src/plugins/crypto_native/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 <crypto_native/crypto_native.h>
  22 #include <vppinfra/crypto/aes_cbc.h>
  23
  24 #if __GNUC__ > 4  && !__clang__ && CLIB_DEBUG == 0
  25 #pragma GCC optimize ("O3")
  26 #endif
  27
  28 #if defined(__VAES__) && defined(__AVX512F__)
  29 #define u8xN              u8x64
  30 #define u32xN             u32x16
  31 #define u32xN_min_scalar  u32x16_min_scalar
  32 #define u32xN_is_all_zero u32x16_is_all_zero
  33 #define u32xN_splat       u32x16_splat
  34 #elif defined(__VAES__)
  35 #define u8xN              u8x32
  36 #define u32xN             u32x8
  37 #define u32xN_min_scalar  u32x8_min_scalar
  38 #define u32xN_is_all_zero u32x8_is_all_zero
  39 #define u32xN_splat       u32x8_splat
  40 #else
  41 #define u8xN              u8x16
  42 #define u32xN             u32x4
  43 #define u32xN_min_scalar  u32x4_min_scalar
  44 #define u32xN_is_all_zero u32x4_is_all_zero
  45 #define u32xN_splat       u32x4_splat
  46 #endif
  47
  48 static_always_inline u32
  49 aes_ops_enc_aes_cbc (vlib_main_t * vm, vnet_crypto_op_t * ops[],
  50                      u32 n_ops, aes_key_size_t ks)
  51 {
  52   crypto_native_main_t *cm = &crypto_native_main;
  53   int rounds = AES_KEY_ROUNDS (ks);
  54   u8 placeholder[8192];
  55   u32 i, j, count, n_left = n_ops;
  56   u32xN placeholder_mask = { };
  57   u32xN len = { };
  58   vnet_crypto_key_index_t key_index[N_AES_BYTES];
  59   u8 *src[N_AES_BYTES] = {};
  60   u8 *dst[N_AES_BYTES] = {};
  61   u8xN r[4] = {};
  62   u8xN k[15][4] = {};
  63
  64   for (i = 0; i < N_AES_BYTES; i++)
  65     key_index[i] = ~0;
  66
  67 more:
  68   for (i = 0; i < N_AES_BYTES; i++)
  69     if (len[i] == 0)
  70       {
  71         if (n_left == 0)
  72           {
  73             /* no more work to enqueue, so we are enqueueing placeholder buffer */
  74             src[i] = dst[i] = placeholder;
  75             len[i] = sizeof (placeholder);
  76             placeholder_mask[i] = 0;
  77           }
  78         else
  79           {
  80             u8x16 t = aes_block_load (ops[0]->iv);
  81             ((u8x16 *) r)[i] = t;
  82
  83             src[i] = ops[0]->src;
  84             dst[i] = ops[0]->dst;
  85             len[i] = ops[0]->len;
  86             placeholder_mask[i] = ~0;
  87             if (key_index[i] != ops[0]->key_index)
  88               {
  89                 aes_cbc_key_data_t *kd;
  90                 key_index[i] = ops[0]->key_index;
  91                 kd = (aes_cbc_key_data_t *) cm->key_data[key_index[i]];
  92                 for (j = 0; j < rounds + 1; j++)
  93                   ((u8x16 *) k[j])[i] = kd->encrypt_key[j];
  94               }
  95             ops[0]->status = VNET_CRYPTO_OP_STATUS_COMPLETED;
  96             n_left--;
  97             ops++;
