crypto/ppccap.c

   1 /*
   2  * Copyright 2009-2021 The OpenSSL Project Authors. All Rights Reserved.
   3  *
   4  * Licensed under the OpenSSL license (the "License").  You may not use
   5  * this file except in compliance with the License.  You can obtain a copy
   6  * in the file LICENSE in the source distribution or at
   7  * https://www.openssl.org/source/license.html
   8  */
   9
  10 #include <stdio.h>
  11 #include <stdlib.h>
  12 #include <string.h>
  13 #include <setjmp.h>
  14 #include <signal.h>
  15 #include <unistd.h>
  16 #if defined(__linux) || defined(_AIX)
  17 # include <sys/utsname.h>
  18 #endif
  19 #if defined(_AIX53)     /* defined even on post-5.3 */
  20 # include <sys/systemcfg.h>
  21 # if !defined(__power_set)
  22 #  define __power_set(a) (_system_configuration.implementation & (a))
  23 # endif
  24 #endif
  25 #if defined(__APPLE__) && defined(__MACH__)
  26 # include <sys/types.h>
  27 # include <sys/sysctl.h>
  28 #endif
  29 #include <openssl/crypto.h>
  30 #include <openssl/bn.h>
  31 #include <internal/cryptlib.h>
  32 #include <crypto/chacha.h>
  33 #include "bn/bn_local.h"
  34
  35 #include "ppc_arch.h"
  36
  37 unsigned int OPENSSL_ppccap_P = 0;
  38
  39 static sigset_t all_masked;
  40
  41 #ifdef OPENSSL_BN_ASM_MONT
  42 int bn_mul_mont(BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap, const BN_ULONG *bp,
  43                 const BN_ULONG *np, const BN_ULONG *n0, int num)
  44 {
  45     int bn_mul_mont_int(BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap, const BN_ULONG *bp,
  46                         const BN_ULONG *np, const BN_ULONG *n0, int num);
  47     int bn_mul4x_mont_int(BN_ULONG *rp, const BN_ULONG *ap, const BN_ULONG *bp,
  48                           const BN_ULONG *np, const BN_ULONG *n0, int num);
  49
  50     if (num < 4)
  51         return 0;
  52
  53     if ((num & 3) == 0)
  54         return bn_mul4x_mont_int(rp, ap, bp, np, n0, num);
  55
  56     /*
  57      * There used to be [optional] call to bn_mul_mont_fpu64 here,
  58      * but above subroutine is faster on contemporary processors.
  59      * Formulation means that there might be old processors where
  60      * FPU code path would be faster, POWER6 perhaps, but there was
  61      * no opportunity to figure it out...
  62      */
  63
  64     return bn_mul_mont_int(rp, ap, bp, np, n0, num);
  65 }
  66 #endif
  67
  68 void sha256_block_p8(void *ctx, const void *inp, size_t len);
  69 void sha256_block_ppc(void *ctx, const void *inp, size_t len);
  70 void sha256_block_data_order(void *ctx, const void *inp, size_t len);
  71 void sha256_block_data_order(void *ctx, const void *inp, size_t len)
  72 {
  73     OPENSSL_ppccap_P & PPC_CRYPTO207 ? sha256_block_p8(ctx, inp, len) :
  74         sha256_block_ppc(ctx, inp, len);
  75 }
  76
  77 void sha512_block_p8(void *ctx, const void *inp, size_t len);
  78 void sha512_block_ppc(void *ctx, const void *inp, size_t len);
  79 void sha512_block_data_order(void *ctx, const void *inp, size_t len);
  80 void sha512_block_data_order(void *ctx, const void *inp, size_t len)
