]> git.cryptolib.org Git - avr-crypto-lib.git/blob - keccak/keccak-asm.S
[keccak-asm] *_ctx2hash in asm
[avr-crypto-lib.git] / keccak / keccak-asm.S
1 /* keccac-asm.S */
2 /*
3     This file is part of the AVR-Crypto-Lib.
4     Copyright (C) 2012  Daniel Otte (daniel.otte@rub.de)
5
6     This program is free software: you can redistribute it and/or modify
7     it under the terms of the GNU General Public License as published by
8     the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9     (at your option) any later version.
10
11     This program is distributed in the hope that it will be useful,
12     but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13     MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14     GNU General Public License for more details.
15
16     You should have received a copy of the GNU General Public License
17     along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19 /**
20  * \file     keccak-asm.S
21  * \email    daniel.otte@rub.de
22  * \author   Daniel Otte
23  * \date     2012-12-16
24  * \license  GPLv3 or later
25  *
26  */
27
28 .nolist
29 #include "avr-asm-macros.S"
30 .list
31
32 .equ __zero_reg__, 1
33
34 /*
35 typedef struct{
36         uint64_t a[5][5];
37         uint16_t r, c;
38         uint8_t  d, bs;
39 } keccak_ctx_t;
40 */
41         .struct 0
42 ctx_a:
43         .struct ctx_a + 8 * 5 * 5
44 ctx_r:
45         .struct ctx_r + 2
46 ctx_bs:
47
48         .section .text
49
50         .global rho_pi_idx_table
51 rho_pi_idx_table:
52         .irp i, 0, 1, 2, 3, 4
53                 .irp j, 0, 1, 2, 3, 4
54                         .byte (((2 * \j + 3 * \i) % 5) * 5 + \i) * 8
55                 .endr
56         .endr
57
58 /*
59 #define ROT_BIT(a) (( (a) <= 4) ? ((a) << 1) : (0x01 | ((8 - (a)) << 1)))
60 #define ROT_CODE(a) ((((a) / 8 + ((((a) % 8) > 4) ? 1 : 0)) << 4) | ROT_BIT(((a) % 8)))
61
62 const uint8_t keccak_rotate_codes[5][5] PROGMEM = {
63         { ROT_CODE( 0), ROT_CODE( 1), ROT_CODE(62), ROT_CODE(28), ROT_CODE(27) },
64         { ROT_CODE(36), ROT_CODE(44), ROT_CODE( 6), ROT_CODE(55), ROT_CODE(20) },
65         { ROT_CODE( 3), ROT_CODE(10), ROT_CODE(43), ROT_CODE(25), ROT_CODE(39) },
66         { ROT_CODE(41), ROT_CODE(45), ROT_CODE(15), ROT_CODE(21), ROT_CODE( 8) },
67         { ROT_CODE(18), ROT_CODE( 2), ROT_CODE(61), ROT_CODE(56), ROT_CODE(14) }
68 };
69 */
70
71 keccak_rotate_codes:
72 .byte   0x00, 0x02, 0x85, 0x38, 0x36
73 .byte   0x48, 0x58, 0x15, 0x73, 0x28
74 .byte   0x06, 0x14, 0x56, 0x32, 0x53
75 .byte   0x52, 0x67, 0x23, 0x37, 0x10
76 .byte   0x24, 0x04, 0x87, 0x70, 0x25
77
78 keccak_rc_comp:
79 .byte   0x01, 0x92, 0xda, 0x70
80 .byte   0x9b, 0x21, 0xf1, 0x59
81 .byte   0x8a, 0x88, 0x39, 0x2a
82 .byte   0xbb, 0xcb, 0xd9, 0x53
83 .byte   0x52, 0xc0, 0x1a, 0x6a
84 .byte   0xf1, 0xd0, 0x21, 0x78
85
86         .align 2
87
88 rotate64_1bit_left:
89         bst r25, 7
90         rol r18
91         rol r19
92         rol r20
93         rol r21
94         rol r22
95         rol r23
96         rol r24
97         rol r25
98         bld r18, 0
99         ret
100
101 rotate64_1bit_right:
102         bst r18, 0
103         ror r25
104         ror r24
105         ror r23
106         ror r22
107         ror r21
108         ror r20
109         ror r19
110         ror r18
111         bld r25, 7
112         ret
113
114 rotate64_1byte_left:
115         mov r0, r25
116         mov r25, r24
117         mov r24, r23
118         mov r23, r22
119         mov r22, r21
120         mov r21, r20
121         mov r20, r19
122         mov r19, r18
123         mov r18, r0
124         ret
125
126 rotate64_2byte_left:
127         movw r0, r24
128         movw r24, r22
129         movw r22, r20
130         movw r20, r18
131         movw r18, r0
132         ret
133
134 rotate64_3byte_left:
135         mov r0, r25
