src/plugins/crypto_native/aes_gcm.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_native/crypto_native.h>
  23 #include <crypto_native/aes.h>
  24 #include <crypto_native/ghash.h>
  25
  26 #if __GNUC__ > 4  && !__clang__ && CLIB_DEBUG == 0
  27 #pragma GCC optimize ("O3")
  28 #endif
  29
  30 typedef struct
  31 {
  32   /* pre-calculated hash key values */
  33   const __m128i Hi[8];
  34   /* extracted AES key */
  35   const __m128i Ke[15];
  36 } aes_gcm_key_data_t;
  37
  38 static const __m128i last_byte_one = { 0, 1ULL << 56 };
  39 static const __m128i zero = { 0, 0 };
  40
  41 static const u8x16 bswap_mask = {
  42   15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0
  43 };
  44
  45 static const u8x16 byte_mask_scale = {
  46   0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15
  47 };
  48
  49 static_always_inline __m128i
  50 aesni_gcm_bswap (__m128i x)
  51 {
  52   return _mm_shuffle_epi8 (x, (__m128i) bswap_mask);
  53 }
  54
  55 static_always_inline __m128i
  56 aesni_gcm_byte_mask (__m128i x, u8 n_bytes)
  57 {
  58   u8x16 mask = u8x16_is_greater (u8x16_splat (n_bytes), byte_mask_scale);
  59
  60   return _mm_blendv_epi8 (zero, x, (__m128i) mask);
  61 }
  62
  63 static_always_inline __m128i
  64 aesni_gcm_load_partial (__m128i * p, int n_bytes)
  65 {
  66   ASSERT (n_bytes <= 16);
  67 #ifdef __AVX512F__
  68   return _mm_mask_loadu_epi8 (zero, (1 << n_bytes) - 1, p);
  69 #else
  70   return aesni_gcm_byte_mask (CLIB_MEM_OVERFLOW_LOAD (_mm_loadu_si128, p),
  71                               n_bytes);
  72 #endif
  73 }
  74
  75 static_always_inline void
  76 aesni_gcm_store_partial (void *p, __m128i r, int n_bytes)
  77 {
  78 #ifdef __AVX512F__
  79   _mm_mask_storeu_epi8 (p, (1 << n_bytes) - 1, r);
  80 #else
  81   u8x16 mask = u8x16_is_greater (u8x16_splat (n_bytes), byte_mask_scale);
  82   _mm_maskmoveu_si128 (r, (__m128i) mask, p);
  83 #endif
  84 }
  85
  86 static_always_inline void
  87 aesni_gcm_load (__m128i * d, __m128i * inv, int n, int n_bytes)
  88 {
  89   for (int i = 0; i < n - 1; i++)
  90     d[i] = _mm_loadu_si128 (inv + i);
  91   d[n - 1] = n_bytes ? aesni_gcm_load_partial (inv + n - 1, n_bytes) :
  92     _mm_loadu_si128 (inv + n - 1);
  93 }
  94
  95 static_always_inline void
  96 aesni_gcm_store (__m128i * d, __m128i * outv, int n, int n_bytes)
  97 {
  98   for (int i = 0; i < n - 1; i++)
  99     _mm_storeu_si128 (outv + i, d[i]);
 100   if (n_bytes & 0xf)
 101     aesni_gcm_store_partial (outv + n - 1, d[n - 1], n_bytes);
 102   else
 103     _mm_storeu_si128 (outv + n - 1, d[n - 1]);
 104 }
 105
 106 static_always_inline void
 107 aesni_gcm_enc_first_round (__m128i * r, __m128i * Y, u32 * ctr, __m128i k,
 108                            int n_blocks)
 109 {
 110   u32 i;
 111
 112   if (PREDICT_TRUE ((u8) ctr[0] < (256 - n_blocks)))
 113     {
 114       for (i = 0; i < n_blocks; i++)
 115         {
 116           Y[0] = _mm_add_epi32 (Y[0], last_byte_one);
 117           r[i] = k ^ Y[0];
 118         }
