builddeps/scrypt-1.1.6/lib/crypto/crypto_scrypt-sse.c

   1 /*-
   2  * Copyright 2009 Colin Percival
   3  * All rights reserved.
   4  *
   5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   6  * modification, are permitted provided that the following conditions
   7  * are met:
   8  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
   9  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  10  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  11  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  12  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  13  *
  14  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  15  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  16  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  17  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  18  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  19  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  20  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  21  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  22  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  23  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  24  * SUCH DAMAGE.
  25  *
  26  * This file was originally written by Colin Percival as part of the Tarsnap
  27  * online backup system.
  28  */
  29 #include "scrypt_platform.h"
  30
  31 #include <sys/types.h>
  32 #include <sys/mman.h>
  33
  34 #include <emmintrin.h>
  35 #include <errno.h>
  36 #include <stdint.h>
  37 #include <stdlib.h>
  38 #include <string.h>
  39
  40 #include "sha256.h"
  41 #include "sysendian.h"
  42
  43 #include "crypto_scrypt.h"
  44
  45 static void blkcpy(void *, void *, size_t);
  46 static void blkxor(void *, void *, size_t);
  47 static void salsa20_8(__m128i *);
  48 static void blockmix_salsa8(__m128i *, __m128i *, __m128i *, size_t);
  49 static uint64_t integerify(void *, size_t);
  50 static void smix(uint8_t *, size_t, uint64_t, void *, void *);
  51
  52 static void
  53 blkcpy(void * dest, void * src, size_t len)
  54 {
  55         __m128i * D = dest;
  56         __m128i * S = src;
  57         size_t L = len / 16;
  58         size_t i;
  59
  60         for (i = 0; i < L; i++)
  61                 D[i] = S[i];
  62 }
  63
  64 static void
  65 blkxor(void * dest, void * src, size_t len)
  66 {
  67         __m128i * D = dest;
  68         __m128i * S = src;
  69         size_t L = len / 16;
  70         size_t i;
  71
  72         for (i = 0; i < L; i++)
  73                 D[i] = _mm_xor_si128(D[i], S[i]);
  74 }
  75
  76 /**
  77  * salsa20_8(B):
  78  * Apply the salsa20/8 core to the provided block.
  79  */
  80 static void
  81 salsa20_8(__m128i B[4])
  82 {
  83         __m128i X0, X1, X2, X3;
  84         __m128i T;
  85         size_t i;
  86
  87         X0 = B[0];
  88         X1 = B[1];
  89         X2 = B[2];
  90         X3 = B[3];
  91
  92         for (i = 0; i < 8; i += 2) {
  93                 /* Operate on "columns". */
  94                 T = _mm_add_epi32(X0, X3);
  95                 X1 = _mm_xor_si128(X1, _mm_slli_epi32(T, 7));
  96                 X1 = _mm_xor_si128(X1, _mm_srli_epi32(T, 25));
  97                 T = _mm_add_epi32(X1, X0);
  98                 X2 = _mm_xor_si128(X2, _mm_slli_epi32(T, 9));
  99                 X2 = _mm_xor_si128(X2, _mm_srli_epi32(T, 23));
 100                 T = _mm_add_epi32(X2, X1);
 101                 X3 = _mm_xor_si128(X3, _mm_slli_epi32(T, 13));
 102                 X3 = _mm_xor_si128(X3, _mm_srli_epi32(T, 19));
