Add ChaCha NEON implementation
parent
352083b1d0
commit
b1050636a6
338
chacha-simd.cpp
338
chacha-simd.cpp
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@ -46,6 +46,72 @@ extern const char CHACHA_SIMD_FNAME[] = __FILE__;
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||||
ANONYMOUS_NAMESPACE_BEGIN
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||||
#if (CRYPTOPP_ARM_NEON_AVAILABLE)
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template <unsigned int R>
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||||
inline uint32x4_t RotateLeft(const uint32x4_t& val)
|
||||
{
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||||
const uint32x4_t a(vshlq_n_u32(val, R));
|
||||
const uint32x4_t b(vshrq_n_u32(val, 32 - R));
|
||||
return vorrq_u32(a, b);
|
||||
}
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||||
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||||
template <unsigned int R>
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||||
inline uint32x4_t RotateRight(const uint32x4_t& val)
|
||||
{
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||||
const uint32x4_t a(vshlq_n_u32(val, 32 - R));
|
||||
const uint32x4_t b(vshrq_n_u32(val, R));
|
||||
return vorrq_u32(a, b);
|
||||
}
|
||||
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||||
#if defined(__aarch32__) || defined(__aarch64__)
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template <>
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||||
inline uint32x4_t RotateLeft<8>(const uint32x4_t& val)
|
||||
{
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||||
const uint8_t maskb[16] = { 3,0,1,2, 7,4,5,6, 11,8,9,10, 15,12,13,14 };
|
||||
const uint8x16_t mask = vld1q_u8(maskb);
|
||||
|
||||
return vreinterpretq_u32_u8(
|
||||
vqtbl1q_u8(vreinterpretq_u8_u32(val), mask));
|
||||
}
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||||
template <>
|
||||
inline uint32x4_t RotateLeft<16>(const uint32x4_t& val)
|
||||
{
|
||||
return vreinterpretq_u32_u16(
|
||||
vrev32q_u16(vreinterpretq_u16_u32(val)));
|
||||
}
|
||||
|
||||
template <>
|
||||
inline uint32x4_t RotateRight<16>(const uint32x4_t& val)
|
||||
{
|
||||
return vreinterpretq_u32_u16(
|
||||
vrev32q_u16(vreinterpretq_u16_u32(val)));
|
||||
}
|
||||
|
||||
template <>
|
||||
inline uint32x4_t RotateRight<8>(const uint32x4_t& val)
|
||||
{
|
||||
const uint8_t maskb[16] = { 1,2,3,0, 5,6,7,4, 9,10,11,8, 13,14,15,12 };
|
||||
const uint8x16_t mask = vld1q_u8(maskb);
|
||||
|
||||
return vreinterpretq_u32_u8(
|
||||
vqtbl1q_u8(vreinterpretq_u8_u32(val), mask));
|
||||
}