 119       ctr[0] += n_blocks;
 120     }
 121   else
 122     {
 123       for (i = 0; i < n_blocks; i++)
 124         {
 125           Y[0] = _mm_insert_epi32 (Y[0], clib_host_to_net_u32 (++ctr[0]), 3);
 126           r[i] = k ^ Y[0];
 127         }
 128     }
 129 }
 130
 131 static_always_inline void
 132 aesni_gcm_enc_round (__m128i * r, __m128i k, int n_blocks)
 133 {
 134   for (int i = 0; i < n_blocks; i++)
 135     r[i] = _mm_aesenc_si128 (r[i], k);
 136 }
 137
 138 static_always_inline void
 139 aesni_gcm_enc_last_round (__m128i * r, __m128i * d, const __m128i * k,
 140                           int rounds, int n_blocks)
 141 {
 142
 143   /* additional ronuds for AES-192 and AES-256 */
 144   for (int i = 10; i < rounds; i++)
 145     aesni_gcm_enc_round (r, k[i], n_blocks);
 146
 147   for (int i = 0; i < n_blocks; i++)
 148     d[i] ^= _mm_aesenclast_si128 (r[i], k[rounds]);
 149 }
 150
 151 static_always_inline __m128i
 152 aesni_gcm_ghash_blocks (__m128i T, aes_gcm_key_data_t * kd,
 153                         const __m128i * in, int n_blocks)
 154 {
 155   ghash_data_t _gd, *gd = &_gd;
 156   const __m128i *Hi = kd->Hi + n_blocks - 1;
 157   ghash_mul_first (gd, aesni_gcm_bswap (_mm_loadu_si128 (in)) ^ T, Hi[0]);
 158   for (int i = 1; i < n_blocks; i++)
 159     ghash_mul_next (gd, aesni_gcm_bswap (_mm_loadu_si128 (in + i)), Hi[-i]);
 160   ghash_reduce (gd);
 161   ghash_reduce2 (gd);
 162   return ghash_final (gd);
 163 }
 164
 165 static_always_inline __m128i
 166 aesni_gcm_ghash (__m128i T, aes_gcm_key_data_t * kd, const __m128i * in,
 167                  u32 n_left)
 168 {
 169
 170   while (n_left >= 128)
 171     {
 172       T = aesni_gcm_ghash_blocks (T, kd, in, 8);
 173       n_left -= 128;
 174       in += 8;
 175     }
 176
 177   if (n_left >= 64)
 178     {
 179       T = aesni_gcm_ghash_blocks (T, kd, in, 4);
 180       n_left -= 64;
 181       in += 4;
 182     }
 183
 184   if (n_left >= 32)
 185     {
 186       T = aesni_gcm_ghash_blocks (T, kd, in, 2);
 187       n_left -= 32;
 188       in += 2;
 189     }
 190
 191   if (n_left >= 16)
 192     {
 193       T = aesni_gcm_ghash_blocks (T, kd, in, 1);
 194       n_left -= 16;
 195       in += 1;
 196     }
 197
 198   if (n_left)
 199     {
 200       __m128i r = aesni_gcm_load_partial ((__m128i *) in, n_left);
 201       T = ghash_mul (aesni_gcm_bswap (r) ^ T, kd->Hi[0]);
 202     }
 203   return T;
 204 }
 205
 206 static_always_inline __m128i
 207 aesni_gcm_calc (__m128i T, aes_gcm_key_data_t * kd, __m128i * d,
 208                 __m128i * Y, u32 * ctr, __m128i * inv, __m128i * outv,
 209                 int rounds, int n, int last_block_bytes, int with_ghash,
 210                 int is_encrypt)
 211 {
 212   __m128i r[n];
 213   ghash_data_t _gd = { }, *gd = &_gd;
 214   const __m128i *k = kd->Ke;
 215   int hidx = is_encrypt ? 4 : n, didx = 0;
 216
 217   _mm_prefetch (inv + 4, _MM_HINT_T0);
 218
 219   /* AES rounds 0 and 1 */
 220   aesni_gcm_enc_first_round (r, Y, ctr, k[0], n);
