Add ARMv8/CE acceleration for AES-XTS
[libgcrypt.git] / cipher / sha512.c
index 7daca35..06e8a2b 100644 (file)
@@ -1,7 +1,5 @@
 /* sha512.c - SHA384 and SHA512 hash functions
- *     Copyright (C) 2003 Free Software Foundation, Inc.
- *
- * Please see below for more legal information!
+ * Copyright (C) 2003, 2008, 2009 Free Software Foundation, Inc.
  *
  * This file is part of Libgcrypt.
  *
@@ -15,9 +13,8 @@
  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  * GNU Lesser General Public License for more details.
  *
- * You should have received a copy of the GNU General Public License
- * along with this program; if not, write to the Free Software
- * Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA 02111-1307, USA
+ * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
+ * License along with this program; if not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  */
 
 
 #include <string.h>
 #include "g10lib.h"
 #include "bithelp.h"
+#include "bufhelp.h"
 #include "cipher.h"
+#include "hash-common.h"
+
+
+/* USE_ARM_NEON_ASM indicates whether to enable ARM NEON assembly code. */
+#undef USE_ARM_NEON_ASM
+#ifdef ENABLE_NEON_SUPPORT
+# if defined(HAVE_ARM_ARCH_V6) && defined(__ARMEL__) \
+     && defined(HAVE_COMPATIBLE_GCC_ARM_PLATFORM_AS) \
+     && defined(HAVE_GCC_INLINE_ASM_NEON)
+#  define USE_ARM_NEON_ASM 1
+# endif
+#endif /*ENABLE_NEON_SUPPORT*/
+
+
+/* USE_ARM_ASM indicates whether to enable ARM assembly code. */
+#undef USE_ARM_ASM
+#if defined(__ARMEL__) && defined(HAVE_COMPATIBLE_GCC_ARM_PLATFORM_AS)
+# define USE_ARM_ASM 1
+#endif
+
+
+/* USE_SSSE3 indicates whether to compile with Intel SSSE3 code. */
+#undef USE_SSSE3
+#if defined(__x86_64__) && defined(HAVE_GCC_INLINE_ASM_SSSE3) && \
+    defined(HAVE_INTEL_SYNTAX_PLATFORM_AS) && \
+    (defined(HAVE_COMPATIBLE_GCC_AMD64_PLATFORM_AS) || \
+     defined(HAVE_COMPATIBLE_GCC_WIN64_PLATFORM_AS))
+# define USE_SSSE3 1
+#endif
+
+
+/* USE_AVX indicates whether to compile with Intel AVX code. */
+#undef USE_AVX
+#if defined(__x86_64__) && defined(HAVE_GCC_INLINE_ASM_AVX) && \
+    defined(HAVE_INTEL_SYNTAX_PLATFORM_AS) && \
+    (defined(HAVE_COMPATIBLE_GCC_AMD64_PLATFORM_AS) || \
+     defined(HAVE_COMPATIBLE_GCC_WIN64_PLATFORM_AS))
+# define USE_AVX 1
+#endif
+
+
+/* USE_AVX2 indicates whether to compile with Intel AVX2/rorx code. */
+#undef USE_AVX2
+#if defined(__x86_64__) && defined(HAVE_GCC_INLINE_ASM_AVX2) && \
+    defined(HAVE_GCC_INLINE_ASM_BMI2) && \
+    defined(HAVE_INTEL_SYNTAX_PLATFORM_AS) && \
+    (defined(HAVE_COMPATIBLE_GCC_AMD64_PLATFORM_AS) || \
+     defined(HAVE_COMPATIBLE_GCC_WIN64_PLATFORM_AS))
+# define USE_AVX2 1
+#endif
+
 
 typedef struct
 {
   u64 h0, h1, h2, h3, h4, h5, h6, h7;
-  u64 nblocks;
-  byte buf[128];
-  int count;
+} SHA512_STATE;
+
+typedef struct
+{
+  gcry_md_block_ctx_t bctx;
+  SHA512_STATE state;
+#ifdef USE_ARM_NEON_ASM
+  unsigned int use_neon:1;
+#endif
+#ifdef USE_SSSE3
+  unsigned int use_ssse3:1;
+#endif
+#ifdef USE_AVX
+  unsigned int use_avx:1;
+#endif
+#ifdef USE_AVX2
+  unsigned int use_avx2:1;
+#endif
 } SHA512_CONTEXT;
 
-void
-sha512_init (void *context)
+static unsigned int
+transform (void *context, const unsigned char *data, size_t nblks);
+
+static void
+sha512_init (void *context, unsigned int flags)
 {
-  SHA512_CONTEXT *hd = (SHA512_CONTEXT *) context;
+  SHA512_CONTEXT *ctx = context;
+  SHA512_STATE *hd = &ctx->state;
+  unsigned int features = _gcry_get_hw_features ();
+
+  (void)flags;
 
   hd->h0 = U64_C(0x6a09e667f3bcc908);
   hd->h1 = U64_C(0xbb67ae8584caa73b);
@@ -77,14 +148,36 @@ sha512_init (void *context)
   hd->h6 = U64_C(0x1f83d9abfb41bd6b);
   hd->h7 = U64_C(0x5be0cd19137e2179);
 
-  hd->nblocks = 0;
-  hd->count = 0;
+  ctx->bctx.nblocks = 0;
+  ctx->bctx.nblocks_high = 0;
+  ctx->bctx.count = 0;
+  ctx->bctx.blocksize = 128;
+  ctx->bctx.bwrite = transform;
+
+#ifdef USE_ARM_NEON_ASM
+  ctx->use_neon = (features & HWF_ARM_NEON) != 0;
+#endif
+#ifdef USE_SSSE3
+  ctx->use_ssse3 = (features & HWF_INTEL_SSSE3) != 0;
+#endif
+#ifdef USE_AVX
+  ctx->use_avx = (features & HWF_INTEL_AVX) && (features & HWF_INTEL_FAST_SHLD);
+#endif
+#ifdef USE_AVX2
+  ctx->use_avx2 = (features & HWF_INTEL_AVX2) && (features & HWF_INTEL_BMI2);
+#endif
+
+  (void)features;
 }
 