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||||
#endif // Aarch32 or Aarch64
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||||
// ChaCha's use of shuffle is really a 4, 8, or 12 byte rotation:
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// * [3,2,1,0] => [0,3,2,1] is Shuffle<1>(x)
|
||||
// * [3,2,1,0] => [1,0,3,2] is Shuffle<2>(x)
|
||||
// * [3,2,1,0] => [2,1,0,3] is Shuffle<3>(x)
|
||||
template <unsigned int S>
|
||||
inline uint32x4_t Shuffle(const uint32x4_t& val)
|
||||
{
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||||
return vextq_u32(val, val, S);
|
||||
}
|
||||
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||||
#endif // CRYPTOPP_ARM_NEON_AVAILABLE
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||||
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||||
#if (CRYPTOPP_SSE2_INTRIN_AVAILABLE || CRYPTOPP_SSE2_ASM_AVAILABLE)
|
||||
|
||||
template <unsigned int R>
|
||||
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@ -88,6 +154,278 @@ ANONYMOUS_NAMESPACE_END
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||||
NAMESPACE_BEGIN(CryptoPP)
|
||||
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||||
#if (CRYPTOPP_ARM_NEON_AVAILABLE)
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||||
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||||
void ChaCha_OperateKeystream_NEON(const word32 *state, const byte* input, byte *output, unsigned int rounds, bool xorInput)
|
||||
{
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||||
const uint32x4_t state0 = vld1q_u32(state + 0*4);
|
||||
const uint32x4_t state1 = vld1q_u32(state + 1*4);
|
||||
const uint32x4_t state2 = vld1q_u32(state + 2*4);
|
||||
const uint32x4_t state3 = vld1q_u32(state + 3*4);
|
||||
|
||||
const uint64x2_t CTRS[3] = {
|
||||
{1, 0}, {2, 0}, {3, 0}
|
||||
};
|
||||
|
||||
uint32x4_t r0_0 = state0;
|
||||
uint32x4_t r0_1 = state1;
|
||||
uint32x4_t r0_2 = state2;
|
||||
uint32x4_t r0_3 = state3;
|
||||
|
||||
uint32x4_t r1_0 = state0;
|
||||
uint32x4_t r1_1 = state1;
|
||||
uint32x4_t r1_2 = state2;
|
||||
uint32x4_t r1_3 = vreinterpretq_u32_u64(vaddq_u64(
|
||||
vreinterpretq_u64_u32(r0_3), CTRS[0]));
|
||||
|
||||
uint32x4_t r2_0 = state0;
|
||||
uint32x4_t r2_1 = state1;
|
||||
uint32x4_t r2_2 = state2;
|
||||
uint32x4_t r2_3 = vreinterpretq_u32_u64(vaddq_u64(
|
||||
vreinterpretq_u64_u32(r0_3), CTRS[1]));
|
||||
|
||||
uint32x4_t r3_0 = state0;
|
||||
uint32x4_t r3_1 = state1;
|
||||
uint32x4_t r3_2 = state2;
|
||||
uint32x4_t r3_3 = vreinterpretq_u32_u64(vaddq_u64(
|
||||
vreinterpretq_u64_u32(r0_3), CTRS[2]));
