xref: /freebsd-src/contrib/bearssl/src/symcipher/poly1305_ctmulq.c (revision 2aaf9152a852aba9eb2036b95f4948ee77988826)
1*0957b409SSimon J. Gerraty /*
2*0957b409SSimon J. Gerraty  * Copyright (c) 2017 Thomas Pornin <pornin@bolet.org>
3*0957b409SSimon J. Gerraty  *
4*0957b409SSimon J. Gerraty  * Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining
5*0957b409SSimon J. Gerraty  * a copy of this software and associated documentation files (the
6*0957b409SSimon J. Gerraty  * "Software"), to deal in the Software without restriction, including
7*0957b409SSimon J. Gerraty  * without limitation the rights to use, copy, modify, merge, publish,
8*0957b409SSimon J. Gerraty  * distribute, sublicense, and/or sell copies of the Software, and to
9*0957b409SSimon J. Gerraty  * permit persons to whom the Software is furnished to do so, subject to
10*0957b409SSimon J. Gerraty  * the following conditions:
11*0957b409SSimon J. Gerraty  *
12*0957b409SSimon J. Gerraty  * The above copyright notice and this permission notice shall be
13*0957b409SSimon J. Gerraty  * included in all copies or substantial portions of the Software.
14*0957b409SSimon J. Gerraty  *
15*0957b409SSimon J. Gerraty  * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND,
16*0957b409SSimon J. Gerraty  * EXPRESS OR IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF
17*0957b409SSimon J. Gerraty  * MERCHANTABILITY, FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND
18*0957b409SSimon J. Gerraty  * NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL THE AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS
19*0957b409SSimon J. Gerraty  * BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER LIABILITY, WHETHER IN AN
20*0957b409SSimon J. Gerraty  * ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM, OUT OF OR IN
21*0957b409SSimon J. Gerraty  * CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN THE
22*0957b409SSimon J. Gerraty  * SOFTWARE.
23*0957b409SSimon J. Gerraty  */
24*0957b409SSimon J. Gerraty 
25*0957b409SSimon J. Gerraty #include "inner.h"
26*0957b409SSimon J. Gerraty 
27*0957b409SSimon J. Gerraty #if BR_INT128 || BR_UMUL128
28*0957b409SSimon J. Gerraty 
29*0957b409SSimon J. Gerraty #if BR_INT128
30*0957b409SSimon J. Gerraty 
31*0957b409SSimon J. Gerraty #define MUL128(hi, lo, x, y)   do { \
32*0957b409SSimon J. Gerraty 		unsigned __int128 mul128tmp; \
33*0957b409SSimon J. Gerraty 		mul128tmp = (unsigned __int128)(x) * (unsigned __int128)(y); \
34*0957b409SSimon J. Gerraty 		(hi) = (uint64_t)(mul128tmp >> 64); \
35*0957b409SSimon J. Gerraty 		(lo) = (uint64_t)mul128tmp; \
36*0957b409SSimon J. Gerraty 	} while (0)
37*0957b409SSimon J. Gerraty 
38*0957b409SSimon J. Gerraty #elif BR_UMUL128
39*0957b409SSimon J. Gerraty 
40*0957b409SSimon J. Gerraty #include <intrin.h>
41*0957b409SSimon J. Gerraty 
42*0957b409SSimon J. Gerraty #define MUL128(hi, lo, x, y)   do { \
43*0957b409SSimon J. Gerraty 		(lo) = _umul128((x), (y), &(hi)); \
44*0957b409SSimon J. Gerraty 	} while (0)
45*0957b409SSimon J. Gerraty 
46*0957b409SSimon J. Gerraty #endif
47*0957b409SSimon J. Gerraty 
48*0957b409SSimon J. Gerraty #define MASK42   ((uint64_t)0x000003FFFFFFFFFF)
49*0957b409SSimon J. Gerraty #define MASK44   ((uint64_t)0x00000FFFFFFFFFFF)
50*0957b409SSimon J. Gerraty 
51*0957b409SSimon J. Gerraty /*
52*0957b409SSimon J. Gerraty  * The "accumulator" word is nominally a 130-bit value. We split it into
53*0957b409SSimon J. Gerraty  * words of 44 bits, each held in a 64-bit variable.