 103                 T = _mm_add_epi32(X3, X2);
 104                 X0 = _mm_xor_si128(X0, _mm_slli_epi32(T, 18));
 105                 X0 = _mm_xor_si128(X0, _mm_srli_epi32(T, 14));
 106
 107                 /* Rearrange data. */
 108                 X1 = _mm_shuffle_epi32(X1, 0x93);
 109                 X2 = _mm_shuffle_epi32(X2, 0x4E);
 110                 X3 = _mm_shuffle_epi32(X3, 0x39);
 111
 112                 /* Operate on "rows". */
 113                 T = _mm_add_epi32(X0, X1);
 114                 X3 = _mm_xor_si128(X3, _mm_slli_epi32(T, 7));
 115                 X3 = _mm_xor_si128(X3, _mm_srli_epi32(T, 25));
 116                 T = _mm_add_epi32(X3, X0);
 117                 X2 = _mm_xor_si128(X2, _mm_slli_epi32(T, 9));
 118                 X2 = _mm_xor_si128(X2, _mm_srli_epi32(T, 23));
 119                 T = _mm_add_epi32(X2, X3);
 120                 X1 = _mm_xor_si128(X1, _mm_slli_epi32(T, 13));
 121                 X1 = _mm_xor_si128(X1, _mm_srli_epi32(T, 19));
 122                 T = _mm_add_epi32(X1, X2);
 123                 X0 = _mm_xor_si128(X0, _mm_slli_epi32(T, 18));
 124                 X0 = _mm_xor_si128(X0, _mm_srli_epi32(T, 14));
 125
 126                 /* Rearrange data. */
 127                 X1 = _mm_shuffle_epi32(X1, 0x39);
 128                 X2 = _mm_shuffle_epi32(X2, 0x4E);
 129                 X3 = _mm_shuffle_epi32(X3, 0x93);
 130         }
 131
 132         B[0] = _mm_add_epi32(B[0], X0);
 133         B[1] = _mm_add_epi32(B[1], X1);
 134         B[2] = _mm_add_epi32(B[2], X2);
 135         B[3] = _mm_add_epi32(B[3], X3);
 136 }
 137
 138 /**
 139  * blockmix_salsa8(Bin, Bout, X, r):
 140  * Compute Bout = BlockMix_{salsa20/8, r}(Bin).  The input Bin must be 128r
 141  * bytes in length; the output Bout must also be the same size.  The
 142  * temporary space X must be 64 bytes.
 143  */
 144 static void
 145 blockmix_salsa8(__m128i * Bin, __m128i * Bout, __m128i * X, size_t r)
 146 {
 147         size_t i;
 148
 149         /* 1: X <-- B_{2r - 1} */
 150         blkcpy(X, &Bin[8 * r - 4], 64);
 151
 152         /* 2: for i = 0 to 2r - 1 do */
 153         for (i = 0; i < r; i++) {
 154                 /* 3: X <-- H(X \xor B_i) */
 155                 blkxor(X, &Bin[i * 8], 64);
 156                 salsa20_8(X);
 157
 158                 /* 4: Y_i <-- X */
 159                 /* 6: B' <-- (Y_0, Y_2 ... Y_{2r-2}, Y_1, Y_3 ... Y_{2r-1}) */
 160                 blkcpy(&Bout[i * 4], X, 64);
 161
 162                 /* 3: X <-- H(X \xor B_i) */
 163                 blkxor(X, &Bin[i * 8 + 4], 64);
 164                 salsa20_8(X);
 165
 166                 /* 4: Y_i <-- X */
 167                 /* 6: B' <-- (Y_0, Y_2 ... Y_{2r-2}, Y_1, Y_3 ... Y_{2r-1}) */
 168                 blkcpy(&Bout[(r + i) * 4], X, 64);
 169         }
 170 }
 171
 172 /**
 173  * integerify(B, r):
 174  * Return the result of parsing B_{2r-1} as a little-endian integer.
 175  */
 176 static uint64_t
 177 integerify(void * B, size_t r)
 178 {
 179         uint32_t * X = (void *)((uintptr_t)(B) + (2 * r - 1) * 64);
 180
 181         return (((uint64_t)(X[13]) << 32) + X[0]);
 182 }
 183
 184 /**
 185  * smix(B, r, N, V, XY):
 186  * Compute B = SMix_r(B, N).  The input B must be 128r bytes in length;
 187  * the temporary storage V must be 128rN bytes in length; the temporary
 188  * storage XY must be 256r + 64 bytes in length.  The value N must be a
 189  * power of 2 greater than 1.  The arrays B, V, and XY must be aligned to a
 190  * multiple of 64 bytes.
