aesni: Use dedicated round count specific encryption functions in CTR mode
This allows us to unroll loops and hold the key schedule in local (register) variables. This brings an impressive speedup of ~45%.
This commit is contained in:
@@ -61,38 +61,69 @@ struct private_aesni_ctr_t {
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|||||||
};
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};
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||||||
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||||||
/**
|
/**
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||||||
* Generic CTR encryption
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* Do big-endian increment on x
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||||||
*/
|
*/
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||||||
static void encrypt_ctr(private_aesni_ctr_t *this,
|
static inline __m128i increment_be(__m128i x)
|
||||||
size_t len, u_char *in, u_char *out)
|
|
||||||
{
|
{
|
||||||
__m128i state, t, d, b, swap, one, *bi, *bo;
|
__m128i swap;
|
||||||
u_int i, round, blocks, rem;
|
|
||||||
|
|
||||||
one = _mm_set_epi32(0, 0, 0, 1);
|
|
||||||
swap = _mm_setr_epi8(15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0);
|
swap = _mm_setr_epi8(15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0);
|
||||||
|
|
||||||
|
x = _mm_shuffle_epi8(x, swap);
|
||||||
|
x = _mm_add_epi64(x, _mm_set_epi32(0, 0, 0, 1));
|
||||||
|
x = _mm_shuffle_epi8(x, swap);
|
||||||
|
|
||||||
|
return x;
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||||||
|
}
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||||||
|
|
||||||
|
/**
|
||||||
|
* AES-128 CTR encryption
|
||||||
|
*/
|
||||||
|
static void encrypt_ctr128(private_aesni_ctr_t *this,
|
||||||
|
size_t len, u_char *in, u_char *out)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
__m128i k0, k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7, k8, k9, k10;
|
||||||
|
__m128i state, t, d, b, *bi, *bo;
|
||||||
|
u_int i, blocks, rem;
|
||||||
|
|
||||||
state = _mm_load_si128((__m128i*)&this->state);
|
state = _mm_load_si128((__m128i*)&this->state);
|
||||||
blocks = len / AES_BLOCK_SIZE;
|
blocks = len / AES_BLOCK_SIZE;
|
||||||
rem = len % AES_BLOCK_SIZE;
|
rem = len % AES_BLOCK_SIZE;
|
||||||
bi = (__m128i*)in;
|
bi = (__m128i*)in;
|
||||||
bo = (__m128i*)out;
|
bo = (__m128i*)out;
|
||||||
|
|
||||||
|
k0 = this->key->schedule[0];
|
||||||
|
k1 = this->key->schedule[1];
|
||||||
|
k2 = this->key->schedule[2];
|
||||||
|
k3 = this->key->schedule[3];
|
||||||
|
k4 = this->key->schedule[4];
|
||||||
|
k5 = this->key->schedule[5];
|
||||||
|
k6 = this->key->schedule[6];
|
||||||
|
k7 = this->key->schedule[7];
|
||||||
|
k8 = this->key->schedule[8];
|
||||||
|
k9 = this->key->schedule[9];
|
||||||
|
k10 = this->key->schedule[10];
|
||||||
|
|
||||||
for (i = 0; i < blocks; i++)
|
for (i = 0; i < blocks; i++)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
d = _mm_loadu_si128(bi + i);
|
d = _mm_loadu_si128(bi + i);
|
||||||
t = _mm_xor_si128(state, this->key->schedule[0]);
|
t = _mm_xor_si128(state, k0);
|
||||||
for (round = 1; round < this->key->rounds; round++)
|
|
||||||
{
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k1);
|
||||||
t = _mm_aesenc_si128(t, this->key->schedule[round]);
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k2);
|
||||||
}
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k3);
|
||||||
t = _mm_aesenclast_si128(t, this->key->schedule[this->key->rounds]);
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k4);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k5);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k6);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k7);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k8);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k9);
|
||||||
|
|
||||||
|
t = _mm_aesenclast_si128(t, k10);
|
||||||
t = _mm_xor_si128(t, d);
|
t = _mm_xor_si128(t, d);
|
||||||
_mm_storeu_si128(bo + i, t);
|
_mm_storeu_si128(bo + i, t);
|
||||||
|
|
||||||
/* big endian increment */
|
state = increment_be(state);
|
||||||
t = _mm_shuffle_epi8(state, swap);
|
|
||||||
t = _mm_add_epi64(t, one);
|
|
||||||
state = _mm_shuffle_epi8(t, swap);
|
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
if (rem)
|
if (rem)
|
||||||
@@ -101,12 +132,189 @@ static void encrypt_ctr(private_aesni_ctr_t *this,
|
|||||||
memcpy(&b, bi + blocks, rem);
|