54*0957b409SSimon J. Gerraty  *
55*0957b409SSimon J. Gerraty  * If the current accumulator is a = a0 + a1*W + a2*W^2 (where W = 2^44)
56*0957b409SSimon J. Gerraty  * and r = r0 + r1*W + r2*W^2, then:
57*0957b409SSimon J. Gerraty  *
58*0957b409SSimon J. Gerraty  *   a*r = (a0*r0)
59*0957b409SSimon J. Gerraty  *       + (a0*r1 + a1*r0) * W
60*0957b409SSimon J. Gerraty  *       + (a0*r2 + a1*r1 + a2*r0) * W^2
61*0957b409SSimon J. Gerraty  *       + (a1*r2 + a2*r1) * W^3
62*0957b409SSimon J. Gerraty  *       + (a2*r2) * W^4
63*0957b409SSimon J. Gerraty  *
64*0957b409SSimon J. Gerraty  * We want to reduce that value modulo p = 2^130-5, so W^3 = 20 mod p,
65*0957b409SSimon J. Gerraty  * and W^4 = 20*W mod p. Thus, if we define u1 = 20*r1 and u2 = 20*r2,
66*0957b409SSimon J. Gerraty  * then the equations above become:
67*0957b409SSimon J. Gerraty  *
68*0957b409SSimon J. Gerraty  *  b0 = a0*r0 + a1*u2 + a2*u1
69*0957b409SSimon J. Gerraty  *  b1 = a0*r1 + a1*r0 + a2*u2
70*0957b409SSimon J. Gerraty  *  b2 = a0*r2 + a1*r1 + a2*r0
71*0957b409SSimon J. Gerraty  *
72*0957b409SSimon J. Gerraty  * In order to make u1 fit in 44 bits, we can change these equations
73*0957b409SSimon J. Gerraty  * into:
74*0957b409SSimon J. Gerraty  *
75*0957b409SSimon J. Gerraty  *  b0 = a0*r0 + a1*u2 + a2*t1
76*0957b409SSimon J. Gerraty  *  b1 = a0*r1 + a1*r0 + a2*t2
77*0957b409SSimon J. Gerraty  *  b2 = a0*r2 + a1*r1 + a2*r0
78*0957b409SSimon J. Gerraty  *
79*0957b409SSimon J. Gerraty  * Where t1 is u1 truncated to 44 bits, and t2 is u2 added to the extra
80*0957b409SSimon J. Gerraty  * bits of u1. Note that since r is clamped down to a 124-bit value, the
81*0957b409SSimon J. Gerraty  * values u2 and t2 fit on 44 bits too.
82*0957b409SSimon J. Gerraty  *
83*0957b409SSimon J. Gerraty  * The bx values are larger than 44 bits, so we may split them into a
84*0957b409SSimon J. Gerraty  * lower half (cx, 44 bits) and an upper half (dx). The new values for
85*0957b409SSimon J. Gerraty  * the accumulator are then:
86*0957b409SSimon J. Gerraty  *
87*0957b409SSimon J. Gerraty  *  e0 = c0 + 20*d2
88*0957b409SSimon J. Gerraty  *  e1 = c1 + d0
89*0957b409SSimon J. Gerraty  *  e2 = c2 + d1
90*0957b409SSimon J. Gerraty  *
91*0957b409SSimon J. Gerraty  * The equations allow for some room, i.e. the ax values may be larger
92*0957b409SSimon J. Gerraty  * than 44 bits. Similarly, the ex values will usually be larger than
93*0957b409SSimon J. Gerraty  * the ax. Thus, some sort of carry propagation must be done regularly,
94*0957b409SSimon J. Gerraty  * though not necessarily at each iteration. In particular, we do not
95*0957b409SSimon J. Gerraty  * need to compute the additions (for the bx values) over 128-bit
96*0957b409SSimon J. Gerraty  * quantities; we can stick to 64-bit computations.
97*0957b409SSimon J. Gerraty  *
98*0957b409SSimon J. Gerraty  *
99*0957b409SSimon J. Gerraty  * Since the 128-bit result of a 64x64 multiplication is actually
100*0957b409SSimon J. Gerraty  * represented over two 64-bit registers, it is cheaper to arrange for
101*0957b409SSimon J. Gerraty  * any split that happens between the "high" and "low" halves to be on
102*0957b409SSimon J. Gerraty  * that 64-bit boundary. This is done by left shifting the rx, ux and tx
103*0957b409SSimon J. Gerraty  * by 20 bits (since they all fit on 44 bits each, this shift is
104*0957b409SSimon J. Gerraty  * always possible).
