aesni: Use 4-way parallel AES-NI instructions for CBC decryption
CBC decryption can be parallelized, and we do so by queueing instructions to the processor pipeline. While we have enough registers for 128-bit decryption, the register count is insufficient to hold all variables with larger key sizes. Nonetheless is 4-way parallelism faster, roughly by ~8%.
This commit is contained in:
Martin Willi
@@ -16,6 +16,11 @@
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#include "aesni_cbc.h"
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#include "aesni_key.h"
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/**
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* Pipeline parallelism we use for CBC decryption
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*/
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#define CBC_DECRYPT_PARALLELISM 4
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typedef struct private_aesni_cbc_t private_aesni_cbc_t;
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/**
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@@ -113,8 +118,10 @@ static void decrypt_cbc128(aesni_key_t *key, u_int blocks, u_char *in,
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u_char *iv, u_char *out)
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||||
{
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__m128i k0, k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7, k8, k9, k10;
|
||||
__m128i t, fb, last, *bi, *bo;
|
||||
int i;
|
||||
__m128i last, *bi, *bo;
|
||||
__m128i t1, t2, t3, t4;
|
||||
__m128i f1, f2, f3, f4;
|
||||
u_int i, pblocks;
|
||||
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||||
k0 = key->schedule[0];
|
||||
k1 = key->schedule[1];
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@@ -130,27 +137,98 @@ static void decrypt_cbc128(aesni_key_t *key, u_int blocks, u_char *in,
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bi = (__m128i*)in;
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bo = (__m128i*)out;
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pblocks = blocks - (blocks % CBC_DECRYPT_PARALLELISM);
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fb = _mm_loadu_si128((__m128i*)iv);
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for (i = 0; i < blocks; i++)
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f1 = _mm_loadu_si128((__m128i*)iv);
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for (i = 0; i < pblocks; i += CBC_DECRYPT_PARALLELISM)
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{
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t1 = _mm_loadu_si128(bi + i + 0);
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||||
t2 = _mm_loadu_si128(bi + i + 1);
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||||
t3 = _mm_loadu_si128(bi + i + 2);
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t4 = _mm_loadu_si128(bi + i + 3);
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f2 = t1;
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f3 = t2;
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f4 = t3;
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last = t4;
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t1 = _mm_xor_si128(t1, k0);
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||||
t2 = _mm_xor_si128(t2, k0);
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||||
t3 = _mm_xor_si128(t3, k0);
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||||
t4 = _mm_xor_si128(t4, k0);
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||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k1);
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||||
t2 = _mm_aesdec_si128(t2, k1);
