cipher/gost28147: optimization: use precomputed S-box tables
authorSergey V <sftp.mtuci@gmail.com>
Sat, 9 Nov 2013 16:10:10 +0000 (20:10 +0400)
committerWerner Koch <wk@gnupg.org>
Sat, 9 Nov 2013 20:17:18 +0000 (21:17 +0100)
* cipher/gost.h (GOST28147_context): Remove unneeded subst and
subst_set members.
* cipher/gost28147.c (max): Remove unneeded macro.
(test_sbox): Replace with new precomputed tables.
(gost_set_subst): Remove function.
(gost_val): Use new S-box tables.
(gost_encrypt_block, gost_decrypt_block): Tweak to use new ctx and
S-box tables.
--

Use generated 8->8 S-boxes with precomputed bitwise shifts and
bitwise rotations. So in the round function gost_val() we no need
to do this operations.

Before this patch:

 GOST28147      |  nanosecs/byte   mebibytes/sec   cycles/byte
        ECB enc |     24.00 ns/B     39.74 MiB/s         - c/B
        ECB dec |     26.41 ns/B     36.11 MiB/s         - c/B
        CBC enc |     24.57 ns/B     38.81 MiB/s         - c/B
        CBC dec |     26.58 ns/B     35.88 MiB/s         - c/B
        CFB enc |     24.79 ns/B     38.46 MiB/s         - c/B
        CFB dec |     24.72 ns/B     38.57 MiB/s         - c/B
        OFB enc |     24.38 ns/B     39.12 MiB/s         - c/B
        OFB dec |     24.35 ns/B     39.16 MiB/s         - c/B
        CTR enc |     24.83 ns/B     38.41 MiB/s         - c/B
        CTR dec |     25.27 ns/B     37.73 MiB/s         - c/B

After:

 GOST28147      |  nanosecs/byte   mebibytes/sec   cycles/byte
        ECB enc |     16.29 ns/B     58.55 MiB/s         - c/B
        ECB dec |     16.30 ns/B     58.50 MiB/s         - c/B
        CBC enc |     16.94 ns/B     56.29 MiB/s         - c/B
        CBC dec |     16.81 ns/B     56.72 MiB/s         - c/B
        CFB enc |     17.13 ns/B     55.66 MiB/s         - c/B
        CFB dec |     16.84 ns/B     56.63 MiB/s         - c/B
        OFB enc |     16.69 ns/B     57.13 MiB/s         - c/B
        OFB dec |     16.71 ns/B     57.08 MiB/s         - c/B
        CTR enc |     17.01 ns/B     56.06 MiB/s         - c/B
        CTR dec |     17.05 ns/B     55.93 MiB/s         - c/B

Signed-off-by: Sergey V <sftp.mtuci@gmail.com>
AUTHORS
cipher/gost.h
cipher/gost28147.c

diff --git a/AUTHORS b/AUTHORS
index 5cdf4a3..fcc992c 100644 (file)
--- a/AUTHORS
+++ b/AUTHORS
@@ -133,6 +133,9 @@ Jussi Kivilinna <jussi.kivilinna@iki.fi>
 Rafaël Carré <funman@videolan.org>
 2012-04-20:4F91988B.1080502@videolan.org:
 
+Sergey V. <sftp.mtuci@gmail.com>
+2013-11-07:2066221.5IYa7Yq760@darkstar:
+
 Tomáš Mráz <tm@t8m.info>
 2012-04-16:1334571250.5056.52.camel@vespa.frost.loc:
 
index 42021aa..d058eb2 100644 (file)
@@ -21,9 +21,7 @@
 #define _GCRY_GOST_H
 
 typedef struct {
-  u32 subst[4][256];
   u32 key[8];
-  int subst_set;
 } GOST28147_context;
 
 /* This is a simple interface that will be used by GOST R 34.11-94 */
index 2bda868..c094209 100644 (file)
 #include "cipher.h"
 