105*0957b409SSimon J. Gerraty  */
106*0957b409SSimon J. Gerraty 
107*0957b409SSimon J. Gerraty static void
poly1305_inner_big(uint64_t * acc,uint64_t * r,const void * data,size_t len)108*0957b409SSimon J. Gerraty poly1305_inner_big(uint64_t *acc, uint64_t *r, const void *data, size_t len)
109*0957b409SSimon J. Gerraty {
110*0957b409SSimon J. Gerraty 
111*0957b409SSimon J. Gerraty #define MX(hi, lo, m0, m1, m2)   do { \
112*0957b409SSimon J. Gerraty 		uint64_t mxhi, mxlo; \
113*0957b409SSimon J. Gerraty 		MUL128(mxhi, mxlo, a0, m0); \
114*0957b409SSimon J. Gerraty 		(hi) = mxhi; \
115*0957b409SSimon J. Gerraty 		(lo) = mxlo >> 20; \
116*0957b409SSimon J. Gerraty 		MUL128(mxhi, mxlo, a1, m1); \
117*0957b409SSimon J. Gerraty 		(hi) += mxhi; \
118*0957b409SSimon J. Gerraty 		(lo) += mxlo >> 20; \
119*0957b409SSimon J. Gerraty 		MUL128(mxhi, mxlo, a2, m2); \
120*0957b409SSimon J. Gerraty 		(hi) += mxhi; \
121*0957b409SSimon J. Gerraty 		(lo) += mxlo >> 20; \
122*0957b409SSimon J. Gerraty 	} while (0)
123*0957b409SSimon J. Gerraty 
124*0957b409SSimon J. Gerraty 	const unsigned char *buf;
125*0957b409SSimon J. Gerraty 	uint64_t a0, a1, a2;
126*0957b409SSimon J. Gerraty 	uint64_t r0, r1, r2, t1, t2, u2;
127*0957b409SSimon J. Gerraty 
128*0957b409SSimon J. Gerraty 	r0 = r[0];
129*0957b409SSimon J. Gerraty 	r1 = r[1];
130*0957b409SSimon J. Gerraty 	r2 = r[2];
131*0957b409SSimon J. Gerraty 	t1 = r[3];
132*0957b409SSimon J. Gerraty 	t2 = r[4];
133*0957b409SSimon J. Gerraty 	u2 = r[5];
134*0957b409SSimon J. Gerraty 	a0 = acc[0];
135*0957b409SSimon J. Gerraty 	a1 = acc[1];
136*0957b409SSimon J. Gerraty 	a2 = acc[2];
137*0957b409SSimon J. Gerraty 	buf = data;
138*0957b409SSimon J. Gerraty 
139*0957b409SSimon J. Gerraty 	while (len > 0) {
140*0957b409SSimon J. Gerraty 		uint64_t v0, v1, v2;
141*0957b409SSimon J. Gerraty 		uint64_t c0, c1, c2, d0, d1, d2;
142*0957b409SSimon J. Gerraty 
143*0957b409SSimon J. Gerraty 		v0 = br_dec64le(buf + 0);
144*0957b409SSimon J. Gerraty 		v1 = br_dec64le(buf + 8);
145*0957b409SSimon J. Gerraty 		v2 = v1 >> 24;
146*0957b409SSimon J. Gerraty 		v1 = ((v0 >> 44) | (v1 << 20)) & MASK44;
147*0957b409SSimon J. Gerraty 		v0 &= MASK44;
148*0957b409SSimon J. Gerraty 		a0 += v0;
149*0957b409SSimon J. Gerraty 		a1 += v1;
150*0957b409SSimon J. Gerraty 		a2 += v2 + ((uint64_t)1 << 40);
151*0957b409SSimon J. Gerraty 		MX(d0, c0, r0, u2, t1);
152*0957b409SSimon J. Gerraty 		MX(d1, c1, r1, r0, t2);
153*0957b409SSimon J. Gerraty 		MX(d2, c2, r2, r1, r0);
154*0957b409SSimon J. Gerraty 		a0 = c0 + 20 * d2;
155*0957b409SSimon J. Gerraty 		a1 = c1 + d0;
156*0957b409SSimon J. Gerraty 		a2 = c2 + d1;
157*0957b409SSimon J. Gerraty 
158*0957b409SSimon J. Gerraty 		v0 = br_dec64le(buf + 16);
159*0957b409SSimon J. Gerraty 		v1 = br_dec64le(buf + 24);
160*0957b409SSimon J. Gerraty 		v2 = v1 >> 24;
161*0957b409SSimon J. Gerraty 		v1 = ((v0 >> 44) | (v1 << 20)) & MASK44;
162*0957b409SSimon J. Gerraty 		v0 &= MASK44;
163*0957b409SSimon J. Gerraty 		a0 += v0;
164*0957b409SSimon J. Gerraty 		a1 += v1;
165*0957b409SSimon J. Gerraty 		a2 += v2 + ((uint64_t)1 << 40);
166*0957b409SSimon J. Gerraty 		MX(d0, c0, r0, u2, t1);
167*0957b409SSimon J. Gerraty 		MX(d1, c1, r1, r0, t2);