136         mov r25, r22
137         mov r22, r19
138         mov r19, r24
139         mov r24, r21
140         mov r21, r18
141         mov r18, r23
142         mov r23, r20
143         mov r20, r0
144         ret
145
146 rotate64_4byte_left:
147         movw r0, r24
148         movw r24, r20
149         movw r20, r0
150         movw r0, r22
151         movw r22, r18
152         movw r18, r0
153         ret
154
155 rotate64_5byte_left:
156         mov r0, r25
157         mov r25, r20
158         mov r20, r23
159         mov r23, r18
160         mov r18, r21
161         mov r21, r24
162         mov r24, r19
163         mov r19, r22
164         mov r22, r0
165         ret
166
167 rotate64_6byte_left:
168         movw r0, r18
169         movw r18, r20
170         movw r20, r22
171         movw r22, r24
172         movw r24, r0
173         ret
174
175 rotate64_7byte_left:
176         mov r0, r18
177         mov r18, r19
178         mov r19, r20
179         mov r20, r21
180         mov r21, r22
181         mov r22, r23
182         mov r23, r24
183         mov r24, r25
184         mov r25, r0
185
186 byte_rot_jmp_table:
187         ret
188         rjmp rotate64_1byte_left
189         rjmp rotate64_2byte_left
190         rjmp rotate64_3byte_left
191         rjmp rotate64_4byte_left
192         rjmp rotate64_5byte_left
193         rjmp rotate64_6byte_left
194         rjmp rotate64_7byte_left
195
196
197 /*
198         void keccak_theta (uint64_t *a, uint64_t *b){
199         // uint64_t b[5][5];
200                 for(i = 0; i < 5; ++i){
201                         b[i][0] = a[0][i] ^ a[1][i] ^ a[2][i] ^ a[3][i] ^ a[4][i];
202                 }
203         }
204 */
205
206 /*********************************************
207  * theta_2a
208  *********************************************
209         input:
210                 r24:r25 = a ; uint64_t a[5][5]
211                 X = b       ; uint64_t *b
212         output:
213                 a[0..4][0] ^= b
214                 r20 = 0
215                 r21 = XX
216                 r22 = XX
217                 r24:r25 += 8
218                 X += 8
219                 Z = r24:r25 + 7 + 4 * 40
220 */
221 theta_2a:
222         ldi r20, 8
223 10:
224         movw ZL, r24
225         ld  r21, X+
226         .irp r, 0, 1, 2, 3, 4
227                 ld  r22, Z
228                 eor r22, r21
229                 st  Z, r22
230         .if \r != 4
231                 adiw ZL, 40
232         .endif
233         .endr
234         adiw r24, 1
235         dec r20
236         brne 10b
237         ret
238
239 /*********************************************
240  * theta_2b
241  *********************************************
242         input:
243                 r24:r25 = a+1 ; uint64_t a[5][5]
244                 X = b       ; uint64_t *b
245         output:
246                 a[0..4][0] ^= rol(b,1)
247                 r19 = XX
248                 r20 = 0
249                 r21 = XX
250                 r22 = XX
251                 r24:r25 += 8
252                 X += 8
253                 Z = r24:r25 + 7 + 4 * 40
254 */
255 theta_2b:
256         ldi r20, 7
257         ld r19, X+
258         lsl r19
259         rol __zero_reg__
260 10:
261         movw ZL, r24
262         ld  r21, X+
263         ror __zero_reg__
264         rol r21
265         rol __zero_reg__
266         .irp r, 0, 1, 2, 3, 4
267                 ld  r22, Z
268                 eor r22, r21
269                 st  Z, r22
270         .if \r != 4
271                 adiw ZL, 40
272         .endif
273         .endr
274         adiw r24, 1
275         dec r20
276         brne 10b
277         add r19, __zero_reg__
278         sbiw r24, 8
279         movw ZL, r24
280         .irp r, 0, 1, 2, 3, 4
281                 ld  r22, Z
282                 eor r22, r19
