10ed42a6fSJason A. Donenfeld // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0 OR MIT
20ed42a6fSJason A. Donenfeld /*
30ed42a6fSJason A. Donenfeld  * Copyright (C) 2016-2017 INRIA and Microsoft Corporation.
40ed42a6fSJason A. Donenfeld  * Copyright (C) 2018-2019 Jason A. Donenfeld <Jason@zx2c4.com>. All Rights Reserved.
50ed42a6fSJason A. Donenfeld  *
60ed42a6fSJason A. Donenfeld  * This is a machine-generated formally verified implementation of Curve25519
70ed42a6fSJason A. Donenfeld  * ECDH from: <https://github.com/mitls/hacl-star>. Though originally machine
80ed42a6fSJason A. Donenfeld  * generated, it has been tweaked to be suitable for use in the kernel. It is
90ed42a6fSJason A. Donenfeld  * optimized for 64-bit machines that can efficiently work with 128-bit
100ed42a6fSJason A. Donenfeld  * integer types.
110ed42a6fSJason A. Donenfeld  */
120ed42a6fSJason A. Donenfeld 
130ed42a6fSJason A. Donenfeld #include <asm/unaligned.h>
140ed42a6fSJason A. Donenfeld #include <crypto/curve25519.h>
150ed42a6fSJason A. Donenfeld #include <linux/string.h>
160ed42a6fSJason A. Donenfeld 
u64_eq_mask(u64 a,u64 b)170ed42a6fSJason A. Donenfeld static __always_inline u64 u64_eq_mask(u64 a, u64 b)
180ed42a6fSJason A. Donenfeld {
190ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 x = a ^ b;
200ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 minus_x = ~x + (u64)1U;
210ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 x_or_minus_x = x | minus_x;
220ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 xnx = x_or_minus_x >> (u32)63U;
230ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 c = xnx - (u64)1U;
240ed42a6fSJason A. Donenfeld 	return c;
250ed42a6fSJason A. Donenfeld }
260ed42a6fSJason A. Donenfeld 
u64_gte_mask(u64 a,u64 b)270ed42a6fSJason A. Donenfeld static __always_inline u64 u64_gte_mask(u64 a, u64 b)
280ed42a6fSJason A. Donenfeld {
290ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 x = a;
300ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 y = b;
310ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 x_xor_y = x ^ y;
320ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 x_sub_y = x - y;
330ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 x_sub_y_xor_y = x_sub_y ^ y;
340ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 q = x_xor_y | x_sub_y_xor_y;
350ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 x_xor_q = x ^ q;
360ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 x_xor_q_ = x_xor_q >> (u32)63U;
370ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 c = x_xor_q_ - (u64)1U;
380ed42a6fSJason A. Donenfeld 	return c;
390ed42a6fSJason A. Donenfeld }
400ed42a6fSJason A. Donenfeld 
modulo_carry_top(u64 * b)410ed42a6fSJason A. Donenfeld static __always_inline void modulo_carry_top(u64 *b)
420ed42a6fSJason A. Donenfeld {
430ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 b4 = b[4];
440ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 b0 = b[0];
450ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 b4_ = b4 & 0x7ffffffffffffLLU;
460ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 b0_ = b0 + 19 * (b4 >> 51);
470ed42a6fSJason A. Donenfeld 	b[4] = b4_;
480ed42a6fSJason A. Donenfeld 	b[0] = b0_;
490ed42a6fSJason A. Donenfeld }
500ed42a6fSJason A. Donenfeld 
fproduct_copy_from_wide_(u64 * output,u128 * input)510ed42a6fSJason A. Donenfeld static __always_inline void fproduct_copy_from_wide_(u64 *output, u128 *input)
520ed42a6fSJason A. Donenfeld {
530ed42a6fSJason A. Donenfeld 	{
540ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u128 xi = input[0];
550ed42a6fSJason A. Donenfeld 		output[0] = ((u64)(xi));
560ed42a6fSJason A. Donenfeld 	}
570ed42a6fSJason A. Donenfeld 	{
580ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u128 xi = input[1];
590ed42a6fSJason A. Donenfeld 		output[1] = ((u64)(xi));
600ed42a6fSJason A. Donenfeld 	}
610ed42a6fSJason A. Donenfeld 	{
620ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u128 xi = input[2];
630ed42a6fSJason A. Donenfeld 		output[2] = ((u64)(xi));
640ed42a6fSJason A. Donenfeld 	}
650ed42a6fSJason A. Donenfeld 	{
660ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u128 xi = input[3];
670ed42a6fSJason A. Donenfeld 		output[3] = ((u64)(xi));
680ed42a6fSJason A. Donenfeld 	}
690ed42a6fSJason A. Donenfeld 	{
700ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u128 xi = input[4];