168*0957b409SSimon J. Gerraty 		MX(d2, c2, r2, r1, r0);
169*0957b409SSimon J. Gerraty 		a0 = c0 + 20 * d2;
170*0957b409SSimon J. Gerraty 		a1 = c1 + d0;
171*0957b409SSimon J. Gerraty 		a2 = c2 + d1;
172*0957b409SSimon J. Gerraty 
173*0957b409SSimon J. Gerraty 		v0 = br_dec64le(buf + 32);
174*0957b409SSimon J. Gerraty 		v1 = br_dec64le(buf + 40);
175*0957b409SSimon J. Gerraty 		v2 = v1 >> 24;
176*0957b409SSimon J. Gerraty 		v1 = ((v0 >> 44) | (v1 << 20)) & MASK44;
177*0957b409SSimon J. Gerraty 		v0 &= MASK44;
178*0957b409SSimon J. Gerraty 		a0 += v0;
179*0957b409SSimon J. Gerraty 		a1 += v1;
180*0957b409SSimon J. Gerraty 		a2 += v2 + ((uint64_t)1 << 40);
181*0957b409SSimon J. Gerraty 		MX(d0, c0, r0, u2, t1);
182*0957b409SSimon J. Gerraty 		MX(d1, c1, r1, r0, t2);
183*0957b409SSimon J. Gerraty 		MX(d2, c2, r2, r1, r0);
184*0957b409SSimon J. Gerraty 		a0 = c0 + 20 * d2;
185*0957b409SSimon J. Gerraty 		a1 = c1 + d0;
186*0957b409SSimon J. Gerraty 		a2 = c2 + d1;
187*0957b409SSimon J. Gerraty 
188*0957b409SSimon J. Gerraty 		v0 = br_dec64le(buf + 48);
189*0957b409SSimon J. Gerraty 		v1 = br_dec64le(buf + 56);
190*0957b409SSimon J. Gerraty 		v2 = v1 >> 24;
191*0957b409SSimon J. Gerraty 		v1 = ((v0 >> 44) | (v1 << 20)) & MASK44;
192*0957b409SSimon J. Gerraty 		v0 &= MASK44;
193*0957b409SSimon J. Gerraty 		a0 += v0;
194*0957b409SSimon J. Gerraty 		a1 += v1;
195*0957b409SSimon J. Gerraty 		a2 += v2 + ((uint64_t)1 << 40);
196*0957b409SSimon J. Gerraty 		MX(d0, c0, r0, u2, t1);
197*0957b409SSimon J. Gerraty 		MX(d1, c1, r1, r0, t2);
198*0957b409SSimon J. Gerraty 		MX(d2, c2, r2, r1, r0);
199*0957b409SSimon J. Gerraty 		a0 = c0 + 20 * d2;
200*0957b409SSimon J. Gerraty 		a1 = c1 + d0;
201*0957b409SSimon J. Gerraty 		a2 = c2 + d1;
202*0957b409SSimon J. Gerraty 
203*0957b409SSimon J. Gerraty 		a1 += a0 >> 44;
204*0957b409SSimon J. Gerraty 		a0 &= MASK44;
205*0957b409SSimon J. Gerraty 		a2 += a1 >> 44;
206*0957b409SSimon J. Gerraty 		a1 &= MASK44;
207*0957b409SSimon J. Gerraty 		a0 += 20 * (a2 >> 44);
208*0957b409SSimon J. Gerraty 		a2 &= MASK44;
209*0957b409SSimon J. Gerraty 
210*0957b409SSimon J. Gerraty 		buf += 64;
211*0957b409SSimon J. Gerraty 		len -= 64;
212*0957b409SSimon J. Gerraty 	}
213*0957b409SSimon J. Gerraty 	acc[0] = a0;
214*0957b409SSimon J. Gerraty 	acc[1] = a1;
215*0957b409SSimon J. Gerraty 	acc[2] = a2;
216*0957b409SSimon J. Gerraty 
217*0957b409SSimon J. Gerraty #undef MX
218*0957b409SSimon J. Gerraty }
219*0957b409SSimon J. Gerraty 
220*0957b409SSimon J. Gerraty static void
poly1305_inner_small(uint64_t * acc,uint64_t * r,const void * data,size_t len)221*0957b409SSimon J. Gerraty poly1305_inner_small(uint64_t *acc, uint64_t *r, const void *data, size_t len)
222*0957b409SSimon J. Gerraty {
223*0957b409SSimon J. Gerraty 	const unsigned char *buf;
224*0957b409SSimon J. Gerraty 	uint64_t a0, a1, a2;
225*0957b409SSimon J. Gerraty 	uint64_t r0, r1, r2, t1, t2, u2;
226*0957b409SSimon J. Gerraty 
227*0957b409SSimon J. Gerraty 	r0 = r[0];
228*0957b409SSimon J. Gerraty 	r1 = r[1];
229*0957b409SSimon J. Gerraty 	r2 = r[2];
230*0957b409SSimon J. Gerraty 	t1 = r[3];
231*0957b409SSimon J. Gerraty 	t2 = r[4];
232*0957b409SSimon J. Gerraty 	u2 = r[5];
233*0957b409SSimon J. Gerraty 	a0 = acc[0];