283                 st  Z, r22
284         .if \r != 4
285                 adiw ZL, 40
286         .endif
287         .endr
288         adiw r24, 9
289         clr __zero_reg__
290         ret
291
292 ;       a[i][j] =  b[i][j] ^ ((~(b[i][(j + 1) % 5])) & (b[i][(j + 2) % 5]));
293
294 /*********************************************
295  * chi_step
296  *********************************************
297         input:
298                 Y = a; uint8t *a;
299                 X = b; uint8t *b;
300                 Z = c; uint8t *c;
301         output:
302                 a[0..7] ^= ~b[0..7] & c[0..7]
303                 X += 8
304                 Y += 8
305                 Z += 8
306                 r16 = 0
307                 trash r21, r22, r23
308 */
309 chi_step:
310         ldi r16, 8
311 10:
312         ld r21, Y
313         ld r22, X+
314         ld r23, Z+
315         com r22
316         and r22, r23
317         eor r21, r22
318         st Y+, r21
319         dec r16
320         brne 10b
321         ret
322
323         .global keccak_nextBlock
324         .func keccak_nextBlock
325 keccak_nextBlock:
326         movw ZL, r24
327         subi ZL, lo8(-ctx_bs)
328         sbci ZH, hi8(-ctx_bs)
329         ld r20, Z
330         movw XL, r24
331         movw ZL, r22
332 10:
333         ld r22, X
334         ld r23, Z+
335         eor r22, r23
336         st X+, r22
337         dec r20
338         brne 10b
339         .endfunc
340
341         .global keccak_f1600
342         .func keccak_f1600
343 keccak_f1600:
344         push_range 2, 9
345         push r16
346         push_range 28, 29
347
348         stack_alloc_large 200, r26, r27
349         adiw XL, 1
350
351         clr r9
352 5:
353         movw r30, r24 ; Z = a
354
355         ldi r19, 5
356 10:
357         ldi r20, 8
358 20:
359         ld  r22, Z
360         adiw ZL, 40
361         ld  r21, Z
362         eor r22, r21
363         adiw ZL, 40
364         ld  r21, Z
365         eor r22, r21
366         adiw ZL, 40
367         ld  r21, Z
368         eor r22, r21
369         adiw ZL, 40
370         ld  r21, Z
371         eor r22, r21
372         adiw r24, 1
373         movw r30, r24
374         st X+, r22
375         dec r20
376         brne 20b
377
378         adiw XL, 8 * 4
379         dec r19
380         brne 10b
381 /*
382         for(i = 0; i < 5; ++i){
383                 for(j = 0; j < 5; ++j){
384                         a[j][i] ^= b[(4 + i) % 5][0];
385                 }
386         }
387
388 */
389 /* a[0..4][0]{0..7} ^= b[4][0]{0..7} */
390         sbiw XL, 5 * 8
391         sbiw r24, 40
392         rcall theta_2a
393 /* a[0..4][1]{0..7} ^= b[0][0]{0..7} */
394         subi XL, lo8(4 * 5 * 8 + 8)
395         sbci XH, hi8(4 * 5 * 8 + 8)
396         rcall theta_2a
397 /* a[0..4][2]{0..7} ^= b[1][0]{0..7} */
398         adiw XL, 4 * 8
399         rcall theta_2a
400 /* a[0..4][3]{0..7} ^= b[2][0]{0..7} */
401         adiw XL, 4 * 8
402         rcall theta_2a
403 /* a[0..4][4]{0..7} ^= b[3][0]{0..7} */
404         adiw XL, 4 * 8
405         rcall theta_2a
406 /*
407         for(i = 0; i < 5; ++i){
408         for(j = 0; j < 5; ++j){
409             a[j][i] ^= rotate64_1bit_left(b[(i + 1) % 5][0]);
410         }
411     }
412 */
413 /* a[0..4][0]{0..7} ^= rol(b[1][0]{0..7}) */
414         subi r24, lo8(5 * 8 - 1)
415         sbci r25, hi8(5 * 8 - 1)
416         subi XL, lo8(2 * 5 * 8 + 8)
417         sbci XH, hi8(2 * 5 * 8 + 8)
418         rcall theta_2b
419 /* a[0..4][1]{0..7} ^= rol(b[2][0]{0..7}) */
420         adiw XL, 4 * 8
421         rcall theta_2b
422 /* a[0..4][21]{0..7} ^= rol(b[3][0]{0..7}) */
423         adiw XL, 4 * 8
424         rcall theta_2b
425 /* a[0..4][3]{0..7} ^= rol(b[4][0]{0..7}) */
426         adiw XL, 4 * 8
427         rcall theta_2b
428 /* a[0..4][4]{0..7} ^= rol(b[0][0]{0..7}) */