-void
-sha384_init (void *context)
+static void
+sha384_init (void *context, unsigned int flags)
 {
-  SHA512_CONTEXT *hd = (SHA512_CONTEXT *) context;
+  SHA512_CONTEXT *ctx = context;
+  SHA512_STATE *hd = &ctx->state;
+  unsigned int features = _gcry_get_hw_features ();
+
+  (void)flags;
 
   hd->h0 = U64_C(0xcbbb9d5dc1059ed8);
   hd->h1 = U64_C(0x629a292a367cd507);
@@ -95,63 +188,114 @@ sha384_init (void *context)
   hd->h6 = U64_C(0xdb0c2e0d64f98fa7);
   hd->h7 = U64_C(0x47b5481dbefa4fa4);
 
-  hd->nblocks = 0;
-  hd->count = 0;
+  ctx->bctx.nblocks = 0;
+  ctx->bctx.nblocks_high = 0;
+  ctx->bctx.count = 0;
+  ctx->bctx.blocksize = 128;
+  ctx->bctx.bwrite = transform;
+
+#ifdef USE_ARM_NEON_ASM
+  ctx->use_neon = (features & HWF_ARM_NEON) != 0;
+#endif
+#ifdef USE_SSSE3
+  ctx->use_ssse3 = (features & HWF_INTEL_SSSE3) != 0;
+#endif
+#ifdef USE_AVX
+  ctx->use_avx = (features & HWF_INTEL_AVX) && (features & HWF_INTEL_FAST_SHLD);
+#endif
+#ifdef USE_AVX2
+  ctx->use_avx2 = (features & HWF_INTEL_AVX2) && (features & HWF_INTEL_BMI2);
+#endif
+
+  (void)features;
 }
 
 
+static const u64 k[] =
+  {
+    U64_C(0x428a2f98d728ae22), U64_C(0x7137449123ef65cd),
+    U64_C(0xb5c0fbcfec4d3b2f), U64_C(0xe9b5dba58189dbbc),
+    U64_C(0x3956c25bf348b538), U64_C(0x59f111f1b605d019),
+    U64_C(0x923f82a4af194f9b), U64_C(0xab1c5ed5da6d8118),
+    U64_C(0xd807aa98a3030242), U64_C(0x12835b0145706fbe),
+    U64_C(0x243185be4ee4b28c), U64_C(0x550c7dc3d5ffb4e2),
+    U64_C(0x72be5d74f27b896f), U64_C(0x80deb1fe3b1696b1),
+    U64_C(0x9bdc06a725c71235), U64_C(0xc19bf174cf692694),
+    U64_C(0xe49b69c19ef14ad2), U64_C(0xefbe4786384f25e3),
+    U64_C(0x0fc19dc68b8cd5b5), U64_C(0x240ca1cc77ac9c65),
+    U64_C(0x2de92c6f592b0275), U64_C(0x4a7484aa6ea6e483),
+    U64_C(0x5cb0a9dcbd41fbd4), U64_C(0x76f988da831153b5),
+    U64_C(0x983e5152ee66dfab), U64_C(0xa831c66d2db43210),
+    U64_C(0xb00327c898fb213f), U64_C(0xbf597fc7beef0ee4),
+    U64_C(0xc6e00bf33da88fc2), U64_C(0xd5a79147930aa725),
+    U64_C(0x06ca6351e003826f), U64_C(0x142929670a0e6e70),
+    U64_C(0x27b70a8546d22ffc), U64_C(0x2e1b21385c26c926),
+    U64_C(0x4d2c6dfc5ac42aed), U64_C(0x53380d139d95b3df),
+    U64_C(0x650a73548baf63de), U64_C(0x766a0abb3c77b2a8),
+    U64_C(0x81c2c92e47edaee6), U64_C(0x92722c851482353b),
+    U64_C(0xa2bfe8a14cf10364), U64_C(0xa81a664bbc423001),
+    U64_C(0xc24b8b70d0f89791), U64_C(0xc76c51a30654be30),
+    U64_C(0xd192e819d6ef5218), U64_C(0xd69906245565a910),
+    U64_C(0xf40e35855771202a), U64_C(0x106aa07032bbd1b8),
+    U64_C(0x19a4c116b8d2d0c8), U64_C(0x1e376c085141ab53),
+    U64_C(0x2748774cdf8eeb99), U64_C(0x34b0bcb5e19b48a8),
+    U64_C(0x391c0cb3c5c95a63), U64_C(0x4ed8aa4ae3418acb),
+    U64_C(0x5b9cca4f7763e373), U64_C(0x682e6ff3d6b2b8a3),
+    U64_C(0x748f82ee5defb2fc), U64_C(0x78a5636f43172f60),
+    U64_C(0x84c87814a1f0ab72), U64_C(0x8cc702081a6439ec),
+    U64_C(0x90befffa23631e28), U64_C(0xa4506cebde82bde9),
+    U64_C(0xbef9a3f7b2c67915), U64_C(0xc67178f2e372532b),
+    U64_C(0xca273eceea26619c), U64_C(0xd186b8c721c0c207),
+    U64_C(0xeada7dd6cde0eb1e), U64_C(0xf57d4f7fee6ed178),
+    U64_C(0x06f067aa72176fba), U64_C(0x0a637dc5a2c898a6),
+    U64_C(0x113f9804bef90dae), U64_C(0x1b710b35131c471b),
+    U64_C(0x28db77f523047d84), U64_C(0x32caab7b40c72493),
+    U64_C(0x3c9ebe0a15c9bebc), U64_C(0x431d67c49c100d4c),
+    U64_C(0x4cc5d4becb3e42b6), U64_C(0x597f299cfc657e2a),
+    U64_C(0x5fcb6fab3ad6faec), U64_C(0x6c44198c4a475817)
+  };
+
+#ifndef USE_ARM_ASM
+
+static inline u64
+ROTR (u64 x, u64 n)
+{
+  return ((x >> n) | (x << (64 - n)));
+}
+
+static inline u64
+Ch (u64 x, u64 y, u64 z)
+{
+  return ((x & y) ^ ( ~x & z));
+}
+
+static inline u64
+Maj (u64 x, u64 y, u64 z)
+{
+  return ((x & y) ^ (x & z) ^ (y & z));
+}
+
+static inline u64
+Sum0 (u64 x)
+{
+  return (ROTR (x, 28) ^ ROTR (x, 34) ^ ROTR (x, 39));
+}
+
+static inline u64
+Sum1 (u64 x)
+{
+  return (ROTR (x, 14) ^ ROTR (x, 18) ^ ROTR (x, 41));
+}
+
 /****************
  * Transform the message W which consists of 16 64-bit-words
  */
-static void
-transform (SHA512_CONTEXT *hd, byte *data)
+static unsigned int
+transform_blk (SHA512_STATE *hd, const unsigned char *data)
 {
   u64 a, b, c, d, e, f, g, h;
-  u64 w[80];
+  u64 w[16];
   int t;
-  static const u64 k[] =
-    {
-      U64_C(0x428a2f98d728ae22), U64_C(0x7137449123ef65cd),
-      U64_C(0xb5c0fbcfec4d3b2f), U64_C(0xe9b5dba58189dbbc),
-      U64_C(0x3956c25bf348b538), U64_C(0x59f111f1b605d019),
-      U64_C(0x923f82a4af194f9b), U64_C(0xab1c5ed5da6d8118),
-      U64_C(0xd807aa98a3030242), U64_C(0x12835b0145706fbe),
-      U64_C(0x243185be4ee4b28c), U64_C(0x550c7dc3d5ffb4e2),
-      U64_C(0x72be5d74f27b896f), U64_C(0x80deb1fe3b1696b1),
-      U64_C(0x9bdc06a725c71235), U64_C(0xc19bf174cf692694),
-      U64_C(0xe49b69c19ef14ad2), U64_C(0xefbe4786384f25e3),
-      U64_C(0x0fc19dc68b8cd5b5), U64_C(0x240ca1cc77ac9c65),
-      U64_C(0x2de92c6f592b0275), U64_C(0x4a7484aa6ea6e483),
-      U64_C(0x5cb0a9dcbd41fbd4), U64_C(0x76f988da831153b5),
-      U64_C(0x983e5152ee66dfab), U64_C(0xa831c66d2db43210),
-      U64_C(0xb00327c898fb213f), U64_C(0xbf597fc7beef0ee4),
-      U64_C(0xc6e00bf33da88fc2), U64_C(0xd5a79147930aa725),
-      U64_C(0x06ca6351e003826f), U64_C(0x142929670a0e6e70),
-      U64_C(0x27b70a8546d22ffc), U64_C(0x2e1b21385c26c926),
-      U64_C(0x4d2c6dfc5ac42aed), U64_C(0x53380d139d95b3df),
-      U64_C(0x650a73548baf63de), U64_C(0x766a0abb3c77b2a8),
-      U64_C(0x81c2c92e47edaee6), U64_C(0x92722c851482353b),
-      U64_C(0xa2bfe8a14cf10364), U64_C(0xa81a664bbc423001),
-      U64_C(0xc24b8b70d0f89791), U64_C(0xc76c51a30654be30),
-      U64_C(0xd192e819d6ef5218), U64_C(0xd69906245565a910),
-      U64_C(0xf40e35855771202a), U64_C(0x106aa07032bbd1b8),
-      U64_C(0x19a4c116b8d2d0c8), U64_C(0x1e376c085141ab53),
-      U64_C(0x2748774cdf8eeb99), U64_C(0x34b0bcb5e19b48a8),
-      U64_C(0x391c0cb3c5c95a63), U64_C(0x4ed8aa4ae3418acb),
-      U64_C(0x5b9cca4f7763e373), U64_C(0x682e6ff3d6b2b8a3),
-      U64_C(0x748f82ee5defb2fc), U64_C(0x78a5636f43172f60),
-      U64_C(0x84c87814a1f0ab72), U64_C(0x8cc702081a6439ec),
-      U64_C(0x90befffa23631e28), U64_C(0xa4506cebde82bde9),
-      U64_C(0xbef9a3f7b2c67915), U64_C(0xc67178f2e372532b),
-      U64_C(0xca273eceea26619c), U64_C(0xd186b8c721c0c207),
-      U64_C(0xeada7dd6cde0eb1e), U64_C(0xf57d4f7fee6ed178),
-      U64_C(0x06f067aa72176fba), U64_C(0x0a637dc5a2c898a6),
-      U64_C(0x113f9804bef90dae), U64_C(0x1b710b35131c471b),
-      U64_C(0x28db77f523047d84), U64_C(0x32caab7b40c72493),
-      U64_C(0x3c9ebe0a15c9bebc), U64_C(0x431d67c49c100d4c),
-      U64_C(0x4cc5d4becb3e42b6), U64_C(0x597f299cfc657e2a),
-      U64_C(0x5fcb6fab3ad6faec), U64_C(0x6c44198c4a475817)
-    };
 