 221   aesni_gcm_enc_round (r, k[1], n);
 222
 223   /* load data - decrypt round */
 224   if (is_encrypt == 0)
 225     aesni_gcm_load (d, inv, n, last_block_bytes);
 226
 227   /* GHASH multiply block 1 */
 228   if (with_ghash)
 229     ghash_mul_first (gd, aesni_gcm_bswap (d[didx++]) ^ T, kd->Hi[--hidx]);
 230
 231   /* AES rounds 2 and 3 */
 232   aesni_gcm_enc_round (r, k[2], n);
 233   aesni_gcm_enc_round (r, k[3], n);
 234
 235   /* GHASH multiply block 2 */
 236   if (with_ghash && hidx)
 237     ghash_mul_next (gd, aesni_gcm_bswap (d[didx++]), kd->Hi[--hidx]);
 238
 239   /* AES rounds 4 and 5 */
 240   aesni_gcm_enc_round (r, k[4], n);
 241   aesni_gcm_enc_round (r, k[5], n);
 242
 243   /* GHASH multiply block 3 */
 244   if (with_ghash && hidx)
 245     ghash_mul_next (gd, aesni_gcm_bswap (d[didx++]), kd->Hi[--hidx]);
 246
 247   /* AES rounds 6 and 7 */
 248   aesni_gcm_enc_round (r, k[6], n);
 249   aesni_gcm_enc_round (r, k[7], n);
 250
 251   /* GHASH multiply block 4 */
 252   if (with_ghash && hidx)
 253     ghash_mul_next (gd, aesni_gcm_bswap (d[didx++]), kd->Hi[--hidx]);
 254
 255   /* AES rounds 8 and 9 */
 256   aesni_gcm_enc_round (r, k[8], n);
 257   aesni_gcm_enc_round (r, k[9], n);
 258
 259   /* GHASH reduce 1st step */
 260   if (with_ghash)
 261     ghash_reduce (gd);
 262
 263   /* load data - encrypt round */
 264   if (is_encrypt)
 265     aesni_gcm_load (d, inv, n, last_block_bytes);
 266
 267   /* GHASH reduce 2nd step */
 268   if (with_ghash)
 269     ghash_reduce2 (gd);
 270
 271   /* AES last round(s) */
 272   aesni_gcm_enc_last_round (r, d, k, rounds, n);
 273
 274   /* store data */
 275   aesni_gcm_store (d, outv, n, last_block_bytes);
 276
 277   /* GHASH final step */
 278   if (with_ghash)
 279     T = ghash_final (gd);
 280
 281   return T;
 282 }
 283
 284 static_always_inline __m128i
 285 aesni_gcm_calc_double (__m128i T, aes_gcm_key_data_t * kd, __m128i * d,
 286                        __m128i * Y, u32 * ctr, __m128i * inv, __m128i * outv,
 287                        int rounds, int is_encrypt)
 288 {
 289   __m128i r[4];
 290   ghash_data_t _gd, *gd = &_gd;
 291   const __m128i *k = kd->Ke;
 292
 293   /* AES rounds 0 and 1 */
 294   aesni_gcm_enc_first_round (r, Y, ctr, k[0], 4);
 295   aesni_gcm_enc_round (r, k[1], 4);
 296
 297   /* load 4 blocks of data - decrypt round */
 298   if (is_encrypt == 0)
 299     aesni_gcm_load (d, inv, 4, 0);
 300
 301   /* GHASH multiply block 0 */
 302   ghash_mul_first (gd, aesni_gcm_bswap (d[0]) ^ T, kd->Hi[7]);
 303
 304   /* AES rounds 2 and 3 */
 305   aesni_gcm_enc_round (r, k[2], 4);
 306   aesni_gcm_enc_round (r, k[3], 4);
 307
 308   /* GHASH multiply block 1 */
 309   ghash_mul_next (gd, aesni_gcm_bswap (d[1]), kd->Hi[6]);
 310
 311   /* AES rounds 4 and 5 */
 312   aesni_gcm_enc_round (r, k[4], 4);
 313   aesni_gcm_enc_round (r, k[5], 4);
 314
 315   /* GHASH multiply block 2 */
 316   ghash_mul_next (gd, aesni_gcm_bswap (d[2]), kd->Hi[5]);
 317
 318   /* AES rounds 6 and 7 */