  81 {
  82     OPENSSL_ppccap_P & PPC_CRYPTO207 ? sha512_block_p8(ctx, inp, len) :
  83         sha512_block_ppc(ctx, inp, len);
  84 }
  85
  86 #ifndef OPENSSL_NO_CHACHA
  87 void ChaCha20_ctr32_int(unsigned char *out, const unsigned char *inp,
  88                         size_t len, const unsigned int key[8],
  89                         const unsigned int counter[4]);
  90 void ChaCha20_ctr32_vmx(unsigned char *out, const unsigned char *inp,
  91                         size_t len, const unsigned int key[8],
  92                         const unsigned int counter[4]);
  93 void ChaCha20_ctr32_vsx(unsigned char *out, const unsigned char *inp,
  94                         size_t len, const unsigned int key[8],
  95                         const unsigned int counter[4]);
  96 void ChaCha20_ctr32(unsigned char *out, const unsigned char *inp,
  97                     size_t len, const unsigned int key[8],
  98                     const unsigned int counter[4])
  99 {
 100     OPENSSL_ppccap_P & PPC_CRYPTO207
 101         ? ChaCha20_ctr32_vsx(out, inp, len, key, counter)
 102         : OPENSSL_ppccap_P & PPC_ALTIVEC
 103             ? ChaCha20_ctr32_vmx(out, inp, len, key, counter)
 104             : ChaCha20_ctr32_int(out, inp, len, key, counter);
 105 }
 106 #endif
 107
 108 #ifndef OPENSSL_NO_POLY1305
 109 void poly1305_init_int(void *ctx, const unsigned char key[16]);
 110 void poly1305_blocks(void *ctx, const unsigned char *inp, size_t len,
 111                          unsigned int padbit);
 112 void poly1305_emit(void *ctx, unsigned char mac[16],
 113                        const unsigned int nonce[4]);
 114 void poly1305_init_fpu(void *ctx, const unsigned char key[16]);
 115 void poly1305_blocks_fpu(void *ctx, const unsigned char *inp, size_t len,
 116                          unsigned int padbit);
 117 void poly1305_emit_fpu(void *ctx, unsigned char mac[16],
 118                        const unsigned int nonce[4]);
 119 int poly1305_init(void *ctx, const unsigned char key[16], void *func[2]);
 120 int poly1305_init(void *ctx, const unsigned char key[16], void *func[2])
 121 {
 122     if (sizeof(size_t) == 4 && (OPENSSL_ppccap_P & PPC_FPU)) {
 123         poly1305_init_fpu(ctx, key);
 124         func[0] = (void*)(uintptr_t)poly1305_blocks_fpu;
 125         func[1] = (void*)(uintptr_t)poly1305_emit_fpu;
 126     } else {
 127         poly1305_init_int(ctx, key);
 128         func[0] = (void*)(uintptr_t)poly1305_blocks;
 129         func[1] = (void*)(uintptr_t)poly1305_emit;
 130     }
 131     return 1;
 132 }
 133 #endif
 134
 135 #ifdef ECP_NISTZ256_ASM
 136 void ecp_nistz256_mul_mont(unsigned long res[4], const unsigned long a[4],
 137                            const unsigned long b[4]);
 138
 139 void ecp_nistz256_to_mont(unsigned long res[4], const unsigned long in[4]);
 140 void ecp_nistz256_to_mont(unsigned long res[4], const unsigned long in[4])
 141 {
 142     static const unsigned long RR[] = { 0x0000000000000003U,
 143                                         0xfffffffbffffffffU,
 144                                         0xfffffffffffffffeU,