   /* get values from the chaining vars */
   a = hd->h0;
@@ -163,43 +307,27 @@ transform (SHA512_CONTEXT *hd, byte *data)
   g = hd->h6;
   h = hd->h7;
 
-#ifdef WORDS_BIGENDIAN
-  memcpy (w, data, 128);
-#else
-  {
-    int i;
-    byte *p2;
-
-    for (i = 0, p2 = (byte *) w; i < 16; i++, p2 += 8)
-      {
-       p2[7] = *data++;
-       p2[6] = *data++;
-       p2[5] = *data++;
-       p2[4] = *data++;
-       p2[3] = *data++;
-       p2[2] = *data++;
-       p2[1] = *data++;
-       p2[0] = *data++;
-      }
-  }
-#endif
+  for ( t = 0; t < 16; t++ )
+    w[t] = buf_get_be64(data + t * 8);
 
-#define ROTR(x,n) (((x)>>(n)) | ((x)<<(64-(n))))
-#define Ch(x,y,z) (((x) & (y)) ^ ((~(x)) & (z)))
-#define Maj(x,y,z) (((x) & (y)) ^ ((x) & (z)) ^ ((y) & (z)))
-#define Sum0(x) (ROTR((x),28) ^ ROTR((x),34) ^ ROTR((x),39))
-#define Sum1(x) (ROTR((x),14) ^ ROTR((x),18) ^ ROTR((x),41))
 #define S0(x) (ROTR((x),1) ^ ROTR((x),8) ^ ((x)>>7))
 #define S1(x) (ROTR((x),19) ^ ROTR((x),61) ^ ((x)>>6))
 
-  for (t = 16; t < 80; t++)
-    w[t] = S1 (w[t - 2]) + w[t - 7] + S0 (w[t - 15]) + w[t - 16];
-
-  for (t = 0; t < 80; t++)
+  for (t = 0; t < 80 - 16; )
     {
       u64 t1, t2;
 