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||||
t3 = _mm_aesdec_si128(t3, k1);
|
||||
t4 = _mm_aesdec_si128(t4, k1);
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||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k2);
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||||
t2 = _mm_aesdec_si128(t2, k2);
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||||
t3 = _mm_aesdec_si128(t3, k2);
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||||
t4 = _mm_aesdec_si128(t4, k2);
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||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k3);
|
||||
t2 = _mm_aesdec_si128(t2, k3);
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||||
t3 = _mm_aesdec_si128(t3, k3);
|
||||
t4 = _mm_aesdec_si128(t4, k3);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k4);
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||||
t2 = _mm_aesdec_si128(t2, k4);
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||||
t3 = _mm_aesdec_si128(t3, k4);
|
||||
t4 = _mm_aesdec_si128(t4, k4);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k5);
|
||||
t2 = _mm_aesdec_si128(t2, k5);
|
||||
t3 = _mm_aesdec_si128(t3, k5);
|
||||
t4 = _mm_aesdec_si128(t4, k5);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k6);
|
||||
t2 = _mm_aesdec_si128(t2, k6);
|
||||
t3 = _mm_aesdec_si128(t3, k6);
|
||||
t4 = _mm_aesdec_si128(t4, k6);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k7);
|
||||
t2 = _mm_aesdec_si128(t2, k7);
|
||||
t3 = _mm_aesdec_si128(t3, k7);
|
||||
t4 = _mm_aesdec_si128(t4, k7);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k8);
|
||||
t2 = _mm_aesdec_si128(t2, k8);
|
||||
t3 = _mm_aesdec_si128(t3, k8);
|
||||
t4 = _mm_aesdec_si128(t4, k8);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k9);
|
||||
t2 = _mm_aesdec_si128(t2, k9);
|
||||
t3 = _mm_aesdec_si128(t3, k9);
|
||||
t4 = _mm_aesdec_si128(t4, k9);
|
||||
|
||||
t1 = _mm_aesdeclast_si128(t1, k10);
|
||||
t2 = _mm_aesdeclast_si128(t2, k10);
|
||||
t3 = _mm_aesdeclast_si128(t3, k10);
|
||||
t4 = _mm_aesdeclast_si128(t4, k10);
|
||||
t1 = _mm_xor_si128(t1, f1);
|
||||
t2 = _mm_xor_si128(t2, f2);
|
||||
t3 = _mm_xor_si128(t3, f3);
|
||||
t4 = _mm_xor_si128(t4, f4);
|
||||
_mm_storeu_si128(bo + i + 0, t1);
|
||||
_mm_storeu_si128(bo + i + 1, t2);
|
||||
_mm_storeu_si128(bo + i + 2, t3);
|
||||
_mm_storeu_si128(bo + i + 3, t4);
|
||||
f1 = last;
|
||||
}
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||||
|
||||
for (i = pblocks; i < blocks; i++)
|
||||
{
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||||
last = _mm_loadu_si128(bi + i);
|
||||
t = _mm_xor_si128(last, k0);
|
||||
t1 = _mm_xor_si128(last, k0);
|
||||
|
||||
t = _mm_aesdec_si128(t, k1);
|
||||
t = _mm_aesdec_si128(t, k2);
|
||||
t = _mm_aesdec_si128(t, k3);
|
||||
t = _mm_aesdec_si128(t, k4);
|
||||
t = _mm_aesdec_si128(t, k5);
|
||||
t = _mm_aesdec_si128(t, k6);
|
||||
t = _mm_aesdec_si128(t, k7);
|
||||
t = _mm_aesdec_si128(t, k8);
|
||||
t = _mm_aesdec_si128(t, k9);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k1);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k2);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k3);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k4);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k5);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k6);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k7);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k8);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k9);
|
||||
|
||||
t = _mm_aesdeclast_si128(t, k10);
|
||||
t = _mm_xor_si128(t, fb);
|
||||
_mm_storeu_si128(bo + i, t);
|
||||
fb = last;
|
||||
t1 = _mm_aesdeclast_si128(t1, k10);
|
||||
t1 = _mm_xor_si128(t1, f1);