 145                                         0x00000004fffffffdU };
 146
 147     ecp_nistz256_mul_mont(res, in, RR);
 148 }
 149
 150 void ecp_nistz256_from_mont(unsigned long res[4], const unsigned long in[4]);
 151 void ecp_nistz256_from_mont(unsigned long res[4], const unsigned long in[4])
 152 {
 153     static const unsigned long one[] = { 1, 0, 0, 0 };
 154
 155     ecp_nistz256_mul_mont(res, in, one);
 156 }
 157 #endif
 158
 159 static sigjmp_buf ill_jmp;
 160 static void ill_handler(int sig)
 161 {
 162     siglongjmp(ill_jmp, sig);
 163 }
 164
 165 void OPENSSL_fpu_probe(void);
 166 void OPENSSL_ppc64_probe(void);
 167 void OPENSSL_altivec_probe(void);
 168 void OPENSSL_crypto207_probe(void);
 169 void OPENSSL_madd300_probe(void);
 170
 171 long OPENSSL_rdtsc_mftb(void);
 172 long OPENSSL_rdtsc_mfspr268(void);
 173
 174 uint32_t OPENSSL_rdtsc(void)
 175 {
 176     if (OPENSSL_ppccap_P & PPC_MFTB)
 177         return OPENSSL_rdtsc_mftb();
 178     else if (OPENSSL_ppccap_P & PPC_MFSPR268)
 179         return OPENSSL_rdtsc_mfspr268();
 180     else
 181         return 0;
 182 }
 183
 184 size_t OPENSSL_instrument_bus_mftb(unsigned int *, size_t);
 185 size_t OPENSSL_instrument_bus_mfspr268(unsigned int *, size_t);
 186
 187 size_t OPENSSL_instrument_bus(unsigned int *out, size_t cnt)
 188 {
 189     if (OPENSSL_ppccap_P & PPC_MFTB)
 190         return OPENSSL_instrument_bus_mftb(out, cnt);
 191     else if (OPENSSL_ppccap_P & PPC_MFSPR268)
 192         return OPENSSL_instrument_bus_mfspr268(out, cnt);
 193     else
 194         return 0;
 195 }
 196
 197 size_t OPENSSL_instrument_bus2_mftb(unsigned int *, size_t, size_t);
 198 size_t OPENSSL_instrument_bus2_mfspr268(unsigned int *, size_t, size_t);
 199
 200 size_t OPENSSL_instrument_bus2(unsigned int *out, size_t cnt, size_t max)
 201 {
 202     if (OPENSSL_ppccap_P & PPC_MFTB)
 203         return OPENSSL_instrument_bus2_mftb(out, cnt, max);
 204     else if (OPENSSL_ppccap_P & PPC_MFSPR268)
 205         return OPENSSL_instrument_bus2_mfspr268(out, cnt, max);
 206     else
 207         return 0;
 208 }
 209
 210 #if defined(__GLIBC__) && defined(__GLIBC_PREREQ)
 211 # if __GLIBC_PREREQ(2, 16)
 212 #  include <sys/auxv.h>
 213 #  define OSSL_IMPLEMENT_GETAUXVAL
 214 # elif defined(__ANDROID_API__)
 215 /* see https://developer.android.google.cn/ndk/guides/cpu-features */
 216 #  if __ANDROID_API__ >= 18
 217 #   include <sys/auxv.h>
 218 #   define OSSL_IMPLEMENT_GETAUXVAL
 219 #  endif
 220 # endif
 221 #endif
 222
 223 #if defined(__FreeBSD__)
 224 # include <sys/param.h>
 225 # if __FreeBSD_version >= 1200000
 226 #  include <sys/auxv.h>
 227 #  define OSSL_IMPLEMENT_GETAUXVAL
 228
 229 static unsigned long getauxval(unsigned long key)
 230 {
 231   unsigned long val = 0ul;
 232
 233   if (elf_aux_info((int)key, &val, sizeof(val)) != 0)
 234     return 0ul;
 235
 236   return val;
 237 }
 238 # endif
 239 #endif
 240
 241 /* I wish <sys/auxv.h> was universally available */
 242 #define HWCAP                   16      /* AT_HWCAP */
 243 #define HWCAP_PPC64             (1U << 30)