-      t1 = h + Sum1 (e) + Ch (e, f, g) + k[t] + w[t];
+      /* Performance on a AMD Athlon(tm) Dual Core Processor 4050e
+         with gcc 4.3.3 using gcry_md_hash_buffer of each 10000 bytes
+         initialized to 0,1,2,3...255,0,... and 1000 iterations:
+
+         Not unrolled with macros:  440ms
+         Unrolled with macros:      350ms
+         Unrolled with inline:      330ms
+      */
+#if 0 /* Not unrolled.  */
+      t1 = h + Sum1 (e) + Ch (e, f, g) + k[t] + w[t%16];
+      w[t%16] += S1 (w[(t - 2)%16]) + w[(t - 7)%16] + S0 (w[(t - 15)%16]);
       t2 = Sum0 (a) + Maj (a, b, c);
       h = g;
       g = f;
@@ -209,11 +337,210 @@ transform (SHA512_CONTEXT *hd, byte *data)
       c = b;
       b = a;
       a = t1 + t2;
+      t++;
+#else /* Unrolled to interweave the chain variables.  */
+      t1 = h + Sum1 (e) + Ch (e, f, g) + k[t] + w[0];
+      w[0] += S1 (w[14]) + w[9] + S0 (w[1]);
+      t2 = Sum0 (a) + Maj (a, b, c);
+      d += t1;
+      h = t1 + t2;
+
+      t1 = g + Sum1 (d) + Ch (d, e, f) + k[t+1] + w[1];
+      w[1] += S1 (w[15]) + w[10] + S0 (w[2]);
+      t2 = Sum0 (h) + Maj (h, a, b);
+      c += t1;
+      g  = t1 + t2;
+
+      t1 = f + Sum1 (c) + Ch (c, d, e) + k[t+2] + w[2];
+      w[2] += S1 (w[0]) + w[11] + S0 (w[3]);
+      t2 = Sum0 (g) + Maj (g, h, a);
+      b += t1;
+      f  = t1 + t2;
+
+      t1 = e + Sum1 (b) + Ch (b, c, d) + k[t+3] + w[3];
+      w[3] += S1 (w[1]) + w[12] + S0 (w[4]);
+      t2 = Sum0 (f) + Maj (f, g, h);
+      a += t1;
+      e  = t1 + t2;
+
+      t1 = d + Sum1 (a) + Ch (a, b, c) + k[t+4] + w[4];
+      w[4] += S1 (w[2]) + w[13] + S0 (w[5]);
+      t2 = Sum0 (e) + Maj (e, f, g);
+      h += t1;
+      d  = t1 + t2;
+
+      t1 = c + Sum1 (h) + Ch (h, a, b) + k[t+5] + w[5];
+      w[5] += S1 (w[3]) + w[14] + S0 (w[6]);
+      t2 = Sum0 (d) + Maj (d, e, f);
+      g += t1;
+      c  = t1 + t2;
+
+      t1 = b + Sum1 (g) + Ch (g, h, a) + k[t+6] + w[6];
+      w[6] += S1 (w[4]) + w[15] + S0 (w[7]);
+      t2 = Sum0 (c) + Maj (c, d, e);
+      f += t1;
+      b  = t1 + t2;
+
+      t1 = a + Sum1 (f) + Ch (f, g, h) + k[t+7] + w[7];
+      w[7] += S1 (w[5]) + w[0] + S0 (w[8]);
+      t2 = Sum0 (b) + Maj (b, c, d);
+      e += t1;
+      a  = t1 + t2;
+
+      t1 = h + Sum1 (e) + Ch (e, f, g) + k[t+8] + w[8];
+      w[8] += S1 (w[6]) + w[1] + S0 (w[9]);
+      t2 = Sum0 (a) + Maj (a, b, c);
+      d += t1;
+      h  = t1 + t2;
+
+      t1 = g + Sum1 (d) + Ch (d, e, f) + k[t+9] + w[9];
+      w[9] += S1 (w[7]) + w[2] + S0 (w[10]);
+      t2 = Sum0 (h) + Maj (h, a, b);
+      c += t1;
+      g  = t1 + t2;
+
+      t1 = f + Sum1 (c) + Ch (c, d, e) + k[t+10] + w[10];
+      w[10] += S1 (w[8]) + w[3] + S0 (w[11]);
+      t2 = Sum0 (g) + Maj (g, h, a);
+      b += t1;
+      f  = t1 + t2;
+
+      t1 = e + Sum1 (b) + Ch (b, c, d) + k[t+11] + w[11];
+      w[11] += S1 (w[9]) + w[4] + S0 (w[12]);
+      t2 = Sum0 (f) + Maj (f, g, h);
+      a += t1;
+      e  = t1 + t2;
+
+      t1 = d + Sum1 (a) + Ch (a, b, c) + k[t+12] + w[12];
+      w[12] += S1 (w[10]) + w[5] + S0 (w[13]);
+      t2 = Sum0 (e) + Maj (e, f, g);
+      h += t1;
+      d  = t1 + t2;
+
+      t1 = c + Sum1 (h) + Ch (h, a, b) + k[t+13] + w[13];
+      w[13] += S1 (w[11]) + w[6] + S0 (w[14]);
+      t2 = Sum0 (d) + Maj (d, e, f);
+      g += t1;
+      c  = t1 + t2;
+
+      t1 = b + Sum1 (g) + Ch (g, h, a) + k[t+14] + w[14];
+      w[14] += S1 (w[12]) + w[7] + S0 (w[15]);
+      t2 = Sum0 (c) + Maj (c, d, e);
+      f += t1;
+      b  = t1 + t2;
+
+      t1 = a + Sum1 (f) + Ch (f, g, h) + k[t+15] + w[15];
+      w[15] += S1 (w[13]) + w[8] + S0 (w[0]);
+      t2 = Sum0 (b) + Maj (b, c, d);
+      e += t1;
+      a  = t1 + t2;
+
+      t += 16;
+#endif
+    }
 