  98           }
  99       }
 100
 101   count = u32xN_min_scalar (len);
 102
 103   ASSERT (count % 16 == 0);
 104
 105   for (i = 0; i < count; i += 16)
 106     {
 107 #if defined(__VAES__) && defined(__AVX512F__)
 108       r[0] = u8x64_xor3 (r[0], aes_block_load_x4 (src, i), k[0][0]);
 109       r[1] = u8x64_xor3 (r[1], aes_block_load_x4 (src + 4, i), k[0][1]);
 110       r[2] = u8x64_xor3 (r[2], aes_block_load_x4 (src + 8, i), k[0][2]);
 111       r[3] = u8x64_xor3 (r[3], aes_block_load_x4 (src + 12, i), k[0][3]);
 112
 113       for (j = 1; j < rounds; j++)
 114         {
 115           r[0] = aes_enc_round_x4 (r[0], k[j][0]);
 116           r[1] = aes_enc_round_x4 (r[1], k[j][1]);
 117           r[2] = aes_enc_round_x4 (r[2], k[j][2]);
 118           r[3] = aes_enc_round_x4 (r[3], k[j][3]);
 119         }
 120       r[0] = aes_enc_last_round_x4 (r[0], k[j][0]);
 121       r[1] = aes_enc_last_round_x4 (r[1], k[j][1]);
 122       r[2] = aes_enc_last_round_x4 (r[2], k[j][2]);
 123       r[3] = aes_enc_last_round_x4 (r[3], k[j][3]);
 124
 125       aes_block_store_x4 (dst, i, r[0]);
 126       aes_block_store_x4 (dst + 4, i, r[1]);
 127       aes_block_store_x4 (dst + 8, i, r[2]);
 128       aes_block_store_x4 (dst + 12, i, r[3]);
 129 #elif defined(__VAES__)
 130       r[0] = u8x32_xor3 (r[0], aes_block_load_x2 (src, i), k[0][0]);
 131       r[1] = u8x32_xor3 (r[1], aes_block_load_x2 (src + 2, i), k[0][1]);
 132       r[2] = u8x32_xor3 (r[2], aes_block_load_x2 (src + 4, i), k[0][2]);
 133       r[3] = u8x32_xor3 (r[3], aes_block_load_x2 (src + 6, i), k[0][3]);
 134
 135       for (j = 1; j < rounds; j++)
 136         {
 137           r[0] = aes_enc_round_x2 (r[0], k[j][0]);
 138           r[1] = aes_enc_round_x2 (r[1], k[j][1]);
 139           r[2] = aes_enc_round_x2 (r[2], k[j][2]);
 140           r[3] = aes_enc_round_x2 (r[3], k[j][3]);
 141         }
 142       r[0] = aes_enc_last_round_x2 (r[0], k[j][0]);
 143       r[1] = aes_enc_last_round_x2 (r[1], k[j][1]);
 144       r[2] = aes_enc_last_round_x2 (r[2], k[j][2]);
 145       r[3] = aes_enc_last_round_x2 (r[3], k[j][3]);
 146
 147       aes_block_store_x2 (dst, i, r[0]);
 148       aes_block_store_x2 (dst + 2, i, r[1]);
 149       aes_block_store_x2 (dst + 4, i, r[2]);
 150       aes_block_store_x2 (dst + 6, i, r[3]);
 151 #else
 152 #if __x86_64__
 153       r[0] = u8x16_xor3 (r[0], aes_block_load (src[0] + i), k[0][0]);
 154       r[1] = u8x16_xor3 (r[1], aes_block_load (src[1] + i), k[0][1]);
 155       r[2] = u8x16_xor3 (r[2], aes_block_load (src[2] + i), k[0][2]);
 156       r[3] = u8x16_xor3 (r[3], aes_block_load (src[3] + i), k[0][3]);
 157
 158       for (j = 1; j < rounds; j++)
 159         {
 160           r[0] = aes_enc_round_x1 (r[0], k[j][0]);
 161           r[1] = aes_enc_round_x1 (r[1], k[j][1]);
 162           r[2] = aes_enc_round_x1 (r[2], k[j][2]);