 
-#define max(a, b) (((a) > (b)) ? (a) : (b))
-
-
 /* This is an s-box from RFC4357, named GostR3411-94-TestParamSet
  * For now it is the only s-box supported, as libgcrypt lacks mechanism
- * for passing parameters to cipher in a usefull way. */
-unsigned char test_sbox[16 * 8] = {
-  0x4, 0xE, 0x5, 0x7, 0x6, 0x4, 0xD, 0x1,
-  0xA, 0xB, 0x8, 0xD, 0xC, 0xB, 0xB, 0xF,
-  0x9, 0x4, 0x1, 0xA, 0x7, 0xA, 0x4, 0xD,
-  0x2, 0xC, 0xD, 0x1, 0x1, 0x0, 0x1, 0x0,
-
-  0xD, 0x6, 0xA, 0x0, 0x5, 0x7, 0x3, 0x5,
-  0x8, 0xD, 0x3, 0x8, 0xF, 0x2, 0xF, 0x7,
-  0x0, 0xF, 0x4, 0x9, 0xD, 0x1, 0x5, 0xA,
-  0xE, 0xA, 0x2, 0xF, 0x8, 0xD, 0x9, 0x4,
-
-  0x6, 0x2, 0xE, 0xE, 0x4, 0x3, 0x0, 0x9,
-  0xB, 0x3, 0xF, 0x4, 0xA, 0x6, 0xA, 0x2,
-  0x1, 0x8, 0xC, 0x6, 0x9, 0x8, 0xE, 0x3,
-  0xC, 0x1, 0x7, 0xC, 0xE, 0x5, 0x7, 0xE,
-
-  0x7, 0x0, 0x6, 0xB, 0x0, 0x9, 0x6, 0x6,
-  0xF, 0x7, 0x0, 0x2, 0x3, 0xC, 0x8, 0xB,
-  0x5, 0x5, 0x9, 0x5, 0xB, 0xF, 0x2, 0x8,
-  0x3, 0x9, 0xB, 0x3, 0x2, 0xE, 0xC, 0xC,
+ * for passing parameters to cipher in a usefull way.
+ * S-boxes was modified from 4->4 to 8->8 bits unit with precalculated
+ * shift and rotation by optimisation reasons.
+ */
+static const u32 test_sbox[4][256] = {
+  /* 0 */
+  { 0x00072000, 0x00075000, 0x00074800, 0x00071000,
+    0x00076800, 0x00074000, 0x00070000, 0x00077000,
+    0x00073000, 0x00075800, 0x00070800, 0x00076000,
+    0x00073800, 0x00077800, 0x00072800, 0x00071800,
+    0x0005a000, 0x0005d000, 0x0005c800, 0x00059000,
+    0x0005e800, 0x0005c000, 0x00058000, 0x0005f000,
+    0x0005b000, 0x0005d800, 0x00058800, 0x0005e000,
+    0x0005b800, 0X0005F800, 0x0005a800, 0x00059800,
+    0x00022000, 0x00025000, 0x00024800, 0x00021000,
+    0x00026800, 0x00024000, 0x00020000, 0x00027000,
+    0X00023000, 0x00025800, 0x00020800, 0x00026000,
+    0x00023800, 0x00027800, 0x00022800, 0x00021800,
+    0x00062000, 0x00065000, 0x00064800, 0x00061000,
+    0x00066800, 0x00064000, 0x00060000, 0x00067000,
+    0x00063000, 0x00065800, 0x00060800, 0x00066000,
+    0x00063800, 0x00067800, 0x00062800, 0x00061800,
+    0x00032000, 0x00035000, 0x00034800, 0x00031000,
+    0x00036800, 0x00034000, 0x00030000, 0x00037000,
+    0x00033000, 0x00035800, 0x00030800, 0x00036000,
+    0x00033800, 0x00037800, 0x00032800, 0x00031800,
+    0x0006a000, 0x0006d000, 0x0006c800, 0x00069000,
+    0x0006e800, 0x0006c000, 0x00068000, 0x0006f000,
+    0x0006b000, 0x0006d800, 0x00068800, 0x0006e000,
+    0x0006b800, 0x0006f800, 0x0006a800, 0x00069800,
+    0x0007a000, 0x0007d000, 0x0007c800, 0x00079000,
+    0x0007e800, 0x0007c000, 0x00078000, 0x0007f000,
+    0x0007b000, 0x0007d800, 0x00078800, 0x0007e000,
+    0x0007b800, 0x0007f800, 0x0007a800, 0x00079800,
+    0x00052000, 0x00055000, 0x00054800, 0x00051000,
+    0x00056800, 0x00054000, 0x00050000, 0x00057000,
+    0x00053000, 0x00055800, 0x00050800, 0x00056000,
+    0x00053800, 0x00057800, 0x00052800, 0x00051800,
+    0x00012000, 0x00015000, 0x00014800, 0x00011000,
+    0x00016800, 0x00014000, 0x00010000, 0x00017000,
+    0x00013000, 0x00015800, 0x00010800, 0x00016000,
+    0x00013800, 0x00017800, 0x00012800, 0x00011800,
+    0x0001a000, 0x0001d000, 0x0001c800, 0x00019000,
+    0x0001e800, 0x0001c000, 0x00018000, 0x0001f000,
+    0x0001b000, 0x0001d800, 0x00018800, 0x0001e000,
+    0x0001b800, 0x0001f800, 0x0001a800, 0x00019800,
+    0x00042000, 0x00045000, 0x00044800, 0x00041000,
+    0x00046800, 0x00044000, 0x00040000, 0x00047000,
+    0x00043000, 0x00045800, 0x00040800, 0x00046000,