-      /* printf("t=%d a=%016llX b=%016llX c=%016llX d=%016llX e=%016llX f=%016llX g=%016llX h=%016llX\n",t,a,b,c,d,e,f,g,h); */
+  for (; t < 80; )
+    {
+      u64 t1, t2;
+
+#if 0 /* Not unrolled.  */
+      t1 = h + Sum1 (e) + Ch (e, f, g) + k[t] + w[t%16];
+      t2 = Sum0 (a) + Maj (a, b, c);
+      h = g;
+      g = f;
+      f = e;
+      e = d + t1;
+      d = c;
+      c = b;
+      b = a;
+      a = t1 + t2;
+      t++;
+#else /* Unrolled to interweave the chain variables.  */
+      t1 = h + Sum1 (e) + Ch (e, f, g) + k[t] + w[0];
+      t2 = Sum0 (a) + Maj (a, b, c);
+      d += t1;
+      h  = t1 + t2;
+
+      t1 = g + Sum1 (d) + Ch (d, e, f) + k[t+1] + w[1];
+      t2 = Sum0 (h) + Maj (h, a, b);
+      c += t1;
+      g  = t1 + t2;
+
+      t1 = f + Sum1 (c) + Ch (c, d, e) + k[t+2] + w[2];
+      t2 = Sum0 (g) + Maj (g, h, a);
+      b += t1;
+      f  = t1 + t2;
+
+      t1 = e + Sum1 (b) + Ch (b, c, d) + k[t+3] + w[3];
+      t2 = Sum0 (f) + Maj (f, g, h);
+      a += t1;
+      e  = t1 + t2;
+
+      t1 = d + Sum1 (a) + Ch (a, b, c) + k[t+4] + w[4];
+      t2 = Sum0 (e) + Maj (e, f, g);
+      h += t1;
+      d  = t1 + t2;
+
+      t1 = c + Sum1 (h) + Ch (h, a, b) + k[t+5] + w[5];
+      t2 = Sum0 (d) + Maj (d, e, f);
+      g += t1;
+      c  = t1 + t2;
+
+      t1 = b + Sum1 (g) + Ch (g, h, a) + k[t+6] + w[6];
+      t2 = Sum0 (c) + Maj (c, d, e);
+      f += t1;
+      b  = t1 + t2;
+
+      t1 = a + Sum1 (f) + Ch (f, g, h) + k[t+7] + w[7];
+      t2 = Sum0 (b) + Maj (b, c, d);
+      e += t1;
+      a  = t1 + t2;
+
+      t1 = h + Sum1 (e) + Ch (e, f, g) + k[t+8] + w[8];
+      t2 = Sum0 (a) + Maj (a, b, c);
+      d += t1;
+      h  = t1 + t2;
+
+      t1 = g + Sum1 (d) + Ch (d, e, f) + k[t+9] + w[9];
+      t2 = Sum0 (h) + Maj (h, a, b);
+      c += t1;
+      g  = t1 + t2;
+
+      t1 = f + Sum1 (c) + Ch (c, d, e) + k[t+10] + w[10];
+      t2 = Sum0 (g) + Maj (g, h, a);
+      b += t1;
+      f  = t1 + t2;
+
+      t1 = e + Sum1 (b) + Ch (b, c, d) + k[t+11] + w[11];
+      t2 = Sum0 (f) + Maj (f, g, h);
+      a += t1;
+      e  = t1 + t2;
+
+      t1 = d + Sum1 (a) + Ch (a, b, c) + k[t+12] + w[12];
+      t2 = Sum0 (e) + Maj (e, f, g);
+      h += t1;
+      d  = t1 + t2;
+
+      t1 = c + Sum1 (h) + Ch (h, a, b) + k[t+13] + w[13];
+      t2 = Sum0 (d) + Maj (d, e, f);
+      g += t1;
+      c  = t1 + t2;
+
+      t1 = b + Sum1 (g) + Ch (g, h, a) + k[t+14] + w[14];
+      t2 = Sum0 (c) + Maj (c, d, e);
+      f += t1;
+      b  = t1 + t2;
+
+      t1 = a + Sum1 (f) + Ch (f, g, h) + k[t+15] + w[15];
+      t2 = Sum0 (b) + Maj (b, c, d);
+      e += t1;
+      a  = t1 + t2;
+
+      t += 16;
+#endif
     }
 
-  /* update chaining vars */
+  /* Update chaining vars.  */
   hd->h0 += a;
   hd->h1 += b;
   hd->h2 += c;
@@ -222,46 +549,113 @@ transform (SHA512_CONTEXT *hd, byte *data)
   hd->h5 += f;
   hd->h6 += g;
   hd->h7 += h;
+
+  return /* burn_stack */ (8 + 16) * sizeof(u64) + sizeof(u32) +
+                          3 * sizeof(void*);
 }
+#endif /*!USE_ARM_ASM*/
+
+/* AMD64 assembly implementations use SystemV ABI, ABI conversion and additional
+ * stack to store XMM6-XMM15 needed on Win64. */
+#undef ASM_FUNC_ABI
+#undef ASM_EXTRA_STACK
+#if defined(USE_SSSE3) || defined(USE_AVX) || defined(USE_AVX2)
+# ifdef HAVE_COMPATIBLE_GCC_WIN64_PLATFORM_AS
+#  define ASM_FUNC_ABI __attribute__((sysv_abi))
+#  define ASM_EXTRA_STACK (10 * 16)
+# else
+#  define ASM_FUNC_ABI
+#  define ASM_EXTRA_STACK 0
+# endif
+#endif
 
 
-/* Update the message digest with the contents
- * of INBUF with length INLEN.
- */
-static void
-sha512_write (void *context, byte *inbuf, size_t inlen)
+#ifdef USE_ARM_NEON_ASM
+void _gcry_sha512_transform_armv7_neon (SHA512_STATE *hd,
+                                       const unsigned char *data,
+                                       const u64 k[], size_t num_blks);
+#endif
+
+#ifdef USE_ARM_ASM
+unsigned int _gcry_sha512_transform_arm (SHA512_STATE *hd,
+                                        const unsigned char *data,
+                                        const u64 k[], size_t num_blks);
+#endif
+
+#ifdef USE_SSSE3
+unsigned int _gcry_sha512_transform_amd64_ssse3(const void *input_data,
+                                                void *state,
+                                                size_t num_blks) ASM_FUNC_ABI;
+#endif
+
+#ifdef USE_AVX
+unsigned int _gcry_sha512_transform_amd64_avx(const void *input_data,
+                                              void *state,
+                                              size_t num_blks) ASM_FUNC_ABI;
+#endif
+
+#ifdef USE_AVX2
+unsigned int _gcry_sha512_transform_amd64_avx2(const void *input_data,
+                                               void *state,
+                                               size_t num_blks) ASM_FUNC_ABI;
+#endif
+
+
+static unsigned int
+transform (void *context, const unsigned char *data, size_t nblks)
 {
-  SHA512_CONTEXT *hd = (SHA512_CONTEXT *) context;
+  SHA512_CONTEXT *ctx = context;
+  unsigned int burn;
 