 319   aesni_gcm_enc_round (r, k[6], 4);
 320   aesni_gcm_enc_round (r, k[7], 4);
 321
 322   /* GHASH multiply block 3 */
 323   ghash_mul_next (gd, aesni_gcm_bswap (d[3]), kd->Hi[4]);
 324
 325   /* AES rounds 8 and 9 */
 326   aesni_gcm_enc_round (r, k[8], 4);
 327   aesni_gcm_enc_round (r, k[9], 4);
 328
 329   /* load 4 blocks of data - encrypt round */
 330   if (is_encrypt)
 331     aesni_gcm_load (d, inv, 4, 0);
 332
 333   /* AES last round(s) */
 334   aesni_gcm_enc_last_round (r, d, k, rounds, 4);
 335
 336   /* store 4 blocks of data */
 337   aesni_gcm_store (d, outv, 4, 0);
 338
 339   /* load next 4 blocks of data data - decrypt round */
 340   if (is_encrypt == 0)
 341     aesni_gcm_load (d, inv + 4, 4, 0);
 342
 343   /* GHASH multiply block 4 */
 344   ghash_mul_next (gd, aesni_gcm_bswap (d[0]), kd->Hi[3]);
 345
 346   /* AES rounds 0, 1 and 2 */
 347   aesni_gcm_enc_first_round (r, Y, ctr, k[0], 4);
 348   aesni_gcm_enc_round (r, k[1], 4);
 349   aesni_gcm_enc_round (r, k[2], 4);
 350
 351   /* GHASH multiply block 5 */
 352   ghash_mul_next (gd, aesni_gcm_bswap (d[1]), kd->Hi[2]);
 353
 354   /* AES rounds 3 and 4 */
 355   aesni_gcm_enc_round (r, k[3], 4);
 356   aesni_gcm_enc_round (r, k[4], 4);
 357
 358   /* GHASH multiply block 6 */
 359   ghash_mul_next (gd, aesni_gcm_bswap (d[2]), kd->Hi[1]);
 360
 361   /* AES rounds 5 and 6 */
 362   aesni_gcm_enc_round (r, k[5], 4);
 363   aesni_gcm_enc_round (r, k[6], 4);
 364
 365   /* GHASH multiply block 7 */
 366   ghash_mul_next (gd, aesni_gcm_bswap (d[3]), kd->Hi[0]);
 367
 368   /* AES rounds 7 and 8 */
 369   aesni_gcm_enc_round (r, k[7], 4);
 370   aesni_gcm_enc_round (r, k[8], 4);
 371
 372   /* GHASH reduce 1st step */
 373   ghash_reduce (gd);
 374
 375   /* AES round 9 */
 376   aesni_gcm_enc_round (r, k[9], 4);
 377
 378   /* load data - encrypt round */
 379   if (is_encrypt)
 380     aesni_gcm_load (d, inv + 4, 4, 0);
 381
 382   /* GHASH reduce 2nd step */
 383   ghash_reduce2 (gd);
 384
 385   /* AES last round(s) */
 386   aesni_gcm_enc_last_round (r, d, k, rounds, 4);
 387
 388   /* store data */
 389   aesni_gcm_store (d, outv + 4, 4, 0);
 390
 391   /* GHASH final step */
 392   return ghash_final (gd);
 393 }
 394
 395 static_always_inline __m128i
 396 aesni_gcm_ghash_last (__m128i T, aes_gcm_key_data_t * kd, __m128i * d,
 397                       int n_blocks, int n_bytes)
 398 {
 399   ghash_data_t _gd, *gd = &_gd;
 400
 401   if (n_bytes)
 402     d[n_blocks - 1] = aesni_gcm_byte_mask (d[n_blocks - 1], n_bytes);
 403
 404   ghash_mul_first (gd, aesni_gcm_bswap (d[0]) ^ T, kd->Hi[n_blocks - 1]);
 405   if (n_blocks > 1)
 406     ghash_mul_next (gd, aesni_gcm_bswap (d[1]), kd->Hi[n_blocks - 2]);
 407   if (n_blocks > 2)
 408     ghash_mul_next (gd, aesni_gcm_bswap (d[2]), kd->Hi[n_blocks - 3]);
 409   if (n_blocks > 3)
 410     ghash_mul_next (gd, aesni_gcm_bswap (d[3]), kd->Hi[n_blocks - 4]);
 411   ghash_reduce (gd);
 412   ghash_reduce2 (gd);
 413   return ghash_final (gd);
 414 }
 415