|
||||
|
||||
for (int i = static_cast<int>(rounds); i > 0; i -= 2)
|
||||
{
|
||||
r0_0 = vaddq_u32(r0_0, r0_1);
|
||||
r1_0 = vaddq_u32(r1_0, r1_1);
|
||||
r2_0 = vaddq_u32(r2_0, r2_1);
|
||||
r3_0 = vaddq_u32(r3_0, r3_1);
|
||||
|
||||
r0_3 = veorq_u32(r0_3, r0_0);
|
||||
r1_3 = veorq_u32(r1_3, r1_0);
|
||||
r2_3 = veorq_u32(r2_3, r2_0);
|
||||
r3_3 = veorq_u32(r3_3, r3_0);
|
||||
|
||||
r0_3 = RotateLeft<16>(r0_3);
|
||||
r1_3 = RotateLeft<16>(r1_3);
|
||||
r2_3 = RotateLeft<16>(r2_3);
|
||||
r3_3 = RotateLeft<16>(r3_3);
|
||||
|
||||
r0_2 = vaddq_u32(r0_2, r0_3);
|
||||
r1_2 = vaddq_u32(r1_2, r1_3);
|
||||
r2_2 = vaddq_u32(r2_2, r2_3);
|
||||
r3_2 = vaddq_u32(r3_2, r3_3);
|
||||
|
||||
r0_1 = veorq_u32(r0_1, r0_2);
|
||||
r1_1 = veorq_u32(r1_1, r1_2);
|
||||
r2_1 = veorq_u32(r2_1, r2_2);
|
||||
r3_1 = veorq_u32(r3_1, r3_2);
|
||||
|
||||
r0_1 = RotateLeft<12>(r0_1);
|
||||
r1_1 = RotateLeft<12>(r1_1);
|
||||
r2_1 = RotateLeft<12>(r2_1);
|
||||
r3_1 = RotateLeft<12>(r3_1);
|
||||
|
||||
r0_0 = vaddq_u32(r0_0, r0_1);
|
||||
r1_0 = vaddq_u32(r1_0, r1_1);
|
||||
r2_0 = vaddq_u32(r2_0, r2_1);
|
||||
r3_0 = vaddq_u32(r3_0, r3_1);
|
||||
|
||||
r0_3 = veorq_u32(r0_3, r0_0);
|
||||
r1_3 = veorq_u32(r1_3, r1_0);
|
||||
r2_3 = veorq_u32(r2_3, r2_0);
|
||||
r3_3 = veorq_u32(r3_3, r3_0);
|
||||
|
||||
r0_3 = RotateLeft<8>(r0_3);
|
||||
r1_3 = RotateLeft<8>(r1_3);
|
||||
r2_3 = RotateLeft<8>(r2_3);
|
||||
r3_3 = RotateLeft<8>(r3_3);
|
||||
|
||||
r0_2 = vaddq_u32(r0_2, r0_3);
|
||||
r1_2 = vaddq_u32(r1_2, r1_3);
|
||||
r2_2 = vaddq_u32(r2_2, r2_3);
|
||||
r3_2 = vaddq_u32(r3_2, r3_3);
|
||||
|
||||
r0_1 = veorq_u32(r0_1, r0_2);
|
||||
r1_1 = veorq_u32(r1_1, r1_2);
|
||||
r2_1 = veorq_u32(r2_1, r2_2);
|
||||
r3_1 = veorq_u32(r3_1, r3_2);
|
||||
|
||||
r0_1 = RotateLeft<7>(r0_1);
|
||||
r1_1 = RotateLeft<7>(r1_1);
|
||||
r2_1 = RotateLeft<7>(r2_1);
|
||||
r3_1 = RotateLeft<7>(r3_1);
|
||||
|
||||
r0_1 = Shuffle<1>(r0_1);
|
||||
r0_2 = Shuffle<2>(r0_2);
|
||||
r0_3 = Shuffle<3>(r0_3);
|
||||
|
||||
r1_1 = Shuffle<1>(r1_1);
|
||||
r1_2 = Shuffle<2>(r1_2);
|
||||
r1_3 = Shuffle<3>(r1_3);
|
||||
|
||||
r2_1 = Shuffle<1>(r2_1);
|
||||
r2_2 = Shuffle<2>(r2_2);
|
||||
r2_3 = Shuffle<3>(r2_3);
|
||||
|
||||
r3_1 = Shuffle<1>(r3_1);
|
||||
r3_2 = Shuffle<2>(r3_2);
|
||||
r3_3 = Shuffle<3>(r3_3);
|
||||
|
||||
r0_0 = vaddq_u32(r0_0, r0_1);
|
||||
r1_0 = vaddq_u32(r1_0, r1_1);
|
||||
r2_0 = vaddq_u32(r2_0, r2_1);
|
||||
r3_0 = vaddq_u32(r3_0, r3_1);
|
||||
|
||||
r0_3 = veorq_u32(r0_3, r0_0);
|
||||
r1_3 = veorq_u32(r1_3, r1_0);
|
||||
r2_3 = veorq_u32(r2_3, r2_0);