|
||||
_mm_storeu_si128(bo + i, t1);
|
||||
f1 = last;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
@@ -212,8 +290,10 @@ static void decrypt_cbc192(aesni_key_t *key, u_int blocks, u_char *in,
|
||||
u_char *iv, u_char *out)
|
||||
{
|
||||
__m128i k0, k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7, k8, k9, k10, k11, k12;
|
||||
__m128i t, fb, last, *bi, *bo;
|
||||
int i;
|
||||
__m128i last, *bi, *bo;
|
||||
__m128i t1, t2, t3, t4;
|
||||
__m128i f1, f2, f3, f4;
|
||||
u_int i, pblocks;
|
||||
|
||||
k0 = key->schedule[0];
|
||||
k1 = key->schedule[1];
|
||||
@@ -231,29 +311,108 @@ static void decrypt_cbc192(aesni_key_t *key, u_int blocks, u_char *in,
|
||||
|
||||
bi = (__m128i*)in;
|
||||
bo = (__m128i*)out;
|
||||
pblocks = blocks - (blocks % CBC_DECRYPT_PARALLELISM);
|
||||
|
||||
fb = _mm_loadu_si128((__m128i*)iv);
|
||||
for (i = 0; i < blocks; i++)
|
||||
f1 = _mm_loadu_si128((__m128i*)iv);
|
||||
|
||||
for (i = 0; i < pblocks; i += CBC_DECRYPT_PARALLELISM)
|
||||
{
|
||||
t1 = _mm_loadu_si128(bi + i + 0);
|
||||
t2 = _mm_loadu_si128(bi + i + 1);
|
||||
t3 = _mm_loadu_si128(bi + i + 2);
|
||||
t4 = _mm_loadu_si128(bi + i + 3);
|
||||
|
||||
f2 = t1;
|
||||
f3 = t2;
|
||||
f4 = t3;
|
||||
last = t4;
|
||||
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||||
t1 = _mm_xor_si128(t1, k0);
|
||||
t2 = _mm_xor_si128(t2, k0);
|
||||
t3 = _mm_xor_si128(t3, k0);
|
||||
t4 = _mm_xor_si128(t4, k0);
|
||||
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k1);
|
||||
t2 = _mm_aesdec_si128(t2, k1);
|
||||
t3 = _mm_aesdec_si128(t3, k1);
|
||||
t4 = _mm_aesdec_si128(t4, k1);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k2);
|
||||
t2 = _mm_aesdec_si128(t2, k2);
|
||||
t3 = _mm_aesdec_si128(t3, k2);
|
||||
t4 = _mm_aesdec_si128(t4, k2);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k3);
|
||||
t2 = _mm_aesdec_si128(t2, k3);
|
||||
t3 = _mm_aesdec_si128(t3, k3);
|
||||
t4 = _mm_aesdec_si128(t4, k3);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k4);
|
||||
t2 = _mm_aesdec_si128(t2, k4);
|
||||
t3 = _mm_aesdec_si128(t3, k4);
|
||||
t4 = _mm_aesdec_si128(t4, k4);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k5);
|
||||
t2 = _mm_aesdec_si128(t2, k5);
|
||||
t3 = _mm_aesdec_si128(t3, k5);
|
||||
t4 = _mm_aesdec_si128(t4, k5);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k6);
|
||||
t2 = _mm_aesdec_si128(t2, k6);
|
||||
t3 = _mm_aesdec_si128(t3, k6);
|
||||
t4 = _mm_aesdec_si128(t4, k6);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k7);
|
||||
t2 = _mm_aesdec_si128(t2, k7);
|
||||
t3 = _mm_aesdec_si128(t3, k7);
|
||||
t4 = _mm_aesdec_si128(t4, k7);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k8);
|
||||
t2 = _mm_aesdec_si128(t2, k8);
|
||||
t3 = _mm_aesdec_si128(t3, k8);
|
||||
t4 = _mm_aesdec_si128(t4, k8);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k9);
|
||||
t2 = _mm_aesdec_si128(t2, k9);
|
||||
t3 = _mm_aesdec_si128(t3, k9);
|
||||
t4 = _mm_aesdec_si128(t4, k9);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k10);
|
||||
t2 = _mm_aesdec_si128(t2, k10);
|
||||
t3 = _mm_aesdec_si128(t3, k10);
|
||||
t4 = _mm_aesdec_si128(t4, k10);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k11);
|
||||
t2 = _mm_aesdec_si128(t2, k11);
|
||||
t3 = _mm_aesdec_si128(t3, k11);
|
||||
t4 = _mm_aesdec_si128(t4, k11);
|
||||
|
||||
t1 = _mm_aesdeclast_si128(t1, k12);
|
||||
t2 = _mm_aesdeclast_si128(t2, k12);
|
||||
t3 = _mm_aesdeclast_si128(t3, k12);
|
||||
t4 = _mm_aesdeclast_si128(t4, k12);
|
||||
t1 = _mm_xor_si128(t1, f1);
|
||||
t2 = _mm_xor_si128(t2, f2);
|
||||
t3 = _mm_xor_si128(t3, f3);
|
||||
t4 = _mm_xor_si128(t4, f4);
|
||||
_mm_storeu_si128(bo + i + 0, t1);
|
||||