234*0957b409SSimon J. Gerraty 	a1 = acc[1];
235*0957b409SSimon J. Gerraty 	a2 = acc[2];
236*0957b409SSimon J. Gerraty 	buf = data;
237*0957b409SSimon J. Gerraty 
238*0957b409SSimon J. Gerraty 	while (len > 0) {
239*0957b409SSimon J. Gerraty 		uint64_t v0, v1, v2;
240*0957b409SSimon J. Gerraty 		uint64_t c0, c1, c2, d0, d1, d2;
241*0957b409SSimon J. Gerraty 		unsigned char tmp[16];
242*0957b409SSimon J. Gerraty 
243*0957b409SSimon J. Gerraty 		if (len < 16) {
244*0957b409SSimon J. Gerraty 			memcpy(tmp, buf, len);
245*0957b409SSimon J. Gerraty 			memset(tmp + len, 0, (sizeof tmp) - len);
246*0957b409SSimon J. Gerraty 			buf = tmp;
247*0957b409SSimon J. Gerraty 			len = 16;
248*0957b409SSimon J. Gerraty 		}
249*0957b409SSimon J. Gerraty 		v0 = br_dec64le(buf + 0);
250*0957b409SSimon J. Gerraty 		v1 = br_dec64le(buf + 8);
251*0957b409SSimon J. Gerraty 
252*0957b409SSimon J. Gerraty 		v2 = v1 >> 24;
253*0957b409SSimon J. Gerraty 		v1 = ((v0 >> 44) | (v1 << 20)) & MASK44;
254*0957b409SSimon J. Gerraty 		v0 &= MASK44;
255*0957b409SSimon J. Gerraty 
256*0957b409SSimon J. Gerraty 		a0 += v0;
257*0957b409SSimon J. Gerraty 		a1 += v1;
258*0957b409SSimon J. Gerraty 		a2 += v2 + ((uint64_t)1 << 40);
259*0957b409SSimon J. Gerraty 
260*0957b409SSimon J. Gerraty #define MX(hi, lo, m0, m1, m2)   do { \
261*0957b409SSimon J. Gerraty 		uint64_t mxhi, mxlo; \
262*0957b409SSimon J. Gerraty 		MUL128(mxhi, mxlo, a0, m0); \
263*0957b409SSimon J. Gerraty 		(hi) = mxhi; \
264*0957b409SSimon J. Gerraty 		(lo) = mxlo >> 20; \
265*0957b409SSimon J. Gerraty 		MUL128(mxhi, mxlo, a1, m1); \
266*0957b409SSimon J. Gerraty 		(hi) += mxhi; \
267*0957b409SSimon J. Gerraty 		(lo) += mxlo >> 20; \
268*0957b409SSimon J. Gerraty 		MUL128(mxhi, mxlo, a2, m2); \
269*0957b409SSimon J. Gerraty 		(hi) += mxhi; \
270*0957b409SSimon J. Gerraty 		(lo) += mxlo >> 20; \
271*0957b409SSimon J. Gerraty 	} while (0)
272*0957b409SSimon J. Gerraty 
273*0957b409SSimon J. Gerraty 		MX(d0, c0, r0, u2, t1);
274*0957b409SSimon J. Gerraty 		MX(d1, c1, r1, r0, t2);
275*0957b409SSimon J. Gerraty 		MX(d2, c2, r2, r1, r0);
276*0957b409SSimon J. Gerraty 
277*0957b409SSimon J. Gerraty #undef MX
278*0957b409SSimon J. Gerraty 
279*0957b409SSimon J. Gerraty 		a0 = c0 + 20 * d2;
280*0957b409SSimon J. Gerraty 		a1 = c1 + d0;
281*0957b409SSimon J. Gerraty 		a2 = c2 + d1;
282*0957b409SSimon J. Gerraty 
283*0957b409SSimon J. Gerraty 		a1 += a0 >> 44;
284*0957b409SSimon J. Gerraty 		a0 &= MASK44;
285*0957b409SSimon J. Gerraty 		a2 += a1 >> 44;
286*0957b409SSimon J. Gerraty 		a1 &= MASK44;
287*0957b409SSimon J. Gerraty 		a0 += 20 * (a2 >> 44);
288*0957b409SSimon J. Gerraty 		a2 &= MASK44;
289*0957b409SSimon J. Gerraty 
290*0957b409SSimon J. Gerraty 		buf += 16;
291*0957b409SSimon J. Gerraty 		len -= 16;
292*0957b409SSimon J. Gerraty 	}
293*0957b409SSimon J. Gerraty 	acc[0] = a0;
294*0957b409SSimon J. Gerraty 	acc[1] = a1;
295*0957b409SSimon J. Gerraty 	acc[2] = a2;
296*0957b409SSimon J. Gerraty }
297*0957b409SSimon J. Gerraty 
298*0957b409SSimon J. Gerraty static inline void
poly1305_inner(uint64_t * acc,uint64_t * r,const void * data,size_t len)299*0957b409SSimon J. Gerraty poly1305_inner(uint64_t *acc, uint64_t *r, const void *data, size_t len)
300*0957b409SSimon J. Gerraty {