memcpy(&b, bi + blocks, rem);
|
||||||
|
|
||||||
d = _mm_loadu_si128(&b);
|
d = _mm_loadu_si128(&b);
|
||||||
t = _mm_xor_si128(state, this->key->schedule[0]);
|
t = _mm_xor_si128(state, k0);
|
||||||
for (round = 1; round < this->key->rounds; round++)
|
|
||||||
{
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k1);
|
||||||
t = _mm_aesenc_si128(t, this->key->schedule[round]);
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k2);
|
||||||
}
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k3);
|
||||||
t = _mm_aesenclast_si128(t, this->key->schedule[this->key->rounds]);
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k4);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k5);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k6);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k7);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k8);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k9);
|
||||||
|
|
||||||
|
t = _mm_aesenclast_si128(t, k10);
|
||||||
|
t = _mm_xor_si128(t, d);
|
||||||
|
_mm_storeu_si128(&b, t);
|
||||||
|
|
||||||
|
memcpy(bo + blocks, &b, rem);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/**
|
||||||
|
* AES-192 CTR encryption
|
||||||
|
*/
|
||||||
|
static void encrypt_ctr192(private_aesni_ctr_t *this,
|
||||||
|
size_t len, u_char *in, u_char *out)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
__m128i k0, k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7, k8, k9, k10, k11, k12;
|
||||||
|
__m128i state, t, d, b, *bi, *bo;
|
||||||
|
u_int i, blocks, rem;
|
||||||
|
|
||||||
|
state = _mm_load_si128((__m128i*)&this->state);
|
||||||
|
blocks = len / AES_BLOCK_SIZE;
|
||||||
|
rem = len % AES_BLOCK_SIZE;
|
||||||
|
bi = (__m128i*)in;
|
||||||
|
bo = (__m128i*)out;
|
||||||
|
|
||||||
|
k0 = this->key->schedule[0];
|
||||||
|
k1 = this->key->schedule[1];
|
||||||
|
k2 = this->key->schedule[2];
|
||||||
|
k3 = this->key->schedule[3];
|
||||||
|
k4 = this->key->schedule[4];
|
||||||
|
k5 = this->key->schedule[5];
|
||||||
|
k6 = this->key->schedule[6];
|
||||||
|
k7 = this->key->schedule[7];
|
||||||
|
k8 = this->key->schedule[8];
|
||||||
|
k9 = this->key->schedule[9];
|
||||||
|
k10 = this->key->schedule[10];
|
||||||
|
k11 = this->key->schedule[11];
|
||||||
|
k12 = this->key->schedule[12];
|
||||||
|
|
||||||
|
for (i = 0; i < blocks; i++)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
d = _mm_loadu_si128(bi + i);
|
||||||
|
t = _mm_xor_si128(state, k0);
|
||||||
|
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k1);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k2);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k3);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k4);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k5);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k6);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k7);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k8);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k9);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k10);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k11);
|
||||||
|
|
||||||
|
t = _mm_aesenclast_si128(t, k12);
|
||||||
|
t = _mm_xor_si128(t, d);
|
||||||
|
_mm_storeu_si128(bo + i, t);
|
||||||
|
|
||||||
|
state = increment_be(state);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if (rem)
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||||||
|
{
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||||||
|
memset(&b, 0, sizeof(b));
|
||||||
|
memcpy(&b, bi + blocks, rem);
|
||||||
|
|
||||||
|
d = _mm_loadu_si128(&b);
|
||||||
|
t = _mm_xor_si128(state, k0);
|
||||||
|
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k1);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k2);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k3);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k4);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k5);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k6);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k7);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k8);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k9);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k10);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k11);
|
||||||
|
|
||||||
|
t = _mm_aesenclast_si128(t, k12);
|
||||||
|
t = _mm_xor_si128(t, d);
|
||||||
|
_mm_storeu_si128(&b, t);
|
||||||
|
|
||||||
|