_mm_storeu_si128(bo + i + 1, t2);
|
||||
_mm_storeu_si128(bo + i + 2, t3);
|
||||
_mm_storeu_si128(bo + i + 3, t4);
|
||||
f1 = last;
|
||||
}
|
||||
|
||||
for (i = pblocks; i < blocks; i++)
|
||||
{
|
||||
last = _mm_loadu_si128(bi + i);
|
||||
t = _mm_xor_si128(last, k0);
|
||||
t1 = _mm_xor_si128(last, k0);
|
||||
|
||||
t = _mm_aesdec_si128(t, k1);
|
||||
t = _mm_aesdec_si128(t, k2);
|
||||
t = _mm_aesdec_si128(t, k3);
|
||||
t = _mm_aesdec_si128(t, k4);
|
||||
t = _mm_aesdec_si128(t, k5);
|
||||
t = _mm_aesdec_si128(t, k6);
|
||||
t = _mm_aesdec_si128(t, k7);
|
||||
t = _mm_aesdec_si128(t, k8);
|
||||
t = _mm_aesdec_si128(t, k9);
|
||||
t = _mm_aesdec_si128(t, k10);
|
||||
t = _mm_aesdec_si128(t, k11);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k1);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k2);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k3);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k4);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k5);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k6);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k7);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k8);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k9);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k10);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k11);
|
||||
|
||||
t = _mm_aesdeclast_si128(t, k12);
|
||||
t = _mm_xor_si128(t, fb);
|
||||
_mm_storeu_si128(bo + i, t);
|
||||
fb = last;
|
||||
t1 = _mm_aesdeclast_si128(t1, k12);
|
||||
t1 = _mm_xor_si128(t1, f1);
|
||||
_mm_storeu_si128(bo + i, t1);
|
||||
f1 = last;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
@@ -319,8 +478,10 @@ static void decrypt_cbc256(aesni_key_t *key, u_int blocks, u_char *in,
|
||||
u_char *iv, u_char *out)
|
||||
{
|
||||
__m128i k0, k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7, k8, k9, k10, k11, k12, k13, k14;
|
||||
__m128i t, fb, last, *bi, *bo;
|
||||
int i;
|
||||
__m128i last, *bi, *bo;
|
||||
__m128i t1, t2, t3, t4;
|
||||
__m128i f1, f2, f3, f4;
|
||||
u_int i, pblocks;
|
||||
|
||||
k0 = key->schedule[0];
|
||||
k1 = key->schedule[1];
|
||||
@@ -340,31 +501,118 @@ static void decrypt_cbc256(aesni_key_t *key, u_int blocks, u_char *in,
|
||||
|
||||
bi = (__m128i*)in;
|
||||
bo = (__m128i*)out;
|
||||
pblocks = blocks - (blocks % CBC_DECRYPT_PARALLELISM);
|
||||
|
||||
fb = _mm_loadu_si128((__m128i*)iv);
|
||||
for (i = 0; i < blocks; i++)
|
||||
f1 = _mm_loadu_si128((__m128i*)iv);
|
||||
|
||||
for (i = 0; i < pblocks; i += CBC_DECRYPT_PARALLELISM)
|
||||
{
|
||||
t1 = _mm_loadu_si128(bi + i + 0);
|
||||
t2 = _mm_loadu_si128(bi + i + 1);
|
||||
t3 = _mm_loadu_si128(bi + i + 2);
|
||||
t4 = _mm_loadu_si128(bi + i + 3);
|
||||
|
||||
f2 = t1;
|
||||
f3 = t2;
|
||||
f4 = t3;
|
||||
last = t4;
|
||||
|
||||
t1 = _mm_xor_si128(t1, k0);
|
||||
t2 = _mm_xor_si128(t2, k0);
|
||||
t3 = _mm_xor_si128(t3, k0);
|
||||
t4 = _mm_xor_si128(t4, k0);
|
||||
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k1);
|
||||
t2 = _mm_aesdec_si128(t2, k1);
|
||||
t3 = _mm_aesdec_si128(t3, k1);
|
||||
t4 = _mm_aesdec_si128(t4, k1);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k2);
|
||||
t2 = _mm_aesdec_si128(t2, k2);
|
||||
t3 = _mm_aesdec_si128(t3, k2);
|
||||
t4 = _mm_aesdec_si128(t4, k2);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k3);
|
||||
t2 = _mm_aesdec_si128(t2, k3);
|
||||
t3 = _mm_aesdec_si128(t3, k3);
|
||||
t4 = _mm_aesdec_si128(t4, k3);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k4);
|
||||
t2 = _mm_aesdec_si128(t2, k4);
|
||||
t3 = _mm_aesdec_si128(t3, k4);
|
||||
t4 = _mm_aesdec_si128(t4, k4);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k5);
|
||||
t2 = _mm_aesdec_si128(t2, k5);