 244 #define HWCAP_ALTIVEC           (1U << 28)
 245 #define HWCAP_FPU               (1U << 27)
 246 #define HWCAP_POWER6_EXT        (1U << 9)
 247 #define HWCAP_VSX               (1U << 7)
 248
 249 #define HWCAP2                  26      /* AT_HWCAP2 */
 250 #define HWCAP_VEC_CRYPTO        (1U << 25)
 251 #define HWCAP_ARCH_3_00         (1U << 23)
 252
 253 # if defined(__GNUC__) && __GNUC__>=2
 254 __attribute__ ((constructor))
 255 # endif
 256 void OPENSSL_cpuid_setup(void)
 257 {
 258     char *e;
 259     struct sigaction ill_oact, ill_act;
 260     sigset_t oset;
 261     static int trigger = 0;
 262
 263     if (trigger)
 264         return;
 265     trigger = 1;
 266
 267     if ((e = getenv("OPENSSL_ppccap"))) {
 268         OPENSSL_ppccap_P = strtoul(e, NULL, 0);
 269         return;
 270     }
 271
 272     OPENSSL_ppccap_P = 0;
 273
 274 #if defined(_AIX)
 275     OPENSSL_ppccap_P |= PPC_FPU;
 276
 277     if (sizeof(size_t) == 4) {
 278         struct utsname uts;
 279 # if defined(_SC_AIX_KERNEL_BITMODE)
 280         if (sysconf(_SC_AIX_KERNEL_BITMODE) != 64)
 281             return;
 282 # endif
 283         if (uname(&uts) != 0 || atoi(uts.version) < 6)
 284             return;
 285     }
 286
 287 # if defined(__power_set)
 288     /*
 289      * Value used in __power_set is a single-bit 1<<n one denoting
 290      * specific processor class. Incidentally 0xffffffff<<n can be
 291      * used to denote specific processor and its successors.
 292      */
 293     if (sizeof(size_t) == 4) {
 294         /* In 32-bit case PPC_FPU64 is always fastest [if option] */
 295         if (__power_set(0xffffffffU<<13))       /* POWER5 and later */
 296             OPENSSL_ppccap_P |= PPC_FPU64;
 297     } else {
 298         /* In 64-bit case PPC_FPU64 is fastest only on POWER6 */
 299         if (__power_set(0x1U<<14))              /* POWER6 */
 300             OPENSSL_ppccap_P |= PPC_FPU64;
 301     }
 302
 303     if (__power_set(0xffffffffU<<14))           /* POWER6 and later */
 304         OPENSSL_ppccap_P |= PPC_ALTIVEC;
 305
 306     if (__power_set(0xffffffffU<<16))           /* POWER8 and later */
 307         OPENSSL_ppccap_P |= PPC_CRYPTO207;
 308
 309     if (__power_set(0xffffffffU<<17))           /* POWER9 and later */
 310         OPENSSL_ppccap_P |= PPC_MADD300;
 311
 312     return;
 313 # endif
 314 #endif
 315
 316 #if defined(__APPLE__) && defined(__MACH__)
 317     OPENSSL_ppccap_P |= PPC_FPU;
 318
 319     {
 320         int val;
 321         size_t len = sizeof(val);
 322
 323         if (sysctlbyname("hw.optional.64bitops", &val, &len, NULL, 0) == 0) {
 324             if (val)
 325                 OPENSSL_ppccap_P |= PPC_FPU64;
 326         }
 327
 328         len = sizeof(val);
 329         if (sysctlbyname("hw.optional.altivec", &val, &len, NULL, 0) == 0) {
 330             if (val)
 331                 OPENSSL_ppccap_P |= PPC_ALTIVEC;
 332         }
 333
 334         return;
 335     }
 336 #endif
 337
 338 #ifdef OSSL_IMPLEMENT_GETAUXVAL
 339     {
 340         unsigned long hwcap = getauxval(HWCAP);