|
||||
r3_3 = veorq_u32(r3_3, r3_0);
|
||||
|
||||
r0_3 = RotateLeft<16>(r0_3);
|
||||
r1_3 = RotateLeft<16>(r1_3);
|
||||
r2_3 = RotateLeft<16>(r2_3);
|
||||
r3_3 = RotateLeft<16>(r3_3);
|
||||
|
||||
r0_2 = vaddq_u32(r0_2, r0_3);
|
||||
r1_2 = vaddq_u32(r1_2, r1_3);
|
||||
r2_2 = vaddq_u32(r2_2, r2_3);
|
||||
r3_2 = vaddq_u32(r3_2, r3_3);
|
||||
|
||||
r0_1 = veorq_u32(r0_1, r0_2);
|
||||
r1_1 = veorq_u32(r1_1, r1_2);
|
||||
r2_1 = veorq_u32(r2_1, r2_2);
|
||||
r3_1 = veorq_u32(r3_1, r3_2);
|
||||
|
||||
r0_1 = RotateLeft<12>(r0_1);
|
||||
r1_1 = RotateLeft<12>(r1_1);
|
||||
r2_1 = RotateLeft<12>(r2_1);
|
||||
r3_1 = RotateLeft<12>(r3_1);
|
||||
|
||||
r0_0 = vaddq_u32(r0_0, r0_1);
|
||||
r1_0 = vaddq_u32(r1_0, r1_1);
|
||||
r2_0 = vaddq_u32(r2_0, r2_1);
|
||||
r3_0 = vaddq_u32(r3_0, r3_1);
|
||||
|
||||
r0_3 = veorq_u32(r0_3, r0_0);
|
||||
r1_3 = veorq_u32(r1_3, r1_0);
|
||||
r2_3 = veorq_u32(r2_3, r2_0);
|
||||
r3_3 = veorq_u32(r3_3, r3_0);
|
||||
|
||||
r0_3 = RotateLeft<8>(r0_3);
|
||||
r1_3 = RotateLeft<8>(r1_3);
|
||||
r2_3 = RotateLeft<8>(r2_3);
|
||||
r3_3 = RotateLeft<8>(r3_3);
|
||||
|
||||
r0_2 = vaddq_u32(r0_2, r0_3);
|
||||
r1_2 = vaddq_u32(r1_2, r1_3);
|
||||
r2_2 = vaddq_u32(r2_2, r2_3);
|
||||
r3_2 = vaddq_u32(r3_2, r3_3);
|
||||
|
||||
r0_1 = veorq_u32(r0_1, r0_2);
|
||||
r1_1 = veorq_u32(r1_1, r1_2);
|
||||
r2_1 = veorq_u32(r2_1, r2_2);
|
||||
r3_1 = veorq_u32(r3_1, r3_2);
|
||||
|
||||
r0_1 = RotateLeft<7>(r0_1);
|
||||
r1_1 = RotateLeft<7>(r1_1);
|
||||
r2_1 = RotateLeft<7>(r2_1);
|
||||
r3_1 = RotateLeft<7>(r3_1);
|
||||
|
||||
r0_1 = Shuffle<3>(r0_1);
|
||||
r0_2 = Shuffle<2>(r0_2);
|
||||
r0_3 = Shuffle<1>(r0_3);
|
||||
|
||||
r1_1 = Shuffle<3>(r1_1);
|
||||
r1_2 = Shuffle<2>(r1_2);
|
||||
r1_3 = Shuffle<1>(r1_3);
|
||||
|
||||
r2_1 = Shuffle<3>(r2_1);
|
||||
r2_2 = Shuffle<2>(r2_2);
|
||||
r2_3 = Shuffle<1>(r2_3);
|
||||
|
||||
r3_1 = Shuffle<3>(r3_1);
|
||||
r3_2 = Shuffle<2>(r3_2);
|
||||
r3_3 = Shuffle<1>(r3_3);
|
||||
}
|
||||
|
||||
r0_0 = vaddq_u32(r0_0, state0);
|
||||
r0_1 = vaddq_u32(r0_1, state1);
|
||||
r0_2 = vaddq_u32(r0_2, state2);
|
||||
r0_3 = vaddq_u32(r0_3, state3);
|
||||
|
||||
r1_0 = vaddq_u32(r1_0, state0);
|
||||
r1_1 = vaddq_u32(r1_1, state1);
|
||||
r1_2 = vaddq_u32(r1_2, state2);
|
||||
r1_3 = vaddq_u32(r1_3, state3);
|
||||
r1_3 = vreinterpretq_u32_u64(vaddq_u64(
|
||||
vreinterpretq_u64_u32(r1_3), CTRS[0]));
|
||||
|
||||
r2_0 = vaddq_u32(r2_0, state0);
|
||||
r2_1 = vaddq_u32(r2_1, state1);
|
||||
r2_2 = vaddq_u32(r2_2, state2);
|
||||
r2_3 = vaddq_u32(r2_3, state3);
|
||||