 191  */
 192 static void
 193 smix(uint8_t * B, size_t r, uint64_t N, void * V, void * XY)
 194 {
 195         __m128i * X = XY;
 196         __m128i * Y = (void *)((uintptr_t)(XY) + 128 * r);
 197         __m128i * Z = (void *)((uintptr_t)(XY) + 256 * r);
 198         uint32_t * X32 = (void *)X;
 199         uint64_t i, j;
 200         size_t k;
 201
 202         /* 1: X <-- B */
 203         for (k = 0; k < 2 * r; k++) {
 204                 for (i = 0; i < 16; i++) {
 205                         X32[k * 16 + i] =
 206                             le32dec(&B[(k * 16 + (i * 5 % 16)) * 4]);
 207                 }
 208         }
 209
 210         /* 2: for i = 0 to N - 1 do */
 211         for (i = 0; i < N; i += 2) {
 212                 /* 3: V_i <-- X */
 213                 blkcpy((void *)((uintptr_t)(V) + i * 128 * r), X, 128 * r);
 214
 215                 /* 4: X <-- H(X) */
 216                 blockmix_salsa8(X, Y, Z, r);
 217
 218                 /* 3: V_i <-- X */
 219                 blkcpy((void *)((uintptr_t)(V) + (i + 1) * 128 * r),
 220                     Y, 128 * r);
 221
 222                 /* 4: X <-- H(X) */
 223                 blockmix_salsa8(Y, X, Z, r);
 224         }
 225
 226         /* 6: for i = 0 to N - 1 do */
 227         for (i = 0; i < N; i += 2) {
 228                 /* 7: j <-- Integerify(X) mod N */
 229                 j = integerify(X, r) & (N - 1);
 230
 231                 /* 8: X <-- H(X \xor V_j) */
 232                 blkxor(X, (void *)((uintptr_t)(V) + j * 128 * r), 128 * r);
 233                 blockmix_salsa8(X, Y, Z, r);
 234
 235                 /* 7: j <-- Integerify(X) mod N */
 236                 j = integerify(Y, r) & (N - 1);
 237
 238                 /* 8: X <-- H(X \xor V_j) */
 239                 blkxor(Y, (void *)((uintptr_t)(V) + j * 128 * r), 128 * r);
 240                 blockmix_salsa8(Y, X, Z, r);
 241         }
 242
 243         /* 10: B' <-- X */
 244         for (k = 0; k < 2 * r; k++) {
 245                 for (i = 0; i < 16; i++) {
 246                         le32enc(&B[(k * 16 + (i * 5 % 16)) * 4],
 247                             X32[k * 16 + i]);
 248                 }
 249         }
 250 }
 251
 252 /**
 253  * crypto_scrypt(passwd, passwdlen, salt, saltlen, N, r, p, buf, buflen):
 254  * Compute scrypt(passwd[0 .. passwdlen - 1], salt[0 .. saltlen - 1], N, r,
 255  * p, buflen) and write the result into buf.  The parameters r, p, and buflen
 256  * must satisfy r * p < 2^30 and buflen <= (2^32 - 1) * 32.  The parameter N
 257  * must be a power of 2 greater than 1.
 258  *
 259  * Return 0 on success; or -1 on error.