 341         unsigned long hwcap2 = getauxval(HWCAP2);
 342
 343         if (hwcap & HWCAP_FPU) {
 344             OPENSSL_ppccap_P |= PPC_FPU;
 345
 346             if (sizeof(size_t) == 4) {
 347                 /* In 32-bit case PPC_FPU64 is always fastest [if option] */
 348                 if (hwcap & HWCAP_PPC64)
 349                     OPENSSL_ppccap_P |= PPC_FPU64;
 350             } else {
 351                 /* In 64-bit case PPC_FPU64 is fastest only on POWER6 */
 352                 if (hwcap & HWCAP_POWER6_EXT)
 353                     OPENSSL_ppccap_P |= PPC_FPU64;
 354             }
 355         }
 356
 357         if (hwcap & HWCAP_ALTIVEC) {
 358             OPENSSL_ppccap_P |= PPC_ALTIVEC;
 359
 360             if ((hwcap & HWCAP_VSX) && (hwcap2 & HWCAP_VEC_CRYPTO))
 361                 OPENSSL_ppccap_P |= PPC_CRYPTO207;
 362         }
 363
 364         if (hwcap2 & HWCAP_ARCH_3_00) {
 365             OPENSSL_ppccap_P |= PPC_MADD300;
 366         }
 367     }
 368 #endif
 369
 370     sigfillset(&all_masked);
 371     sigdelset(&all_masked, SIGILL);
 372     sigdelset(&all_masked, SIGTRAP);
 373 #ifdef SIGEMT
 374     sigdelset(&all_masked, SIGEMT);
 375 #endif
 376     sigdelset(&all_masked, SIGFPE);
 377     sigdelset(&all_masked, SIGBUS);
 378     sigdelset(&all_masked, SIGSEGV);
 379
 380     memset(&ill_act, 0, sizeof(ill_act));
 381     ill_act.sa_handler = ill_handler;
 382     ill_act.sa_mask = all_masked;
 383
 384     sigprocmask(SIG_SETMASK, &ill_act.sa_mask, &oset);
 385     sigaction(SIGILL, &ill_act, &ill_oact);
 386
 387 #ifndef OSSL_IMPLEMENT_GETAUXVAL
 388     if (sigsetjmp(ill_jmp,1) == 0) {
 389         OPENSSL_fpu_probe();
 390         OPENSSL_ppccap_P |= PPC_FPU;
 391
 392         if (sizeof(size_t) == 4) {
 393 # ifdef __linux
 394             struct utsname uts;
 395             if (uname(&uts) == 0 && strcmp(uts.machine, "ppc64") == 0)
 396 # endif
 397                 if (sigsetjmp(ill_jmp, 1) == 0) {
 398                     OPENSSL_ppc64_probe();
 399                     OPENSSL_ppccap_P |= PPC_FPU64;
 400                 }
 401         } else {
 402             /*
 403              * Wanted code detecting POWER6 CPU and setting PPC_FPU64
 404              */
 405         }
 406     }
 407
 408     if (sigsetjmp(ill_jmp, 1) == 0) {
 409         OPENSSL_altivec_probe();
 410         OPENSSL_ppccap_P |= PPC_ALTIVEC;
 411         if (sigsetjmp(ill_jmp, 1) == 0) {
 412             OPENSSL_crypto207_probe();
 413             OPENSSL_ppccap_P |= PPC_CRYPTO207;
 414         }
 415     }
 416
 417     if (sigsetjmp(ill_jmp, 1) == 0) {
 418         OPENSSL_madd300_probe();
 419         OPENSSL_ppccap_P |= PPC_MADD300;
 420     }
 421 #endif
 422
 423     if (sigsetjmp(ill_jmp, 1) == 0) {
 424         OPENSSL_rdtsc_mftb();
 425         OPENSSL_ppccap_P |= PPC_MFTB;
 426     } else if (sigsetjmp(ill_jmp, 1) == 0) {
 427         OPENSSL_rdtsc_mfspr268();
 428         OPENSSL_ppccap_P |= PPC_MFSPR268;
 429     }
 430
 431     sigaction(SIGILL, &ill_oact, NULL);
 432     sigprocmask(SIG_SETMASK, &oset, NULL);
 433 }