-  if (hd->count == 128)
-    {                          /* flush the buffer */
-      transform (hd, hd->buf);
-      _gcry_burn_stack (768);
-      hd->count = 0;
-      hd->nblocks++;
-    }
-  if (!inbuf)
-    return;
-  if (hd->count)
+#ifdef USE_AVX2
+  if (ctx->use_avx2)
+    return _gcry_sha512_transform_amd64_avx2 (data, &ctx->state, nblks)
+           + 4 * sizeof(void*) + ASM_EXTRA_STACK;
+#endif
+
+#ifdef USE_AVX
+  if (ctx->use_avx)
+    return _gcry_sha512_transform_amd64_avx (data, &ctx->state, nblks)
+           + 4 * sizeof(void*) + ASM_EXTRA_STACK;
+#endif
+
+#ifdef USE_SSSE3
+  if (ctx->use_ssse3)
+    return _gcry_sha512_transform_amd64_ssse3 (data, &ctx->state, nblks)
+           + 4 * sizeof(void*) + ASM_EXTRA_STACK;
+#endif
+
+#ifdef USE_ARM_NEON_ASM
+  if (ctx->use_neon)
     {
-      for (; inlen && hd->count < 128; inlen--)
-       hd->buf[hd->count++] = *inbuf++;
-      sha512_write (context, NULL, 0);
-      if (!inlen)
-       return;
+      _gcry_sha512_transform_armv7_neon (&ctx->state, data, k, nblks);
+
+      /* _gcry_sha512_transform_armv7_neon does not store sensitive data
+       * to stack.  */
+      return /* no burn_stack */ 0;
     }
+#endif
 
-  while (inlen >= 128)
+#ifdef USE_ARM_ASM
+  burn = _gcry_sha512_transform_arm (&ctx->state, data, k, nblks);
+#else
+  do
     {
-      transform (hd, inbuf);
-      hd->count = 0;
-      hd->nblocks++;
-      inlen -= 128;
-      inbuf += 128;
+      burn = transform_blk (&ctx->state, data) + 3 * sizeof(void*);
+      data += 128;
     }
-  _gcry_burn_stack (768);
-  for (; inlen && hd->count < 128; inlen--)
-    hd->buf[hd->count++] = *inbuf++;
+  while (--nblks);
+
+#ifdef ASM_EXTRA_STACK
+  /* 'transform_blk' is typically inlined and XMM6-XMM15 are stored at
+   *  the prologue of this function. Therefore need to add ASM_EXTRA_STACK to
+   *  here too.
+   */
+  burn += ASM_EXTRA_STACK;
+#endif
+#endif
+
+  return burn;
 }
 
 
@@ -276,19 +670,25 @@ sha512_write (void *context, byte *inbuf, size_t inlen)
 static void
 sha512_final (void *context)
 {
-  SHA512_CONTEXT *hd = (SHA512_CONTEXT *) context;
-  u64 t, msb, lsb;
+  SHA512_CONTEXT *hd = context;
+  unsigned int stack_burn_depth;
+  u64 t, th, msb, lsb;
   byte *p;
 
-  sha512_write (context, NULL, 0); /* flush */ ;
+  _gcry_md_block_write (context, NULL, 0); /* flush */ ;
+
+  t = hd->bctx.nblocks;
+  /* if (sizeof t == sizeof hd->bctx.nblocks) */
+  th = hd->bctx.nblocks_high;
+  /* else */
+  /*   th = hd->bctx.nblocks >> 64; In case we ever use u128  */
 
-  t = hd->nblocks;
   /* multiply by 128 to make a byte count */
   lsb = t << 7;
-  msb = t >> 57;
+  msb = (th << 7) | (t >> 57);
   /* add the count */
   t = lsb;
-  if ((lsb += hd->count) < t)
+  if ((lsb += hd->bctx.count) < t)
     msb++;
   /* multiply by 8 to make a bit count */
   t = lsb;
@@ -296,50 +696,28 @@ sha512_final (void *context)
   msb <<= 3;
   msb |= t >> 61;
 
-  if (hd->count < 112)
+  if (hd->bctx.count < 112)
     {                          /* enough room */
-      hd->buf[hd->count++] = 0x80;     /* pad */
-      while (hd->count < 112)
-       hd->buf[hd->count++] = 0;       /* pad */
+      hd->bctx.buf[hd->bctx.count++] = 0x80;   /* pad */
+      while (hd->bctx.count < 112)
+        hd->bctx.buf[hd->bctx.count++] = 0;    /* pad */
     }
   else
     {                          /* need one extra block */
-      hd->buf[hd->count++] = 0x80;     /* pad character */
-      while (hd->count < 128)
-       hd->buf[hd->count++] = 0;
-      sha512_write (context, NULL, 0); /* flush */ ;
-      memset (hd->buf, 0, 112);        /* fill next block with zeroes */
+      hd->bctx.buf[hd->bctx.count++] = 0x80;   /* pad character */
+      while (hd->bctx.count < 128)
+        hd->bctx.buf[hd->bctx.count++] = 0;
+      _gcry_md_block_write (context, NULL, 0); /* flush */ ;
+      memset (hd->bctx.buf, 0, 112);   /* fill next block with zeroes */
     }
   /* append the 128 bit count */
-  hd->buf[112] = msb >> 56;
-  hd->buf[113] = msb >> 48;
-  hd->buf[114] = msb >> 40;
-  hd->buf[115] = msb >> 32;
-  hd->buf[116] = msb >> 24;
-  hd->buf[117] = msb >> 16;
-  hd->buf[118] = msb >> 8;
-  hd->buf[119] = msb;
-
-  hd->buf[120] = lsb >> 56;
-  hd->buf[121] = lsb >> 48;
-  hd->buf[122] = lsb >> 40;
-  hd->buf[123] = lsb >> 32;
-  hd->buf[124] = lsb >> 24;
-  hd->buf[125] = lsb >> 16;
-  hd->buf[126] = lsb >> 8;
-  hd->buf[127] = lsb;
-  transform (hd, hd->buf);
-  _gcry_burn_stack (768);
-
-  p = hd->buf;
-#ifdef WORDS_BIGENDIAN
-#define X(a) do { *(u64*)p = hd->h##a ; p += 8; } while (0)
-#else /* little endian */
-#define X(a) do { *p++ = hd->h##a >> 56; *p++ = hd->h##a >> 48;              \
-                  *p++ = hd->h##a >> 40; *p++ = hd->h##a >> 32;              \
-                  *p++ = hd->h##a >> 24; *p++ = hd->h##a >> 16;              \
-                  *p++ = hd->h##a >> 8;  *p++ = hd->h##a; } while (0)
-#endif
+  buf_put_be64(hd->bctx.buf + 112, msb);
+  buf_put_be64(hd->bctx.buf + 120, lsb);
+  stack_burn_depth = transform (hd, hd->bctx.buf, 1);
+  _gcry_burn_stack (stack_burn_depth);
+
+  p = hd->bctx.buf;
+#define X(a) do { buf_put_be64(p, hd->state.h##a); p += 8; } while (0)
   X (0);
   X (1);
   X (2);
@@ -357,31 +735,225 @@ static byte *
 sha512_read (void *context)
 {
   SHA512_CONTEXT *hd = (SHA512_CONTEXT *) context;
-  return hd->buf;
+  return hd->bctx.buf;
 }
 