301*0957b409SSimon J. Gerraty 	if (len >= 64) {
302*0957b409SSimon J. Gerraty 		size_t len2;
303*0957b409SSimon J. Gerraty 
304*0957b409SSimon J. Gerraty 		len2 = len & ~(size_t)63;
305*0957b409SSimon J. Gerraty 		poly1305_inner_big(acc, r, data, len2);
306*0957b409SSimon J. Gerraty 		data = (const unsigned char *)data + len2;
307*0957b409SSimon J. Gerraty 		len -= len2;
308*0957b409SSimon J. Gerraty 	}
309*0957b409SSimon J. Gerraty 	if (len > 0) {
310*0957b409SSimon J. Gerraty 		poly1305_inner_small(acc, r, data, len);
311*0957b409SSimon J. Gerraty 	}
312*0957b409SSimon J. Gerraty }
313*0957b409SSimon J. Gerraty 
314*0957b409SSimon J. Gerraty /* see bearssl_block.h */
315*0957b409SSimon J. Gerraty void
br_poly1305_ctmulq_run(const void * key,const void * iv,void * data,size_t len,const void * aad,size_t aad_len,void * tag,br_chacha20_run ichacha,int encrypt)316*0957b409SSimon J. Gerraty br_poly1305_ctmulq_run(const void *key, const void *iv,
317*0957b409SSimon J. Gerraty 	void *data, size_t len, const void *aad, size_t aad_len,
318*0957b409SSimon J. Gerraty 	void *tag, br_chacha20_run ichacha, int encrypt)
319*0957b409SSimon J. Gerraty {
320*0957b409SSimon J. Gerraty 	unsigned char pkey[32], foot[16];
321*0957b409SSimon J. Gerraty 	uint64_t r[6], acc[3], r0, r1;
322*0957b409SSimon J. Gerraty 	uint32_t v0, v1, v2, v3, v4;
323*0957b409SSimon J. Gerraty 	uint64_t w0, w1, w2, w3;
324*0957b409SSimon J. Gerraty 	uint32_t ctl;
325*0957b409SSimon J. Gerraty 
326*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
327*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * Compute the MAC key. The 'r' value is the first 16 bytes of
328*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * pkey[].
329*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
330*0957b409SSimon J. Gerraty 	memset(pkey, 0, sizeof pkey);
331*0957b409SSimon J. Gerraty 	ichacha(key, iv, 0, pkey, sizeof pkey);
332*0957b409SSimon J. Gerraty 
333*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
334*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * If encrypting, ChaCha20 must run first, followed by Poly1305.
335*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * When decrypting, the operations are reversed.
336*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
337*0957b409SSimon J. Gerraty 	if (encrypt) {
338*0957b409SSimon J. Gerraty 		ichacha(key, iv, 1, data, len);
339*0957b409SSimon J. Gerraty 	}
340*0957b409SSimon J. Gerraty 
341*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
342*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * Run Poly1305. We must process the AAD, then ciphertext, then
343*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * the footer (with the lengths). Note that the AAD and ciphertext
344*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * are meant to be padded with zeros up to the next multiple of 16,
345*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * and the length of the footer is 16 bytes as well.
346*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
347*0957b409SSimon J. Gerraty 
348*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
349*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * Apply the "clamping" on r.