|
||||
t3 = _mm_aesdec_si128(t3, k5);
|
||||
t4 = _mm_aesdec_si128(t4, k5);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k6);
|
||||
t2 = _mm_aesdec_si128(t2, k6);
|
||||
t3 = _mm_aesdec_si128(t3, k6);
|
||||
t4 = _mm_aesdec_si128(t4, k6);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k7);
|
||||
t2 = _mm_aesdec_si128(t2, k7);
|
||||
t3 = _mm_aesdec_si128(t3, k7);
|
||||
t4 = _mm_aesdec_si128(t4, k7);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k8);
|
||||
t2 = _mm_aesdec_si128(t2, k8);
|
||||
t3 = _mm_aesdec_si128(t3, k8);
|
||||
t4 = _mm_aesdec_si128(t4, k8);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k9);
|
||||
t2 = _mm_aesdec_si128(t2, k9);
|
||||
t3 = _mm_aesdec_si128(t3, k9);
|
||||
t4 = _mm_aesdec_si128(t4, k9);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k10);
|
||||
t2 = _mm_aesdec_si128(t2, k10);
|
||||
t3 = _mm_aesdec_si128(t3, k10);
|
||||
t4 = _mm_aesdec_si128(t4, k10);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k11);
|
||||
t2 = _mm_aesdec_si128(t2, k11);
|
||||
t3 = _mm_aesdec_si128(t3, k11);
|
||||
t4 = _mm_aesdec_si128(t4, k11);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k12);
|
||||
t2 = _mm_aesdec_si128(t2, k12);
|
||||
t3 = _mm_aesdec_si128(t3, k12);
|
||||
t4 = _mm_aesdec_si128(t4, k12);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k13);
|
||||
t2 = _mm_aesdec_si128(t2, k13);
|
||||
t3 = _mm_aesdec_si128(t3, k13);
|
||||
t4 = _mm_aesdec_si128(t4, k13);
|
||||
|
||||
t1 = _mm_aesdeclast_si128(t1, k14);
|
||||
t2 = _mm_aesdeclast_si128(t2, k14);
|
||||
t3 = _mm_aesdeclast_si128(t3, k14);
|
||||
t4 = _mm_aesdeclast_si128(t4, k14);
|
||||
t1 = _mm_xor_si128(t1, f1);
|
||||
t2 = _mm_xor_si128(t2, f2);
|
||||
t3 = _mm_xor_si128(t3, f3);
|
||||
t4 = _mm_xor_si128(t4, f4);
|
||||
_mm_storeu_si128(bo + i + 0, t1);
|
||||
_mm_storeu_si128(bo + i + 1, t2);
|
||||
_mm_storeu_si128(bo + i + 2, t3);
|
||||
_mm_storeu_si128(bo + i + 3, t4);
|
||||
f1 = last;
|
||||
}
|
||||
|
||||
for (i = pblocks; i < blocks; i++)
|
||||
{
|
||||
last = _mm_loadu_si128(bi + i);
|
||||
t = _mm_xor_si128(last, k0);
|
||||
t1 = _mm_xor_si128(last, k0);
|
||||
|
||||
t = _mm_aesdec_si128(t, k1);
|
||||
t = _mm_aesdec_si128(t, k2);
|
||||
t = _mm_aesdec_si128(t, k3);
|
||||
t = _mm_aesdec_si128(t, k4);
|
||||
t = _mm_aesdec_si128(t, k5);
|
||||
t = _mm_aesdec_si128(t, k6);
|
||||
t = _mm_aesdec_si128(t, k7);
|
||||
t = _mm_aesdec_si128(t, k8);
|
||||
t = _mm_aesdec_si128(t, k9);
|
||||
t = _mm_aesdec_si128(t, k10);
|
||||
t = _mm_aesdec_si128(t, k11);
|
||||
t = _mm_aesdec_si128(t, k12);
|
||||
t = _mm_aesdec_si128(t, k13);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k1);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k2);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k3);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k4);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k5);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k6);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k7);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k8);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k9);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k10);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k11);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k12);
|
||||
t1 = _mm_aesdec_si128(t1, k13);
|
||||
|
||||
t = _mm_aesdeclast_si128(t, k14);
|
||||
t = _mm_xor_si128(t, fb);
|
||||
_mm_storeu_si128(bo + i, t);
|
||||
fb = last;
|
||||
t1 = _mm_aesdeclast_si128(t1, k14);
|
||||
t1 = _mm_xor_si128(t1, f1);
|
||||
_mm_storeu_si128(bo + i, t1);
|
||||
f1 = last;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
|
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