 163           r[3] = aes_enc_round_x1 (r[3], k[j][3]);
 164         }
 165
 166       r[0] = aes_enc_last_round_x1 (r[0], k[j][0]);
 167       r[1] = aes_enc_last_round_x1 (r[1], k[j][1]);
 168       r[2] = aes_enc_last_round_x1 (r[2], k[j][2]);
 169       r[3] = aes_enc_last_round_x1 (r[3], k[j][3]);
 170
 171       aes_block_store (dst[0] + i, r[0]);
 172       aes_block_store (dst[1] + i, r[1]);
 173       aes_block_store (dst[2] + i, r[2]);
 174       aes_block_store (dst[3] + i, r[3]);
 175 #else
 176       r[0] ^= aes_block_load (src[0] + i);
 177       r[1] ^= aes_block_load (src[1] + i);
 178       r[2] ^= aes_block_load (src[2] + i);
 179       r[3] ^= aes_block_load (src[3] + i);
 180       for (j = 0; j < rounds - 1; j++)
 181         {
 182           r[0] = vaesmcq_u8 (vaeseq_u8 (r[0], k[j][0]));
 183           r[1] = vaesmcq_u8 (vaeseq_u8 (r[1], k[j][1]));
 184           r[2] = vaesmcq_u8 (vaeseq_u8 (r[2], k[j][2]));
 185           r[3] = vaesmcq_u8 (vaeseq_u8 (r[3], k[j][3]));
 186         }
 187       r[0] = vaeseq_u8 (r[0], k[j][0]) ^ k[rounds][0];
 188       r[1] = vaeseq_u8 (r[1], k[j][1]) ^ k[rounds][1];
 189       r[2] = vaeseq_u8 (r[2], k[j][2]) ^ k[rounds][2];
 190       r[3] = vaeseq_u8 (r[3], k[j][3]) ^ k[rounds][3];
 191       aes_block_store (dst[0] + i, r[0]);
 192       aes_block_store (dst[1] + i, r[1]);
 193       aes_block_store (dst[2] + i, r[2]);
 194       aes_block_store (dst[3] + i, r[3]);
 195 #endif
 196 #endif
 197     }
 198
 199   len -= u32xN_splat (count);
 200
 201   for (i = 0; i < N_AES_BYTES; i++)
 202     {
 203       src[i] += count;
 204       dst[i] += count;
 205     }
 206
 207   if (n_left > 0)
 208     goto more;
 209
 210   if (!u32xN_is_all_zero (len & placeholder_mask))
 211     goto more;
 212
 213   return n_ops;
 214 }
 215
 216
 217 static_always_inline u32
 218 aes_ops_dec_aes_cbc (vlib_main_t * vm, vnet_crypto_op_t * ops[],
 219                      u32 n_ops, aes_key_size_t ks)
 220 {
 221   crypto_native_main_t *cm = &crypto_native_main;
 222   int rounds = AES_KEY_ROUNDS (ks);
 223   vnet_crypto_op_t *op = ops[0];
 224   aes_cbc_key_data_t *kd = (aes_cbc_key_data_t *) cm->key_data[op->key_index];
 225   u32 n_left = n_ops;
 226
 227   ASSERT (n_ops >= 1);
 228
 229 decrypt:
 230 #if defined(__VAES__) && defined(__AVX512F__)
 231   aes4_cbc_dec (kd->decrypt_key, (u8x64u *) op->src, (u8x64u *) op->dst,
 232                 (u8x16u *) op->iv, op->len, rounds);
 233 #elif defined(__VAES__)
 234   aes2_cbc_dec (kd->decrypt_key, (u8x32u *) op->src, (u8x32u *) op->dst,
 235                 (u8x16u *) op->iv, op->len, rounds);
 236 #else
 237   aes_cbc_dec (kd->decrypt_key, (u8x16u *) op->src, (u8x16u *) op->dst,
 238                (u8x16u *) op->iv, op->len, rounds);
 239 #endif
 240   op->status = VNET_CRYPTO_OP_STATUS_COMPLETED;
