_dec_aes_cbc (vm, ops, n_ops, AESNI_KEY_##x); } \
 225 static u32 aesni_ops_enc_aes_cbc_##x \
 226 (vlib_main_t * vm, vnet_crypto_op_t * ops[], u32 n_ops) \
 227 { return aesni_ops_enc_aes_cbc (vm, ops, n_ops, AESNI_KEY_##x); } \
 228
 229 foreach_aesni_cbc_handler_type;
 230 #undef _
 231
 232 #include <fcntl.h>
 233
 234 clib_error_t *
 235 crypto_ia32_aesni_cbc_init (vlib_main_t * vm)
 236 {
 237   crypto_ia32_main_t *cm = &crypto_ia32_main;
 238   crypto_ia32_per_thread_data_t *ptd;
 239   clib_error_t *err = 0;
 240   int fd;
 241
 242   if ((fd = open ("/dev/urandom", O_RDONLY)) < 0)
 243     return clib_error_return_unix (0, "failed to open '/dev/urandom'");
 244
 245   /* *INDENT-OFF* */
 246   vec_foreach (ptd, cm->per_thread_data)
 247     {
 248       for (int i = 0; i < 4; i++)
 249         {
 250           if (read(fd, ptd->cbc_iv, sizeof (ptd->cbc_iv)) !=
 251               sizeof (ptd->cbc_iv))
 252             {
 253               err = clib_error_return_unix (0, "'/dev/urandom' read failure");
 254               goto error;
 255             }
 256         }
 257     }
 258   /* *INDENT-ON* */
 259
 260 #define _(x) \
 261   vnet_crypto_register_ops_handler (vm, cm->crypto_engine_index, \
 262                                     VNET_CRYPTO_OP_AES_##x##_CBC_ENC, \
 263                                     aesni_ops_enc_aes_cbc_##x); \
 264   vnet_crypto_register_ops_handler (vm, cm->crypto_engine_index, \
 265                                     VNET_CRYPTO_OP_AES_##x##_CBC_DEC, \
 266                                     aesni_ops_dec_aes_cbc_##x);
 267   foreach_aesni_cbc_handler_type;
 268 #undef _
 269
 270 error:
 271   close (fd);
 272   return err;
 273 }
 274
 275 /*
 276  * fd.io coding-style-patch-verification: ON
 277  *
 278  * Local Variables:
 279  * eval: (c-set-style "gnu")
 280  * End:
 281  */