 416
 417 static_always_inline __m128i
 418 aesni_gcm_enc (__m128i T, aes_gcm_key_data_t * kd, __m128i Y, const u8 * in,
 419                const u8 * out, u32 n_left, int rounds)
 420 {
 421   __m128i *inv = (__m128i *) in, *outv = (__m128i *) out;
 422   __m128i d[4];
 423   u32 ctr = 1;
 424
 425   if (n_left == 0)
 426     return T;
 427
 428   if (n_left < 64)
 429     {
 430       if (n_left > 48)
 431         {
 432           n_left &= 0x0f;
 433           aesni_gcm_calc (T, kd, d, &Y, &ctr, inv, outv, rounds, 4, n_left,
 434                           /* with_ghash */ 0, /* is_encrypt */ 1);
 435           return aesni_gcm_ghash_last (T, kd, d, 4, n_left);
 436         }
 437       else if (n_left > 32)
 438         {
 439           n_left &= 0x0f;
 440           aesni_gcm_calc (T, kd, d, &Y, &ctr, inv, outv, rounds, 3, n_left,
 441                           /* with_ghash */ 0, /* is_encrypt */ 1);
 442           return aesni_gcm_ghash_last (T, kd, d, 3, n_left);
 443         }
 444       else if (n_left > 16)
 445         {
 446           n_left &= 0x0f;
 447           aesni_gcm_calc (T, kd, d, &Y, &ctr, inv, outv, rounds, 2, n_left,
 448                           /* with_ghash */ 0, /* is_encrypt */ 1);
 449           return aesni_gcm_ghash_last (T, kd, d, 2, n_left);
 450         }
 451       else
 452         {
 453           n_left &= 0x0f;
 454           aesni_gcm_calc (T, kd, d, &Y, &ctr, inv, outv, rounds, 1, n_left,
 455                           /* with_ghash */ 0, /* is_encrypt */ 1);
 456           return aesni_gcm_ghash_last (T, kd, d, 1, n_left);
 457         }
 458     }
 459
 460   aesni_gcm_calc (T, kd, d, &Y, &ctr, inv, outv, rounds, 4, 0,
 461                   /* with_ghash */ 0, /* is_encrypt */ 1);
 462
 463   /* next */
 464   n_left -= 64;
 465   outv += 4;
 466   inv += 4;
 467
 468   while (n_left >= 128)
 469     {
 470       T = aesni_gcm_calc_double (T, kd, d, &Y, &ctr, inv, outv, rounds,
 471                                  /* is_encrypt */ 1);
 472
 473       /* next */
 474       n_left -= 128;
 475       outv += 8;
 476       inv += 8;
 477     }
 478
 479   if (n_left >= 64)
 480     {
 481       T = aesni_gcm_calc (T, kd, d, &Y, &ctr, inv, outv, rounds, 4, 0,
 482                           /* with_ghash */ 1, /* is_encrypt */ 1);
 483
 484       /* next */
 485       n_left -= 64;
 486       outv += 4;
 487       inv += 4;
 488     }
 489
 490   if (n_left == 0)
 491     return aesni_gcm_ghash_last (T, kd, d, 4, 0);
 492
 493   if (n_left > 48)
 494     {
 495       n_left &= 0x0f;
 496       T = aesni_gcm_calc (T, kd, d, &Y, &ctr, inv, outv, rounds, 4, n_left,
 497                           /* with_ghash */ 1, /* is_encrypt */ 1);
 498       return aesni_gcm_ghash_last (T, kd, d, 4, n_left);
 499     }
 500
 501   if (n_left > 32)
 502     {
 503       n_left &= 0x0f;
 504       T = aesni_gcm_calc (T, kd, d, &Y, &ctr, inv, outv, rounds, 3, n_left,
 505                           /* with_ghash */ 1, /* is_encrypt */ 1);