+    0x00043800, 0x00047800, 0x00042800, 0x00041800,
+    0x0000a000, 0x0000d000, 0x0000c800, 0x00009000,
+    0x0000e800, 0x0000c000, 0x00008000, 0x0000f000,
+    0x0000b000, 0x0000d800, 0x00008800, 0x0000e000,
+    0x0000b800, 0x0000f800, 0x0000a800, 0x00009800,
+    0x00002000, 0x00005000, 0x00004800, 0x00001000,
+    0x00006800, 0x00004000, 0x00000000, 0x00007000,
+    0x00003000, 0x00005800, 0x00000800, 0x00006000,
+    0x00003800, 0x00007800, 0x00002800, 0x00001800,
+    0x0003a000, 0x0003d000, 0x0003c800, 0x00039000,
+    0x0003e800, 0x0003c000, 0x00038000, 0x0003f000,
+    0x0003b000, 0x0003d800, 0x00038800, 0x0003e000,
+    0x0003b800, 0x0003f800, 0x0003a800, 0x00039800,
+    0x0002a000, 0x0002d000, 0x0002c800, 0x00029000,
+    0x0002e800, 0x0002c000, 0x00028000, 0x0002f000,
+    0x0002b000, 0x0002d800, 0x00028800, 0x0002e000,
+    0x0002b800, 0x0002f800, 0x0002a800, 0x00029800,
+    0x0004a000, 0x0004d000, 0x0004c800, 0x00049000,
+    0x0004e800, 0x0004c000, 0x00048000, 0x0004f000,
+    0x0004b000, 0x0004d800, 0x00048800, 0x0004e000,
+    0x0004b800, 0x0004f800, 0x0004a800, 0x00049800 },
+  /* 1 */
+  { 0x03a80000, 0x03c00000, 0x03880000, 0x03e80000,
+    0x03d00000, 0x03980000, 0x03a00000, 0x03900000,
+    0x03f00000, 0x03f80000, 0x03e00000, 0x03b80000,
+    0x03b00000, 0x03800000, 0x03c80000, 0x03d80000,
+    0x06a80000, 0x06c00000, 0x06880000, 0x06e80000,
+    0x06d00000, 0x06980000, 0x06a00000, 0x06900000,
+    0x06f00000, 0x06f80000, 0x06e00000, 0x06b80000,
+    0x06b00000, 0x06800000, 0x06c80000, 0x06d80000,
+    0x05280000, 0x05400000, 0x05080000, 0x05680000,
+    0x05500000, 0x05180000, 0x05200000, 0x05100000,
+    0x05700000, 0x05780000, 0x05600000, 0x05380000,
+    0x05300000, 0x05000000, 0x05480000, 0x05580000,
+    0x00a80000, 0x00c00000, 0x00880000, 0x00e80000,
+    0x00d00000, 0x00980000, 0x00a00000, 0x00900000,
+    0x00f00000, 0x00f80000, 0x00e00000, 0x00b80000,
+    0x00b00000, 0x00800000, 0x00c80000, 0x00d80000,
+    0x00280000, 0x00400000, 0x00080000, 0x00680000,
+    0x00500000, 0x00180000, 0x00200000, 0x00100000,
+    0x00700000, 0x00780000, 0x00600000, 0x00380000,
+    0x00300000, 0x00000000, 0x00480000, 0x00580000,
+    0x04280000, 0x04400000, 0x04080000, 0x04680000,
+    0x04500000, 0x04180000, 0x04200000, 0x04100000,
+    0x04700000, 0x04780000, 0x04600000, 0x04380000,
+    0x04300000, 0x04000000, 0x04480000, 0x04580000,
+    0x04a80000, 0x04c00000, 0x04880000, 0x04e80000,
+    0x04d00000, 0x04980000, 0x04a00000, 0x04900000,
+    0x04f00000, 0x04f80000, 0x04e00000, 0x04b80000,
+    0x04b00000, 0x04800000, 0x04c80000, 0x04d80000,
+    0x07a80000, 0x07c00000, 0x07880000, 0x07e80000,
+    0x07d00000, 0x07980000, 0x07a00000, 0x07900000,
+    0x07f00000, 0x07f80000, 0x07e00000, 0x07b80000,
+    0x07b00000, 0x07800000, 0x07c80000, 0x07d80000,
+    0x07280000, 0x07400000, 0x07080000, 0x07680000,
+    0x07500000, 0x07180000, 0x07200000, 0x07100000,
+    0x07700000, 0x07780000, 0x07600000, 0x07380000,
+    0x07300000, 0x07000000, 0x07480000, 0x07580000,
+    0x02280000, 0x02400000, 0x02080000, 0x02680000,
+    0x02500000, 0x02180000, 0x02200000, 0x02100000,
+    0x02700000, 0x02780000, 0x02600000, 0x02380000,
+    0x02300000, 0x02000000, 0x02480000, 0x02580000,
+    0x03280000, 0x03400000, 0x03080000, 0x03680000,
+    0x03500000, 0x03180000, 0x03200000, 0x03100000,
+    0x03700000, 0x03780000, 0x03600000, 0x03380000,
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 };
 