r2_3 = vreinterpretq_u32_u64(vaddq_u64(
|
||||
vreinterpretq_u64_u32(r2_3), CTRS[1]));
|
||||
|
||||
r3_0 = vaddq_u32(r3_0, state0);
|
||||
r3_1 = vaddq_u32(r3_1, state1);
|
||||
r3_2 = vaddq_u32(r3_2, state2);
|
||||
r3_3 = vaddq_u32(r3_3, state3);
|
||||
r3_3 = vreinterpretq_u32_u64(vaddq_u64(
|
||||
vreinterpretq_u64_u32(r3_3), CTRS[2]));
|
||||
|
||||
if (xorInput)
|
||||
{
|
||||
r0_0 = veorq_u32(vreinterpretq_u32_u8(vld1q_u8(input + 0*16)), r0_0);
|
||||
r0_1 = veorq_u32(vreinterpretq_u32_u8(vld1q_u8(input + 1*16)), r0_1);
|
||||
r0_2 = veorq_u32(vreinterpretq_u32_u8(vld1q_u8(input + 2*16)), r0_2);
|
||||
r0_3 = veorq_u32(vreinterpretq_u32_u8(vld1q_u8(input + 3*16)), r0_3);
|
||||
}
|
||||
|
||||
vst1q_u8(output + 0*16, vreinterpretq_u8_u32(r0_0));
|
||||
vst1q_u8(output + 1*16, vreinterpretq_u8_u32(r0_1));
|
||||
vst1q_u8(output + 2*16, vreinterpretq_u8_u32(r0_2));
|
||||
vst1q_u8(output + 3*16, vreinterpretq_u8_u32(r0_3));
|
||||
|
||||
if (xorInput)
|
||||
{
|
||||
r1_0 = veorq_u32(vreinterpretq_u32_u8(vld1q_u8(input + 4*16)), r1_0);
|
||||
r1_1 = veorq_u32(vreinterpretq_u32_u8(vld1q_u8(input + 5*16)), r1_1);
|
||||
r1_2 = veorq_u32(vreinterpretq_u32_u8(vld1q_u8(input + 6*16)), r1_2);
|
||||
r1_3 = veorq_u32(vreinterpretq_u32_u8(vld1q_u8(input + 7*16)), r1_3);
|
||||
}
|
||||
|
||||
vst1q_u8(output + 4*16, vreinterpretq_u8_u32(r1_0));
|
||||
vst1q_u8(output + 5*16, vreinterpretq_u8_u32(r1_1));
|
||||
vst1q_u8(output + 6*16, vreinterpretq_u8_u32(r1_2));
|
||||
vst1q_u8(output + 7*16, vreinterpretq_u8_u32(r1_3));
|
||||
|
||||
if (xorInput)
|
||||
{
|
||||
r2_0 = veorq_u32(vreinterpretq_u32_u8(vld1q_u8(input + 8*16)), r2_0);
|
||||
r2_1 = veorq_u32(vreinterpretq_u32_u8(vld1q_u8(input + 9*16)), r2_1);
|
||||
r2_2 = veorq_u32(vreinterpretq_u32_u8(vld1q_u8(input + 10*16)), r2_2);
|
||||
r2_3 = veorq_u32(vreinterpretq_u32_u8(vld1q_u8(input + 11*16)), r2_3);
|
||||
}
|
||||
|
||||
vst1q_u8(output + 8*16, vreinterpretq_u8_u32(r2_0));
|
||||
vst1q_u8(output + 9*16, vreinterpretq_u8_u32(r2_1));
|
||||
vst1q_u8(output + 10*16, vreinterpretq_u8_u32(r2_2));
|
||||
vst1q_u8(output + 11*16, vreinterpretq_u8_u32(r2_3));
|
||||
|
||||
if (xorInput)
|
||||
{
|
||||
r3_0 = veorq_u32(vreinterpretq_u32_u8(vld1q_u8(input + 12*16)), r3_0);
|
||||
r3_1 = veorq_u32(vreinterpretq_u32_u8(vld1q_u8(input + 13*16)), r3_1);
|
||||
r3_2 = veorq_u32(vreinterpretq_u32_u8(vld1q_u8(input + 14*16)), r3_2);
|
||||
r3_3 = veorq_u32(vreinterpretq_u32_u8(vld1q_u8(input + 15*16)), r3_3);
|
||||
}
|
||||
|
||||
vst1q_u8(output + 12*16, vreinterpretq_u8_u32(r3_0));
|
||||