-static byte sha512_asn[] =     /* Object ID is 2.16.840.1.101.3.4.2.3 */
+
+/* Shortcut functions which puts the hash value of the supplied buffer
+ * into outbuf which must have a size of 64 bytes.  */
+void
+_gcry_sha512_hash_buffer (void *outbuf, const void *buffer, size_t length)
 {
-  0x30, 0x51, 0x30, 0x0d, 0x06, 0x09, 0x60, 0x86,
-  0x48, 0x01, 0x65, 0x03, 0x04, 0x02, 0x03, 0x05,
-  0x00, 0x04, 0x40
-};
+  SHA512_CONTEXT hd;
 
-gcry_md_spec_t digest_spec_sha512 = {
-  "SHA512", sha512_asn, DIM (sha512_asn), 64,
-  sha512_init, sha512_write, sha512_final, sha512_read,
-  sizeof (SHA512_CONTEXT),
-};
+  sha512_init (&hd, 0);
+  _gcry_md_block_write (&hd, buffer, length);
+  sha512_final (&hd);
+  memcpy (outbuf, hd.bctx.buf, 64);
+}
 
-static byte sha384_asn[] =     /* Object ID is 2.16.840.1.101.3.4.2.2 */
+
+/* Variant of the above shortcut function using multiple buffers.  */
+void
+_gcry_sha512_hash_buffers (void *outbuf, const gcry_buffer_t *iov, int iovcnt)
+{
+  SHA512_CONTEXT hd;
+
+  sha512_init (&hd, 0);
+  for (;iovcnt > 0; iov++, iovcnt--)
+    _gcry_md_block_write (&hd,
+                          (const char*)iov[0].data + iov[0].off, iov[0].len);
+  sha512_final (&hd);
+  memcpy (outbuf, hd.bctx.buf, 64);
+}
+
+
+\f
+/*
+     Self-test section.
+ */
+
+
+static gpg_err_code_t
+selftests_sha384 (int extended, selftest_report_func_t report)
+{
+  const char *what;
+  const char *errtxt;
+
+  what = "short string";
+  errtxt = _gcry_hash_selftest_check_one
+    (GCRY_MD_SHA384, 0,
+     "abc", 3,
+     "\xcb\x00\x75\x3f\x45\xa3\x5e\x8b\xb5\xa0\x3d\x69\x9a\xc6\x50\x07"
+     "\x27\x2c\x32\xab\x0e\xde\xd1\x63\x1a\x8b\x60\x5a\x43\xff\x5b\xed"
+     "\x80\x86\x07\x2b\xa1\xe7\xcc\x23\x58\xba\xec\xa1\x34\xc8\x25\xa7", 48);
+  if (errtxt)
+    goto failed;
+
+  if (extended)
+    {
+      what = "long string";
+      errtxt = _gcry_hash_selftest_check_one
+        (GCRY_MD_SHA384, 0,
+         "abcdefghbcdefghicdefghijdefghijkefghijklfghijklmghijklmn"
+         "hijklmnoijklmnopjklmnopqklmnopqrlmnopqrsmnopqrstnopqrstu", 112,
+         "\x09\x33\x0C\x33\xF7\x11\x47\xE8\x3D\x19\x2F\xC7\x82\xCD\x1B\x47"
+         "\x53\x11\x1B\x17\x3B\x3B\x05\xD2\x2F\xA0\x80\x86\xE3\xB0\xF7\x12"
+         "\xFC\xC7\xC7\x1A\x55\x7E\x2D\xB9\x66\xC3\xE9\xFA\x91\x74\x60\x39",
+         48);
+      if (errtxt)
+        goto failed;
+
+      what = "one million \"a\"";
+      errtxt = _gcry_hash_selftest_check_one
+        (GCRY_MD_SHA384, 1,
+         NULL, 0,
+         "\x9D\x0E\x18\x09\x71\x64\x74\xCB\x08\x6E\x83\x4E\x31\x0A\x4A\x1C"
+         "\xED\x14\x9E\x9C\x00\xF2\x48\x52\x79\x72\xCE\xC5\x70\x4C\x2A\x5B"
+         "\x07\xB8\xB3\xDC\x38\xEC\xC4\xEB\xAE\x97\xDD\xD8\x7F\x3D\x89\x85",
+         48);
+      if (errtxt)
+        goto failed;
+    }
+
+  return 0; /* Succeeded. */
+
+ failed:
+  if (report)
+    report ("digest", GCRY_MD_SHA384, what, errtxt);
+  return GPG_ERR_SELFTEST_FAILED;
+}
+
+static gpg_err_code_t
+selftests_sha512 (int extended, selftest_report_func_t report)
+{
+  const char *what;
+  const char *errtxt;
+
+  what = "short string";
+  errtxt = _gcry_hash_selftest_check_one
+    (GCRY_MD_SHA512, 0,
+     "abc", 3,
+     "\xDD\xAF\x35\xA1\x93\x61\x7A\xBA\xCC\x41\x73\x49\xAE\x20\x41\x31"
+     "\x12\xE6\xFA\x4E\x89\xA9\x7E\xA2\x0A\x9E\xEE\xE6\x4B\x55\xD3\x9A"
+     "\x21\x92\x99\x2A\x27\x4F\xC1\xA8\x36\xBA\x3C\x23\xA3\xFE\xEB\xBD"
+     "\x45\x4D\x44\x23\x64\x3C\xE8\x0E\x2A\x9A\xC9\x4F\xA5\x4C\xA4\x9F", 64);
+  if (errtxt)
+    goto failed;