 506       return aesni_gcm_ghash_last (T, kd, d, 3, n_left);
 507     }
 508
 509   if (n_left > 16)
 510     {
 511       n_left &= 0x0f;
 512       T = aesni_gcm_calc (T, kd, d, &Y, &ctr, inv, outv, rounds, 2, n_left,
 513                           /* with_ghash */ 1, /* is_encrypt */ 1);
 514       return aesni_gcm_ghash_last (T, kd, d, 2, n_left);
 515     }
 516
 517   n_left &= 0x0f;
 518   T = aesni_gcm_calc (T, kd, d, &Y, &ctr, inv, outv, rounds, 1, n_left,
 519                       /* with_ghash */ 1, /* is_encrypt */ 1);
 520   return aesni_gcm_ghash_last (T, kd, d, 1, n_left);
 521 }
 522
 523 static_always_inline __m128i
 524 aesni_gcm_dec (__m128i T, aes_gcm_key_data_t * kd, __m128i Y, const u8 * in,
 525                const u8 * out, u32 n_left, int rounds)
 526 {
 527   __m128i *inv = (__m128i *) in, *outv = (__m128i *) out;
 528   __m128i d[8];
 529   u32 ctr = 1;
 530
 531   while (n_left >= 128)
 532     {
 533       T = aesni_gcm_calc_double (T, kd, d, &Y, &ctr, inv, outv, rounds,
 534                                  /* is_encrypt */ 0);
 535
 536       /* next */
 537       n_left -= 128;
 538       outv += 8;
 539       inv += 8;
 540     }
 541
 542   if (n_left >= 64)
 543     {
 544       T = aesni_gcm_calc (T, kd, d, &Y, &ctr, inv, outv, rounds, 4, 0, 1, 0);
 545
 546       /* next */
 547       n_left -= 64;
 548       outv += 4;
 549       inv += 4;
 550     }
 551
 552   if (n_left == 0)
 553     return T;
 554
 555   if (n_left > 48)
 556     return aesni_gcm_calc (T, kd, d, &Y, &ctr, inv, outv, rounds, 4,
 557                            n_left - 48,
 558                            /* with_ghash */ 1, /* is_encrypt */ 0);
 559
 560   if (n_left > 32)
 561     return aesni_gcm_calc (T, kd, d, &Y, &ctr, inv, outv, rounds, 3,
 562                            n_left - 32,
 563                            /* with_ghash */ 1, /* is_encrypt */ 0);
 564
 565   if (n_left > 16)
 566     return aesni_gcm_calc (T, kd, d, &Y, &ctr, inv, outv, rounds, 2,
 567                            n_left - 16,
 568                            /* with_ghash */ 1, /* is_encrypt */ 0);
 569
 570   return aesni_gcm_calc (T, kd, d, &Y, &ctr, inv, outv, rounds, 1, n_left,
 571                          /* with_ghash */ 1, /* is_encrypt */ 0);
 572 }
 573
 574 static_always_inline int
 575 aes_gcm (const u8 * in, u8 * out, const u8 * addt, const u8 * iv, u8 * tag,
 576          u32 data_bytes, u32 aad_bytes, u8 tag_len, aes_gcm_key_data_t * kd,
 577          int aes_rounds, int is_encrypt)
 578 {
 579   int i;
 580   __m128i r, Y0, T = { };
 581   ghash_data_t _gd, *gd = &_gd;
 582
 583   _mm_prefetch (iv, _MM_HINT_T0);
 584   _mm_prefetch (in, _MM_HINT_T0);
 585   _mm_prefetch (in + CLIB_CACHE_LINE_BYTES, _MM_HINT_T0);
 586
 587   /* calculate ghash for AAD - optimized for ipsec common cases */
 588   if (aad_bytes == 8)
 589     T = aesni_gcm_ghash (T, kd, (__m128i *) addt, 8);
 590   else if (aad_bytes == 12)
 591     T = aesni_gcm_ghash (T, kd, (__m128i *) addt, 12);
 592   else