429         subi XL, lo8(4 * 5 * 8 + 8)
430         sbci XH, hi8(4 * 5 * 8 + 8)
431         rcall theta_2b
432
433 ;       ret
434 /*
435    -- rho & pi --
436         for(i = 0; i < 5; ++i){
437                 for(j = 0; j < 5; ++j){
438                         b[(2 * i + 3 * j) % 5][j] =
439               rotate64left_code(a[j][i], pgm_read_byte(&(keccak_rotate_codes[i][j])));
440                 }
441         }
442
443    -- or --
444
445         const uint8_t* rot_code = (const uint8_t*)keccak_rotate_codes;
446     const uint8_t* idx_idx = (const uint8_t*)rho_pi_idx_table;
447     uint64_t *a_tmp = (uint64_t*)a;
448         for(i = 0; i < 25; ++i){
449                     *((uint64_t*)(((uint8_t*)b) + pgm_read_byte(idx_idx++))) =
450                 rotate64left_code(*a_tmp++, pgm_read_byte(rot_code++));
451
452         }
453
454 */
455
456 .equ B_REG_L, 6
457 .equ B_REG_H, 7
458
459         ldi r18, lo8(keccak_rotate_codes)
460         ldi r19, hi8(keccak_rotate_codes)
461         movw r2, r18
462         ldi r18, lo8(rho_pi_idx_table)
463         ldi r19, hi8(rho_pi_idx_table)
464         movw r4, r18
465         ldi r16, 25
466         mov r8, r16
467
468         sbiw r24, 5 * 8 + 1
469         movw YL, r24
470         sbiw XL, 8
471         movw B_REG_L, XL
472
473 10:
474         ld r18, Y+
475         ld r19, Y+
476         ld r20, Y+
477         ld r21, Y+
478         ld r22, Y+
479         ld r23, Y+
480         ld r24, Y+
481         ld r25, Y+
482         movw ZL, r2
483         lpm r16, Z+
484         movw r2, ZL
485 rotate64left_code:
486         ldi r30, pm_lo8(byte_rot_jmp_table)
487         ldi r31, pm_hi8(byte_rot_jmp_table)
488         mov r0, r16
489         andi r16, 0x70
490         swap r16
491         add r30, r16
492         adc r31, r1
493         mov r16, r0
494         andi r16, 0x0f
495         icall
496         clr r1
497 rotate64_nbit_autodir:
498         lsr r16
499         brcc rotate64_nbit_left
500 rotate64_nbit_right:
501         ldi r30, pm_lo8(rotate64_1bit_right)
502         ldi r31, pm_hi8(rotate64_1bit_right)
503         rjmp icall_r16_times
504 rotate64_nbit_left:
505         ldi r30, pm_lo8(rotate64_1bit_left)
506         ldi r31, pm_hi8(rotate64_1bit_left)
507 icall_r16_times:
508 1:      dec r16
509         brmi 2f
510         icall
511         rjmp 1b
512 2:
513         movw ZL, r4
514         lpm r16, Z+
515         movw r4, ZL
516         movw XL, B_REG_L
517         add XL, r16
518         adc XH, __zero_reg__
519         st X+, r18
520         st X+, r19
521         st X+, r20
522         st X+, r21
523         st X+, r22
524         st X+, r23
525         st X+, r24
526         st X+, r25
527
528         dec r8
529         brne 10b
530 /*
531         -- chi --
532         for(i = 0; i < 5; ++i){
533         a[i][0] ^= ((~(b[i][1])) & (b[i][2]));
534         a[i][1] ^= ((~(b[i][2])) & (b[i][3]));
535         a[i][2] ^= ((~(b[i][3])) & (b[i][4]));
536         a[i][3] ^= ((~(b[i][4])) & (b[i][0]));
537         a[i][4] ^= ((~(b[i][0])) & (b[i][1]));
538
539         }
540 */
541         ; memcpy(a, b, 200)
542         ; X points at b + 32 + 8 = b + 40 = b[1][0] has to point to b[0][0]
543         ldi r16, 200 / 8
544         sbiw XL, 5 * 8
545         movw ZL, XL
546         subi YL, lo8(5 * 5 * 8)
547         sbci YH, hi8(5 * 5 * 8)
548         movw r2, YL
549 10:
550         .rept 8
551         ld r22, X+
552         st Y+, r22
553         .endr
554         dec r16
555         brne 10b
556
557         ; Z points at b
558         movw XL, ZL
559         movw r4, ZL
560         adiw XL, 8
561         adiw ZL, 16
562         movw YL, r2
563         ldi r18, 5
564 10:
565         rcall chi_step
566         rcall chi_step
567         rcall chi_step
568         sbiw ZL, 5 * 8
569         rcall chi_step