+
+  if (extended)
+    {
+      what = "long string";
+      errtxt = _gcry_hash_selftest_check_one
+        (GCRY_MD_SHA512, 0,
+         "abcdefghbcdefghicdefghijdefghijkefghijklfghijklmghijklmn"
+         "hijklmnoijklmnopjklmnopqklmnopqrlmnopqrsmnopqrstnopqrstu", 112,
+         "\x8E\x95\x9B\x75\xDA\xE3\x13\xDA\x8C\xF4\xF7\x28\x14\xFC\x14\x3F"
+         "\x8F\x77\x79\xC6\xEB\x9F\x7F\xA1\x72\x99\xAE\xAD\xB6\x88\x90\x18"
+         "\x50\x1D\x28\x9E\x49\x00\xF7\xE4\x33\x1B\x99\xDE\xC4\xB5\x43\x3A"
+         "\xC7\xD3\x29\xEE\xB6\xDD\x26\x54\x5E\x96\xE5\x5B\x87\x4B\xE9\x09",
+         64);
+      if (errtxt)
+        goto failed;
+
+      what = "one million \"a\"";
+      errtxt = _gcry_hash_selftest_check_one
+        (GCRY_MD_SHA512, 1,
+         NULL, 0,
+         "\xE7\x18\x48\x3D\x0C\xE7\x69\x64\x4E\x2E\x42\xC7\xBC\x15\xB4\x63"
+         "\x8E\x1F\x98\xB1\x3B\x20\x44\x28\x56\x32\xA8\x03\xAF\xA9\x73\xEB"
+         "\xDE\x0F\xF2\x44\x87\x7E\xA6\x0A\x4C\xB0\x43\x2C\xE5\x77\xC3\x1B"
+         "\xEB\x00\x9C\x5C\x2C\x49\xAA\x2E\x4E\xAD\xB2\x17\xAD\x8C\xC0\x9B",
+         64);
+      if (errtxt)
+        goto failed;
+    }
+
+  return 0; /* Succeeded. */
+
+ failed:
+  if (report)
+    report ("digest", GCRY_MD_SHA512, what, errtxt);
+  return GPG_ERR_SELFTEST_FAILED;
+}
+
+
+/* Run a full self-test for ALGO and return 0 on success.  */
+static gpg_err_code_t
+run_selftests (int algo, int extended, selftest_report_func_t report)
 {
-  0x30, 0x41, 0x30, 0x0d, 0x06, 0x09, 0x60, 0x86,
-  0x48, 0x01, 0x65, 0x03, 0x04, 0x02, 0x02, 0x05,
-  0x00, 0x04, 0x30
-};
-
-gcry_md_spec_t digest_spec_sha384 = {
-  "SHA384", sha384_asn, DIM (sha384_asn), 48,
-  sha384_init, sha512_write, sha512_final, sha512_read,
-  sizeof (SHA512_CONTEXT),
-};
+  gpg_err_code_t ec;
+
+  switch (algo)
+    {
+    case GCRY_MD_SHA384:
+      ec = selftests_sha384 (extended, report);
+      break;
+    case GCRY_MD_SHA512:
+      ec = selftests_sha512 (extended, report);
+      break;
+    default:
+      ec = GPG_ERR_DIGEST_ALGO;
+      break;
+
+    }
+  return ec;
+}
+
+
+
+\f
+static byte sha512_asn[] =     /* Object ID is 2.16.840.1.101.3.4.2.3 */
+  {
+    0x30, 0x51, 0x30, 0x0d, 0x06, 0x09, 0x60, 0x86,
+    0x48, 0x01, 0x65, 0x03, 0x04, 0x02, 0x03, 0x05,
+    0x00, 0x04, 0x40
+  };
+
+static gcry_md_oid_spec_t oid_spec_sha512[] =
+  {
+    { "2.16.840.1.101.3.4.2.3" },
+
+    /* PKCS#1 sha512WithRSAEncryption */
+    { "1.2.840.113549.1.1.13" },
+
+    { NULL }
+  };
+
+gcry_md_spec_t _gcry_digest_spec_sha512 =
+  {
+    GCRY_MD_SHA512, {0, 1},
+    "SHA512", sha512_asn, DIM (sha512_asn), oid_spec_sha512, 64,
+    sha512_init, _gcry_md_block_write, sha512_final, sha512_read, NULL,
+    sizeof (SHA512_CONTEXT),
+    run_selftests
+  };
+
+static byte sha384_asn[] =     /* Object ID is 2.16.840.1.101.3.4.2.2 */
+  {
+    0x30, 0x41, 0x30, 0x0d, 0x06, 0x09, 0x60, 0x86,
+    0x48, 0x01, 0x65, 0x03, 0x04, 0x02, 0x02, 0x05,
+    0x00, 0x04, 0x30
+  };
+
+static gcry_md_oid_spec_t oid_spec_sha384[] =
+  {
+    { "2.16.840.1.101.3.4.2.2" },
+
+    /* PKCS#1 sha384WithRSAEncryption */
+    { "1.2.840.113549.1.1.12" },
+
+    /* SHA384WithECDSA: RFC 7427 (A.3.3.) */
+    { "1.2.840.10045.4.3.3" },
+
+    { NULL },
+  };
+
+gcry_md_spec_t _gcry_digest_spec_sha384 =
+  {
+    GCRY_MD_SHA384, {0, 1},
+    "SHA384", sha384_asn, DIM (sha384_asn), oid_spec_sha384, 48,
+    sha384_init, _gcry_md_block_write, sha512_final, sha512_read, NULL,
+    sizeof (SHA512_CONTEXT),
+    run_selftests
+  };