 #include "gost.h"
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   return GPG_ERR_NO_ERROR;
 }
 
-static void
-gost_set_subst (GOST28147_context *ctx, unsigned char *sbox)
-{
-  unsigned i, j;
-  for (i = 0; i < 4; i++)
-    {
-       for (j = 0; j < 256; j++)
-         {
-           ctx->subst[i][j] = sbox[ (j & 0xf) * 8 + 2 * i + 0] |
-                             (sbox[ (j >> 4)  * 8 + 2 * i + 1] << 4);
-         }
-    }
-  ctx->subst_set = 1;
-}
-
 static u32
 gost_val (GOST28147_context *ctx, u32 cm1, int subkey)
 {
   cm1 += ctx->key[subkey];
-  cm1 = (ctx->subst[0][ (cm1 >>  0) & 0xff] <<  0) |
-        (ctx->subst[1][ (cm1 >>  8) & 0xff] <<  8) |
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-        (ctx->subst[3][ (cm1 >> 24) & 0xff] << 24);
-  return (cm1 << 11) | (cm1 >> 21);
+  cm1 = test_sbox[0][ (cm1 >>  0) & 0xff] |
+        test_sbox[1][ (cm1 >>  8) & 0xff] |
+        test_sbox[2][ (cm1 >> 16) & 0xff] |
+        test_sbox[3][ (cm1 >> 24) & 0xff];
+  return cm1;
 }
 
 static unsigned int
@@ -116,9 +342,6 @@ gost_encrypt_block (void *c, byte *outbuf, const byte *inbuf)
   GOST28147_context *ctx = c;
   u32 n1, n2;
 
-  if (!ctx->subst_set)
-    gost_set_subst (ctx, test_sbox);
-
   n1 =  (inbuf[0] << 0) |
         (inbuf[1] << 8) |
         (inbuf[2] << 16) |
@@ -159,9 +382,7 @@ gost_encrypt_block (void *c, byte *outbuf, const byte *inbuf)
 
   return /* burn_stack */ 4*sizeof(void*) /* func call */ +
                           3*sizeof(void*) /* stack */ +
-                          max( 4*sizeof(void*) /* gost_val call */,
-                               3*sizeof(void*) /* gost_set_subst call */ +
-                               2*sizeof(void*) /* gost_set subst stack*/ );
+                          4*sizeof(void*) /* gost_val call */;
 }
 
 unsigned int _gcry_gost_enc_one (GOST28147_context *c, const byte *key,
@@ -177,9 +398,6 @@ gost_decrypt_block (void *c, byte *outbuf, const byte *inbuf)
   GOST28147_context *ctx = c;
   u32 n1, n2;
 
-  if (!ctx->subst_set)
-    gost_set_subst (ctx, test_sbox);
-
   n1 =  (inbuf[0] << 0) |
         (inbuf[1] << 8) |
         (inbuf[2] << 16) |
@@ -220,9 +438,7 @@ gost_decrypt_block (void *c, byte *outbuf, const byte *inbuf)
 
   return /* burn_stack */ 4*sizeof(void*) /* func call */ +
                           3*sizeof(void*) /* stack */ +
-                          max( 4*sizeof(void*) /* gost_val call */,
-                               3*sizeof(void*) /* gost_set_subst call */ +
-                               2*sizeof(void*) /* gost_set subst stack*/ );
+                          4*sizeof(void*) /* gost_val call */;
 }
 
 gcry_cipher_spec_t _gcry_cipher_spec_gost28147 =