570         sbiw XL, 5 * 8
571         rcall chi_step
572         adiw XL, 5 * 8
573         adiw ZL, 5 * 8
574         dec r18
575         brne 10b
576
577         /* -- iota -- */
578         ldi r30, lo8(keccak_rc_comp)
579         ldi r31, hi8(keccak_rc_comp)
580         add r30, r9
581         adc r31, __zero_reg__
582         lpm r20, Z+
583         movw YL, r2
584         ldi r21, 0x80
585         bst r20, 6
586         brtc 10f
587         ldd r22, Y+7
588         eor r22, r21
589         std Y+7, r22
590 10:
591         bst r20, 5
592         brtc 10f
593         ldd r22, Y+3
594         eor r22, r21
595         std Y+3, r22
596 10:
597         bst r20, 4
598         brtc 10f
599         ldd r22, Y+1
600         eor r22, r21
601         std Y+1, r22
602 10:
603         andi r20, 0x8f
604         ld r22, Y
605         eor r22, r20
606         st Y, r22
607
608         inc r9
609         mov r16, r9
610         cpi r16, 24
611         breq 20f
612         movw r24, YL
613         movw r26, r4
614         rjmp 5b
615 20:
616
617         stack_free_large3 200
618
619         pop_range 28, 29
620         pop r16
621         pop_range 2, 9
622         ret
623         .endfunc
624
625
626         .global keccak224_ctx2hash
627         .func keccak224_ctx2hash
628 keccak224_ctx2hash:
629         movw r20, r22
630         ldi r22, lo8(224)
631         ldi r23, hi8(224)
632         rjmp keccak_ctx2hash
633         .endfunc
634
635         .global keccak384_ctx2hash
636         .func keccak384_ctx2hash
637 keccak384_ctx2hash:
638         movw r20, r22
639         ldi r22, lo8(384)
640         ldi r23, hi8(384)
641         rjmp keccak_ctx2hash
642         .endfunc
643
644         .global keccak512_ctx2hash
645         .func keccak512_ctx2hash
646 keccak512_ctx2hash:
647         movw r20, r22
648         ldi r22, lo8(512)
649         ldi r23, hi8(512)
650         rjmp keccak_ctx2hash
651         .endfunc
652
653         .global keccak256_ctx2hash
654         .func keccak256_ctx2hash
655 keccak256_ctx2hash:
656         movw r20, r22
657         ldi r22, lo8(256)
658         ldi r23, hi8(256)
659         .endfunc
660
661 /*
662 void keccak_ctx2hash(void* dest, uint16_t length_b, keccak_ctx_t* ctx){
663         while(length_b>=ctx->r){
664                 memcpy(dest, ctx->a, ctx->bs);
665                 dest = (uint8_t*)dest + ctx->bs;
666                 length_b -= ctx->r;
667                 keccak_f1600(ctx->a);
668         }
669         memcpy(dest, ctx->a, (length_b+7)/8);
670 }
671 */
672         .global keccak_ctx2hash
673         .func keccak_ctx2hash
674 keccak_ctx2hash:
675         push_range 2, 10
676         movw r4, r20
677         movw r6, r24
678         movw ZL, r20
679         movw r8, r22
680         subi ZL, lo8(-ctx_r)
681         sbci ZH, hi8(-ctx_r)
682         ld r2, Z+
683         ld r3, Z+
684         ldd r10, Z+3 ; load blocksize (in bytes)
685 10:
686         ; length_b = (r9:r8) ; r = (r3:r2) ; (H:L)
687         cp  r2, r8
688         cpc r3, r9
689 ;       rjmp 40f
690         brsh 40f
691         movw XL, r4
692         movw ZL, r6
693         mov r24, r10
694 20:
695         ld r22, X+
696         st Z+, r22
697         dec r24
698         brne 20b
699         movw r6, ZL
700         sub r8, r2
701         sbc r9, r3
702         movw r24, r4
703         rcall keccak_f1600
704         rjmp 10b
705 40:
706         movw XL, r4
707         movw ZL, r6
708         movw r24, r8
709         adiw r24, 7
710         lsr r25
711         ror r24
712         lsr r25
713         ror r24
714         lsr r25
715         ror r24
716         adiw r24, 0
717         breq 99f
718 10:
719         ld r22, X+
720         st Z+, r22
721         sbiw r24, 1
722         brne 10b
723 99:
724         pop_range 2, 10
725         ret
726         .endfunc
727