 260  */
 261 int
 262 crypto_scrypt(const uint8_t * passwd, size_t passwdlen,
 263     const uint8_t * salt, size_t saltlen, uint64_t N, uint32_t r, uint32_t p,
 264     uint8_t * buf, size_t buflen)
 265 {
 266         void * B0, * V0, * XY0;
 267         uint8_t * B;
 268         uint32_t * V;
 269         uint32_t * XY;
 270         uint32_t i;
 271
 272         /* Sanity-check parameters. */
 273 #if SIZE_MAX > UINT32_MAX
 274         if (buflen > (((uint64_t)(1) << 32) - 1) * 32) {
 275                 errno = EFBIG;
 276                 goto err0;
 277         }
 278 #endif
 279         if ((uint64_t)(r) * (uint64_t)(p) >= (1 << 30)) {
 280                 errno = EFBIG;
 281                 goto err0;
 282         }
 283         if (((N & (N - 1)) != 0) || (N == 0)) {
 284                 errno = EINVAL;
 285                 goto err0;
 286         }
 287         if ((r > SIZE_MAX / 128 / p) ||
 288 #if SIZE_MAX / 256 <= UINT32_MAX
 289             (r > (SIZE_MAX - 64) / 256) ||
 290 #endif
 291             (N > SIZE_MAX / 128 / r)) {
 292                 errno = ENOMEM;
 293                 goto err0;
 294         }
 295
 296         /* Allocate memory. */
 297 #ifdef HAVE_POSIX_MEMALIGN
 298         if ((errno = posix_memalign(&B0, 64, 128 * r * p)) != 0)
 299                 goto err0;
 300         B = (uint8_t *)(B0);
 301         if ((errno = posix_memalign(&XY0, 64, 256 * r + 64)) != 0)
 302                 goto err1;
 303         XY = (uint32_t *)(XY0);
 304 #ifndef MAP_ANON
 305         if ((errno = posix_memalign(&V0, 64, 128 * r * N)) != 0)
 306                 goto err2;
 307         V = (uint32_t *)(V0);
 308 #endif
 309 #else
 310         if ((B0 = malloc(128 * r * p + 63)) == NULL)
 311                 goto err0;
 312         B = (uint8_t *)(((uintptr_t)(B0) + 63) & ~ (uintptr_t)(63));
 313         if ((XY0 = malloc(256 * r + 64 + 63)) == NULL)
 314                 goto err1;
 315         XY = (uint32_t *)(((uintptr_t)(XY0) + 63) & ~ (uintptr_t)(63));
 316 #ifndef MAP_ANON
 317         if ((V0 = malloc(128 * r * N + 63)) == NULL)
 318                 goto err2;
 319         V = (uint32_t *)(((uintptr_t)(V0) + 63) & ~ (uintptr_t)(63));
 320 #endif
 321 #endif
 322 #ifdef MAP_ANON
 323         if ((V0 = mmap(NULL, 128 * r * N, PROT_READ | PROT_WRITE,
 324 #ifdef MAP_NOCORE
 325             MAP_ANON | MAP_PRIVATE | MAP_NOCORE,
 326 #else
 327             MAP_ANON | MAP_PRIVATE,
 328 #endif
 329             -1, 0)) == MAP_FAILED)
 330                 goto err2;
 331         V = (uint32_t *)(V0);
 332 #endif
 333
 334         /* 1: (B_0 ... B_{p-1}) <-- PBKDF2(P, S, 1, p * MFLen) */
 335         PBKDF2_SHA256(passwd, passwdlen, salt, saltlen, 1, B, p * 128 * r);
 336
 337         /* 2: for i = 0 to p - 1 do */
 338         for (i = 0; i < p; i++) {
 339                 /* 3: B_i <-- MF(B_i, N) */
 340                 smix(&B[i * 128 * r], r, N, V, XY);
 341         }
 342
 343         /* 5: DK <-- PBKDF2(P, B, 1, dkLen) */
 344         PBKDF2_SHA256(passwd, passwdlen, B, p * 128 * r, 1, buf, buflen);
 345
 346         /* Free memory. */
 347 #ifdef MAP_ANON
 348         if (munmap(V0, 128 * r * N))
 349                 goto err2;
 350 #else
 351         free(V0);
 352 #endif
 353         free(XY0);
 354         free(B0);
 355
 356         /* Success! */
 357         return (0);
 358
 359 err2:
 360         free(XY0);
 361 err1:
 362         free(B0);
 363 err0:
 364         /* Failure! */
 365         return (-1);
 366 }