 593     T = aesni_gcm_ghash (T, kd, (__m128i *) addt, aad_bytes);
 594
 595   /* initalize counter */
 596   Y0 = CLIB_MEM_OVERFLOW_LOAD (_mm_loadu_si128, (__m128i *) iv);
 597   Y0 = _mm_insert_epi32 (Y0, clib_host_to_net_u32 (1), 3);
 598
 599   /* ghash and encrypt/edcrypt  */
 600   if (is_encrypt)
 601     T = aesni_gcm_enc (T, kd, Y0, in, out, data_bytes, aes_rounds);
 602   else
 603     T = aesni_gcm_dec (T, kd, Y0, in, out, data_bytes, aes_rounds);
 604
 605   _mm_prefetch (tag, _MM_HINT_T0);
 606
 607   /* Finalize ghash */
 608   r[0] = data_bytes;
 609   r[1] = aad_bytes;
 610
 611   /* bytes to bits */
 612   r <<= 3;
 613
 614   /* interleaved computation of final ghash and E(Y0, k) */
 615   ghash_mul_first (gd, r ^ T, kd->Hi[0]);
 616   r = kd->Ke[0] ^ Y0;
 617   for (i = 1; i < 5; i += 1)
 618     r = _mm_aesenc_si128 (r, kd->Ke[i]);
 619   ghash_reduce (gd);
 620   ghash_reduce2 (gd);
 621   for (; i < 9; i += 1)
 622     r = _mm_aesenc_si128 (r, kd->Ke[i]);
 623   T = ghash_final (gd);
 624   for (; i < aes_rounds; i += 1)
 625     r = _mm_aesenc_si128 (r, kd->Ke[i]);
 626   r = _mm_aesenclast_si128 (r, kd->Ke[aes_rounds]);
 627   T = aesni_gcm_bswap (T) ^ r;
 628
 629   /* tag_len 16 -> 0 */
 630   tag_len &= 0xf;
 631
 632   if (is_encrypt)
 633     {
 634       /* store tag */
 635       if (tag_len)
 636         aesni_gcm_store_partial ((__m128i *) tag, T, (1 << tag_len) - 1);
 637       else
 638         _mm_storeu_si128 ((__m128i *) tag, T);
 639     }
 640   else
 641     {
 642       /* check tag */
 643       u16 tag_mask = tag_len ? (1 << tag_len) - 1 : 0xffff;
 644       r = _mm_loadu_si128 ((__m128i *) tag);
 645       if (_mm_movemask_epi8 (r == T) != tag_mask)
 646         return 0;
 647     }
 648   return 1;
 649 }
 650
 651 static_always_inline u32
 652 aesni_ops_enc_aes_gcm (vlib_main_t * vm, vnet_crypto_op_t * ops[],
 653                        u32 n_ops, aes_key_size_t ks)
 654 {
 655   crypto_native_main_t *cm = &crypto_native_main;
 656   vnet_crypto_op_t *op = ops[0];
 657   aes_gcm_key_data_t *kd;
 658   u32 n_left = n_ops;
 659
 660
 661 next:
 662   kd = (aes_gcm_key_data_t *) cm->key_data[op->key_index];
 663   aes_gcm (op->src, op->dst, op->aad, op->iv, op->tag, op->len, op->aad_len,
 664            op->tag_len, kd, AES_KEY_ROUNDS (ks), /* is_encrypt */ 1);
 665   op->status = VNET_CRYPTO_OP_STATUS_COMPLETED;
 666
 667   if (--n_left)
 668     {
 669       op += 1;
 670       goto next;
 671     }
 672
 673   return n_ops;
 674 }
 675
 676 static_always_inline u32
 677 aesni_ops_dec_aes_gcm (vlib_main_t * vm, vnet_crypto_op_t * ops[],
 678                        u32 n_ops, aes_key_size_t ks)
 679 {
 680   crypto_native_main_t *cm = &crypto_native_main;
 681   vnet_crypto_op_t *op = ops[0];
 682   aes_gcm_key_data_t *kd;
 683   u32 n_left = n_ops;
 684   int rv;
 685
 686 next:
 687   kd = (aes_gcm_key_data_t *) cm->key_data[op->key_index];
 688   rv = aes_gcm (op->src, op->dst, op->aad, op->iv, op->tag, op->len,