memcpy(bo + blocks, &b, rem);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/**
|
||||||
|
* AES-256 CTR encryption
|
||||||
|
*/
|
||||||
|
static void encrypt_ctr256(private_aesni_ctr_t *this,
|
||||||
|
size_t len, u_char *in, u_char *out)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
__m128i k0, k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7, k8, k9, k10, k11, k12, k13, k14;
|
||||||
|
__m128i state, t, d, b, *bi, *bo;
|
||||||
|
u_int i, blocks, rem;
|
||||||
|
|
||||||
|
state = _mm_load_si128((__m128i*)&this->state);
|
||||||
|
blocks = len / AES_BLOCK_SIZE;
|
||||||
|
rem = len % AES_BLOCK_SIZE;
|
||||||
|
bi = (__m128i*)in;
|
||||||
|
bo = (__m128i*)out;
|
||||||
|
|
||||||
|
k0 = this->key->schedule[0];
|
||||||
|
k1 = this->key->schedule[1];
|
||||||
|
k2 = this->key->schedule[2];
|
||||||
|
k3 = this->key->schedule[3];
|
||||||
|
k4 = this->key->schedule[4];
|
||||||
|
k5 = this->key->schedule[5];
|
||||||
|
k6 = this->key->schedule[6];
|
||||||
|
k7 = this->key->schedule[7];
|
||||||
|
k8 = this->key->schedule[8];
|
||||||
|
k9 = this->key->schedule[9];
|
||||||
|
k10 = this->key->schedule[10];
|
||||||
|
k11 = this->key->schedule[11];
|
||||||
|
k12 = this->key->schedule[12];
|
||||||
|
k13 = this->key->schedule[13];
|
||||||
|
k14 = this->key->schedule[14];
|
||||||
|
|
||||||
|
for (i = 0; i < blocks; i++)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
d = _mm_loadu_si128(bi + i);
|
||||||
|
t = _mm_xor_si128(state, k0);
|
||||||
|
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k1);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k2);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k3);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k4);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k5);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k6);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k7);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k8);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k9);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k10);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k11);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k12);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k13);
|
||||||
|
|
||||||
|
t = _mm_aesenclast_si128(t, k14);
|
||||||
|
t = _mm_xor_si128(t, d);
|
||||||
|
_mm_storeu_si128(bo + i, t);
|
||||||
|
|
||||||
|
state = increment_be(state);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if (rem)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
memset(&b, 0, sizeof(b));
|
||||||
|
memcpy(&b, bi + blocks, rem);
|
||||||
|
|
||||||
|
d = _mm_loadu_si128(&b);
|
||||||
|
t = _mm_xor_si128(state, k0);
|
||||||
|
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k1);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k2);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k3);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k4);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k5);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k6);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k7);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k8);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k9);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k10);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k11);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k12);
|
||||||
|
t = _mm_aesenc_si128(t, k13);
|
||||||
|
|
||||||
|
t = _mm_aesenclast_si128(t, k14);
|
||||||
t = _mm_xor_si128(t, d);
|
t = _mm_xor_si128(t, d);
|
||||||
_mm_storeu_si128(&b, t);
|
_mm_storeu_si128(&b, t);
|
||||||
|
|
||||||
@@ -216,8 +424,20 @@ aesni_ctr_t *aesni_ctr_create(encryption_algorithm_t algo, size_t key_size)
|
|||||||
},
|
},
|
||||||
},
|
},
|
||||||
.key_size = key_size,
|
.key_size = key_size,
|
||||||
.crypt = encrypt_ctr,
|
|
||||||
);
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
switch (key_size)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
case 16:
|
||||||
|
this->crypt = encrypt_ctr128;
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
case 24:
|
||||||
|
this->crypt = encrypt_ctr192;
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
case 32:
|
||||||
|
this->crypt = encrypt_ctr256;
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
return &this->public;
|
return &this->public;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|||||||
Reference in New Issue
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