350*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
351*0957b409SSimon J. Gerraty 	pkey[ 3] &= 0x0F;
352*0957b409SSimon J. Gerraty 	pkey[ 4] &= 0xFC;
353*0957b409SSimon J. Gerraty 	pkey[ 7] &= 0x0F;
354*0957b409SSimon J. Gerraty 	pkey[ 8] &= 0xFC;
355*0957b409SSimon J. Gerraty 	pkey[11] &= 0x0F;
356*0957b409SSimon J. Gerraty 	pkey[12] &= 0xFC;
357*0957b409SSimon J. Gerraty 	pkey[15] &= 0x0F;
358*0957b409SSimon J. Gerraty 
359*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
360*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * Decode the 'r' value into 44-bit words, left-shifted by 20 bits.
361*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * Also compute the u1 and u2 values.
362*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
363*0957b409SSimon J. Gerraty 	r0 = br_dec64le(pkey +  0);
364*0957b409SSimon J. Gerraty 	r1 = br_dec64le(pkey +  8);
365*0957b409SSimon J. Gerraty 	r[0] = r0 << 20;
366*0957b409SSimon J. Gerraty 	r[1] = ((r0 >> 24) | (r1 << 40)) & ~(uint64_t)0xFFFFF;
367*0957b409SSimon J. Gerraty 	r[2] = (r1 >> 4) & ~(uint64_t)0xFFFFF;
368*0957b409SSimon J. Gerraty 	r1 = 20 * (r[1] >> 20);
369*0957b409SSimon J. Gerraty 	r[3] = r1 << 20;
370*0957b409SSimon J. Gerraty 	r[5] = 20 * r[2];
371*0957b409SSimon J. Gerraty 	r[4] = (r[5] + (r1 >> 24)) & ~(uint64_t)0xFFFFF;
372*0957b409SSimon J. Gerraty 
373*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
374*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * Accumulator is 0.
375*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
376*0957b409SSimon J. Gerraty 	acc[0] = 0;
377*0957b409SSimon J. Gerraty 	acc[1] = 0;
378*0957b409SSimon J. Gerraty 	acc[2] = 0;
379*0957b409SSimon J. Gerraty 
380*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
381*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * Process the additional authenticated data, ciphertext, and
382*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * footer in due order.
383*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
384*0957b409SSimon J. Gerraty 	br_enc64le(foot, (uint64_t)aad_len);
385*0957b409SSimon J. Gerraty 	br_enc64le(foot + 8, (uint64_t)len);
386*0957b409SSimon J. Gerraty 	poly1305_inner(acc, r, aad, aad_len);
387*0957b409SSimon J. Gerraty 	poly1305_inner(acc, r, data, len);
388*0957b409SSimon J. Gerraty 	poly1305_inner_small(acc, r, foot, sizeof foot);
389*0957b409SSimon J. Gerraty 
390*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
391*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * Finalise modular reduction. At that point, the value consists
392*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * in three 44-bit values (the lowest one might be slightly above
393*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * 2^44). Two loops shall be sufficient.
394*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
395*0957b409SSimon J. Gerraty 	acc[1] += (acc[0] >> 44);
396*0957b409SSimon J. Gerraty 	acc[0] &= MASK44;
397*0957b409SSimon J. Gerraty 	acc[2] += (acc[1] >> 44);
398*0957b409SSimon J. Gerraty 	acc[1] &= MASK44;
399*0957b409SSimon J. Gerraty 	acc[0] += 5 * (acc[2] >> 42);
400*0957b409SSimon J. Gerraty 	acc[2] &= MASK42;
401*0957b409SSimon J. Gerraty 	acc[1] += (acc[0] >> 44);
402*0957b409SSimon J. Gerraty 	acc[0] &= MASK44;
403*0957b409SSimon J. Gerraty 	acc[2] += (acc[1] >> 44);
404*0957b409SSimon J. Gerraty 	acc[1] &= MASK44;
405*0957b409SSimon J. Gerraty 	acc[0] += 5 * (acc[2] >> 42);
406*0957b409SSimon J. Gerraty 	acc[2] &= MASK42;
407*0957b409SSimon J. Gerraty 
408*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
409*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * The value may still fall in the 2^130-5..2^130-1 range, in
410*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * which case we must reduce it again. The code below selects,
411*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * in constant-time, between 'acc' and 'acc-p'. We encode the
412*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * value over four 32-bit integers to finish the operation.