 689                 op->aad_len, op->tag_len, kd, AES_KEY_ROUNDS (ks),
 690                 /* is_encrypt */ 0);
 691
 692   if (rv)
 693     {
 694       op->status = VNET_CRYPTO_OP_STATUS_COMPLETED;
 695     }
 696   else
 697     {
 698       op->status = VNET_CRYPTO_OP_STATUS_FAIL_BAD_HMAC;
 699       n_ops--;
 700     }
 701
 702   if (--n_left)
 703     {
 704       op += 1;
 705       goto next;
 706     }
 707
 708   return n_ops;
 709 }
 710
 711 static_always_inline void *
 712 aesni_gcm_key_exp (vnet_crypto_key_t * key, aes_key_size_t ks)
 713 {
 714   aes_gcm_key_data_t *kd;
 715   __m128i H;
 716   int i;
 717
 718   kd = clib_mem_alloc_aligned (sizeof (*kd), CLIB_CACHE_LINE_BYTES);
 719
 720   /* expand AES key */
 721   aes_key_expand ((u8x16 *) kd->Ke, key->data, ks);
 722
 723   /* pre-calculate H */
 724   H = kd->Ke[0];
 725   for (i = 1; i < AES_KEY_ROUNDS (ks); i += 1)
 726     H = _mm_aesenc_si128 (H, kd->Ke[i]);
 727   H = _mm_aesenclast_si128 (H, kd->Ke[i]);
 728   H = aesni_gcm_bswap (H);
 729   ghash_precompute (H, (__m128i *) kd->Hi, 8);
 730   return kd;
 731 }
 732
 733 #define foreach_aesni_gcm_handler_type _(128) _(192) _(256)
 734
 735 #define _(x) \
 736 static u32 aesni_ops_dec_aes_gcm_##x                                         \
 737 (vlib_main_t * vm, vnet_crypto_op_t * ops[], u32 n_ops)                      \
 738 { return aesni_ops_dec_aes_gcm (vm, ops, n_ops, AES_KEY_##x); }              \
 739 static u32 aesni_ops_enc_aes_gcm_##x                                         \
 740 (vlib_main_t * vm, vnet_crypto_op_t * ops[], u32 n_ops)                      \
 741 { return aesni_ops_enc_aes_gcm (vm, ops, n_ops, AES_KEY_##x); }              \
 742 static void * aesni_gcm_key_exp_##x (vnet_crypto_key_t *key)                 \
 743 { return aesni_gcm_key_exp (key, AES_KEY_##x); }
 744
 745 foreach_aesni_gcm_handler_type;
 746 #undef _
 747
 748 clib_error_t *
 749 #ifdef __VAES__
 750 crypto_native_aes_gcm_init_vaes (vlib_main_t * vm)
 751 #elif __AVX512F__
 752 crypto_native_aes_gcm_init_avx512 (vlib_main_t * vm)
 753 #elif __AVX2__
 754 crypto_native_aes_gcm_init_avx2 (vlib_main_t * vm)
 755 #else
 756 crypto_native_aes_gcm_init_sse42 (vlib_main_t * vm)
 757 #endif
 758 {
 759   crypto_native_main_t *cm = &crypto_native_main;
 760
 761 #define _(x) \
 762   vnet_crypto_register_ops_handler (vm, cm->crypto_engine_index, \
 763                                     VNET_CRYPTO_OP_AES_##x##_GCM_ENC, \
 764                                     aesni_ops_enc_aes_gcm_##x); \
 765   vnet_crypto_register_ops_handler (vm, cm->crypto_engine_index, \
 766                                     VNET_CRYPTO_OP_AES_##x##_GCM_DEC, \
 767                                     aesni_ops_dec_aes_gcm_##x); \
 768   cm->key_fn[VNET_CRYPTO_ALG_AES_##x##_GCM] = aesni_gcm_key_exp_##x;
 769   foreach_aesni_gcm_handler_type;
 770 #undef _
 771   return 0;
 772 }
 773
 774 /*
 775  * fd.io coding-style-patch-verification: ON
 776  *
 777  * Local Variables:
 778  * eval: (c-set-style "gnu")
 779  * End:
 780  */