vst1q_u8(output + 13*16, vreinterpretq_u8_u32(r3_1));
|
||||
vst1q_u8(output + 14*16, vreinterpretq_u8_u32(r3_2));
|
||||
vst1q_u8(output + 15*16, vreinterpretq_u8_u32(r3_3));
|
||||
}
|
||||
|
||||
#endif // CRYPTOPP_ARM_NEON_AVAILABLE
|
||||
|
||||
#if (CRYPTOPP_SSE2_INTRIN_AVAILABLE || CRYPTOPP_SSE2_ASM_AVAILABLE)
|
||||
|
||||
void ChaCha_OperateKeystream_SSE2(const word32 *state, const byte* input, byte *output, unsigned int rounds, bool xorInput)
|
||||
|
|
|
|||
34
chacha.cpp
34
chacha.cpp
|
|
@ -11,6 +11,10 @@
|
|||
|
||||
NAMESPACE_BEGIN(CryptoPP)
|
||||
|
||||
#if (CRYPTOPP_ARM_NEON_AVAILABLE)
|
||||
extern void ChaCha_OperateKeystream_NEON(const word32 *state, const byte* input, byte *output, unsigned int rounds, bool xorInput);
|
||||
#endif
|
||||
|
||||
#if (CRYPTOPP_SSE2_INTRIN_AVAILABLE || CRYPTOPP_SSE2_ASM_AVAILABLE)
|
||||
extern void ChaCha_OperateKeystream_SSE2(const word32 *state, const byte* input, byte *output, unsigned int rounds, bool xorInput);
|
||||
#endif
|
||||
|
|
@ -33,6 +37,10 @@ std::string ChaCha_Policy::AlgorithmProvider() const
|
|||
#if (CRYPTOPP_SSE2_INTRIN_AVAILABLE || CRYPTOPP_SSE2_ASM_AVAILABLE)
|
||||
if (HasSSE2())
|
||||
return "SSE2";
|
||||
#endif
|
||||
#if (CRYPTOPP_ARM_NEON_AVAILABLE)
|
||||
if (HasNEON())
|
||||
return "NEON";
|
||||
#endif
|
||||
return "C++";
|
||||
}
|
||||
|
|
@ -91,6 +99,11 @@ unsigned int ChaCha_Policy::GetOptimalBlockSize() const
|
|||
if (HasSSE2())
|
||||
return 4*BYTES_PER_ITERATION;
|
||||
else
|
||||
#endif
|
||||
#if (CRYPTOPP_ARM_NEON_AVAILABLE)
|
||||
if (HasNEON())
|
||||
return 4*BYTES_PER_ITERATION;
|
||||
else
|
||||
#endif
|
||||
return BYTES_PER_ITERATION;
|
||||
}
|
||||
|
|
@ -113,7 +126,26 @@ void ChaCha_Policy::OperateKeystream(KeystreamOperation operation,
|
|||
if (m_state[12] < 4)
|
||||
m_state[13]++;
|
||||
|
||||
input += !!xorInput*4*BYTES_PER_ITERATION;
|
||||
input += (!!xorInput)*4*BYTES_PER_ITERATION;
|
||||
output += 4*BYTES_PER_ITERATION;
|
||||
iterationCount -= 4;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
#endif
|
||||
|
||||
#if (CRYPTOPP_ARM_NEON_AVAILABLE)
|
||||
if (HasNEON())
|
||||
{
|
||||
while (iterationCount >= 4)
|
||||
{
|
||||
bool xorInput = (operation & INPUT_NULL) != INPUT_NULL;
|
||||
ChaCha_OperateKeystream_NEON(m_state, input, output, m_rounds, xorInput);
|
||||
|
||||
m_state[12] += 4;
|
||||
if (m_state[12] < 4)
|
||||
m_state[13]++;
|
||||
|
||||
input += (!!xorInput)*4*BYTES_PER_ITERATION;
|
||||
output += 4*BYTES_PER_ITERATION;
|
||||
iterationCount -= 4;
|
||||
}
|
||||
|
|
|
|||
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