413*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
414*0957b409SSimon J. Gerraty 	v0 = (uint32_t)acc[0];
415*0957b409SSimon J. Gerraty 	v1 = (uint32_t)(acc[0] >> 32) | ((uint32_t)acc[1] << 12);
416*0957b409SSimon J. Gerraty 	v2 = (uint32_t)(acc[1] >> 20) | ((uint32_t)acc[2] << 24);
417*0957b409SSimon J. Gerraty 	v3 = (uint32_t)(acc[2] >> 8);
418*0957b409SSimon J. Gerraty 	v4 = (uint32_t)(acc[2] >> 40);
419*0957b409SSimon J. Gerraty 
420*0957b409SSimon J. Gerraty 	ctl = GT(v0, 0xFFFFFFFA);
421*0957b409SSimon J. Gerraty 	ctl &= EQ(v1, 0xFFFFFFFF);
422*0957b409SSimon J. Gerraty 	ctl &= EQ(v2, 0xFFFFFFFF);
423*0957b409SSimon J. Gerraty 	ctl &= EQ(v3, 0xFFFFFFFF);
424*0957b409SSimon J. Gerraty 	ctl &= EQ(v4, 0x00000003);
425*0957b409SSimon J. Gerraty 	v0 = MUX(ctl, v0 + 5, v0);
426*0957b409SSimon J. Gerraty 	v1 = MUX(ctl, 0, v1);
427*0957b409SSimon J. Gerraty 	v2 = MUX(ctl, 0, v2);
428*0957b409SSimon J. Gerraty 	v3 = MUX(ctl, 0, v3);
429*0957b409SSimon J. Gerraty 
430*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
431*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * Add the "s" value. This is done modulo 2^128. Don't forget
432*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * carry propagation...
433*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
434*0957b409SSimon J. Gerraty 	w0 = (uint64_t)v0 + (uint64_t)br_dec32le(pkey + 16);
435*0957b409SSimon J. Gerraty 	w1 = (uint64_t)v1 + (uint64_t)br_dec32le(pkey + 20) + (w0 >> 32);
436*0957b409SSimon J. Gerraty 	w2 = (uint64_t)v2 + (uint64_t)br_dec32le(pkey + 24) + (w1 >> 32);
437*0957b409SSimon J. Gerraty 	w3 = (uint64_t)v3 + (uint64_t)br_dec32le(pkey + 28) + (w2 >> 32);
438*0957b409SSimon J. Gerraty 	v0 = (uint32_t)w0;
439*0957b409SSimon J. Gerraty 	v1 = (uint32_t)w1;
440*0957b409SSimon J. Gerraty 	v2 = (uint32_t)w2;
441*0957b409SSimon J. Gerraty 	v3 = (uint32_t)w3;
442*0957b409SSimon J. Gerraty 
443*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
444*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * Encode the tag.
445*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
446*0957b409SSimon J. Gerraty 	br_enc32le((unsigned char *)tag +  0, v0);
447*0957b409SSimon J. Gerraty 	br_enc32le((unsigned char *)tag +  4, v1);
448*0957b409SSimon J. Gerraty 	br_enc32le((unsigned char *)tag +  8, v2);
449*0957b409SSimon J. Gerraty 	br_enc32le((unsigned char *)tag + 12, v3);
450*0957b409SSimon J. Gerraty 
451*0957b409SSimon J. Gerraty 	/*
452*0957b409SSimon J. Gerraty 	 * If decrypting, then ChaCha20 runs _after_ Poly1305.
453*0957b409SSimon J. Gerraty 	 */
454*0957b409SSimon J. Gerraty 	if (!encrypt) {
455*0957b409SSimon J. Gerraty 		ichacha(key, iv, 1, data, len);
456*0957b409SSimon J. Gerraty 	}
457*0957b409SSimon J. Gerraty }
458*0957b409SSimon J. Gerraty 
459*0957b409SSimon J. Gerraty /* see bearssl_block.h */
460*0957b409SSimon J. Gerraty br_poly1305_run
br_poly1305_ctmulq_get(void)461*0957b409SSimon J. Gerraty br_poly1305_ctmulq_get(void)
462*0957b409SSimon J. Gerraty {
463*0957b409SSimon J. Gerraty 	return &br_poly1305_ctmulq_run;
464*0957b409SSimon J. Gerraty }
465*0957b409SSimon J. Gerraty 
466*0957b409SSimon J. Gerraty #else
467*0957b409SSimon J. Gerraty 
468*0957b409SSimon J. Gerraty /* see bearssl_block.h */
469*0957b409SSimon J. Gerraty br_poly1305_run
br_poly1305_ctmulq_get(void)470*0957b409SSimon J. Gerraty br_poly1305_ctmulq_get(void)
471*0957b409SSimon J. Gerraty {
472*0957b409SSimon J. Gerraty 	return 0;
473*0957b409SSimon J. Gerraty }
474*0957b409SSimon J. Gerraty 
475*0957b409SSimon J. Gerraty #endif
476