 241
 242   if (--n_left)
 243     {
 244       op += 1;
 245       kd = (aes_cbc_key_data_t *) cm->key_data[op->key_index];
 246       goto decrypt;
 247     }
 248
 249   return n_ops;
 250 }
 251
 252 #define foreach_aes_cbc_handler_type _(128) _(192) _(256)
 253
 254 #define _(x) \
 255 static u32 aes_ops_dec_aes_cbc_##x \
 256 (vlib_main_t * vm, vnet_crypto_op_t * ops[], u32 n_ops) \
 257 { return aes_ops_dec_aes_cbc (vm, ops, n_ops, AES_KEY_##x); } \
 258 static u32 aes_ops_enc_aes_cbc_##x \
 259 (vlib_main_t * vm, vnet_crypto_op_t * ops[], u32 n_ops) \
 260 { return aes_ops_enc_aes_cbc (vm, ops, n_ops, AES_KEY_##x); } \
 261
 262 foreach_aes_cbc_handler_type;
 263 #undef _
 264
 265 static void *
 266 aes_cbc_key_exp_128 (vnet_crypto_key_t *key)
 267 {
 268   aes_cbc_key_data_t *kd;
 269   kd = clib_mem_alloc_aligned (sizeof (*kd), CLIB_CACHE_LINE_BYTES);
 270   clib_aes128_cbc_key_expand (kd, key->data);
 271   return kd;
 272 }
 273
 274 static void *
 275 aes_cbc_key_exp_192 (vnet_crypto_key_t *key)
 276 {
 277   aes_cbc_key_data_t *kd;
 278   kd = clib_mem_alloc_aligned (sizeof (*kd), CLIB_CACHE_LINE_BYTES);
 279   clib_aes192_cbc_key_expand (kd, key->data);
 280   return kd;
 281 }
 282
 283 static void *
 284 aes_cbc_key_exp_256 (vnet_crypto_key_t *key)
 285 {
 286   aes_cbc_key_data_t *kd;
 287   kd = clib_mem_alloc_aligned (sizeof (*kd), CLIB_CACHE_LINE_BYTES);
 288   clib_aes256_cbc_key_expand (kd, key->data);
 289   return kd;
 290 }
 291
 292 #include <fcntl.h>
 293
 294 clib_error_t *
 295 #if defined(__VAES__) && defined(__AVX512F__)
 296 crypto_native_aes_cbc_init_icl (vlib_main_t *vm)
 297 #elif defined(__VAES__)
 298 crypto_native_aes_cbc_init_adl (vlib_main_t *vm)
 299 #elif __AVX512F__
 300 crypto_native_aes_cbc_init_skx (vlib_main_t * vm)
 301 #elif __aarch64__
 302 crypto_native_aes_cbc_init_neon (vlib_main_t * vm)
 303 #elif __AVX2__
 304 crypto_native_aes_cbc_init_hsw (vlib_main_t * vm)
 305 #else
 306 crypto_native_aes_cbc_init_slm (vlib_main_t * vm)
 307 #endif
 308 {
 309   crypto_native_main_t *cm = &crypto_native_main;
 310
 311 #define _(x) \
 312   vnet_crypto_register_ops_handler (vm, cm->crypto_engine_index, \
 313                                     VNET_CRYPTO_OP_AES_##x##_CBC_ENC, \
 314                                     aes_ops_enc_aes_cbc_##x); \
 315   vnet_crypto_register_ops_handler (vm, cm->crypto_engine_index, \
 316                                     VNET_CRYPTO_OP_AES_##x##_CBC_DEC, \
 317                                     aes_ops_dec_aes_cbc_##x); \
 318   cm->key_fn[VNET_CRYPTO_ALG_AES_##x##_CBC] = aes_cbc_key_exp_##x;
 319   foreach_aes_cbc_handler_type;
 320 #undef _
 321
 322   return 0;
 323 }
 324
 325 /*
 326  * fd.io coding-style-patch-verification: ON
 327  *
 328  * Local Variables:
 329  * eval: (c-set-style "gnu")
 330  * End:
 331  */