710ed42a6fSJason A. Donenfeld 		output[4] = ((u64)(xi));
720ed42a6fSJason A. Donenfeld 	}
730ed42a6fSJason A. Donenfeld }
740ed42a6fSJason A. Donenfeld 
750ed42a6fSJason A. Donenfeld static __always_inline void
fproduct_sum_scalar_multiplication_(u128 * output,u64 * input,u64 s)760ed42a6fSJason A. Donenfeld fproduct_sum_scalar_multiplication_(u128 *output, u64 *input, u64 s)
770ed42a6fSJason A. Donenfeld {
780ed42a6fSJason A. Donenfeld 	output[0] += (u128)input[0] * s;
790ed42a6fSJason A. Donenfeld 	output[1] += (u128)input[1] * s;
800ed42a6fSJason A. Donenfeld 	output[2] += (u128)input[2] * s;
810ed42a6fSJason A. Donenfeld 	output[3] += (u128)input[3] * s;
820ed42a6fSJason A. Donenfeld 	output[4] += (u128)input[4] * s;
830ed42a6fSJason A. Donenfeld }
840ed42a6fSJason A. Donenfeld 
fproduct_carry_wide_(u128 * tmp)850ed42a6fSJason A. Donenfeld static __always_inline void fproduct_carry_wide_(u128 *tmp)
860ed42a6fSJason A. Donenfeld {
870ed42a6fSJason A. Donenfeld 	{
880ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u32 ctr = 0;
890ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u128 tctr = tmp[ctr];
900ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u128 tctrp1 = tmp[ctr + 1];
910ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u64 r0 = ((u64)(tctr)) & 0x7ffffffffffffLLU;
920ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u128 c = ((tctr) >> (51));
930ed42a6fSJason A. Donenfeld 		tmp[ctr] = ((u128)(r0));
940ed42a6fSJason A. Donenfeld 		tmp[ctr + 1] = ((tctrp1) + (c));
950ed42a6fSJason A. Donenfeld 	}
960ed42a6fSJason A. Donenfeld 	{
970ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u32 ctr = 1;
980ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u128 tctr = tmp[ctr];
990ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u128 tctrp1 = tmp[ctr + 1];
1000ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u64 r0 = ((u64)(tctr)) & 0x7ffffffffffffLLU;
1010ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u128 c = ((tctr) >> (51));
1020ed42a6fSJason A. Donenfeld 		tmp[ctr] = ((u128)(r0));
1030ed42a6fSJason A. Donenfeld 		tmp[ctr + 1] = ((tctrp1) + (c));
1040ed42a6fSJason A. Donenfeld 	}
1050ed42a6fSJason A. Donenfeld 
1060ed42a6fSJason A. Donenfeld 	{
1070ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u32 ctr = 2;
1080ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u128 tctr = tmp[ctr];
1090ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u128 tctrp1 = tmp[ctr + 1];
1100ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u64 r0 = ((u64)(tctr)) & 0x7ffffffffffffLLU;
1110ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u128 c = ((tctr) >> (51));
1120ed42a6fSJason A. Donenfeld 		tmp[ctr] = ((u128)(r0));
1130ed42a6fSJason A. Donenfeld 		tmp[ctr + 1] = ((tctrp1) + (c));
1140ed42a6fSJason A. Donenfeld 	}
1150ed42a6fSJason A. Donenfeld 	{
1160ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u32 ctr = 3;
1170ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u128 tctr = tmp[ctr];
1180ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u128 tctrp1 = tmp[ctr + 1];
1190ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u64 r0 = ((u64)(tctr)) & 0x7ffffffffffffLLU;
1200ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u128 c = ((tctr) >> (51));
1210ed42a6fSJason A. Donenfeld 		tmp[ctr] = ((u128)(r0));
1220ed42a6fSJason A. Donenfeld 		tmp[ctr + 1] = ((tctrp1) + (c));
1230ed42a6fSJason A. Donenfeld 	}
1240ed42a6fSJason A. Donenfeld }
1250ed42a6fSJason A. Donenfeld 
fmul_shift_reduce(u64 * output)1260ed42a6fSJason A. Donenfeld static __always_inline void fmul_shift_reduce(u64 *output)
1270ed42a6fSJason A. Donenfeld {
1280ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 tmp = output[4];
1290ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 b0;
1300ed42a6fSJason A. Donenfeld 	{
1310ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u32 ctr = 5 - 0 - 1;
1320ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u64 z = output[ctr - 1];
1330ed42a6fSJason A. Donenfeld 		output[ctr] = z;
1340ed42a6fSJason A. Donenfeld 	}
1350ed42a6fSJason A. Donenfeld 	{
1360ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u32 ctr = 5 - 1 - 1;
1370ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u64 z = output[ctr - 1];
1380ed42a6fSJason A. Donenfeld 		output[ctr] = z;
1390ed42a6fSJason A. Donenfeld 	}
1400ed42a6fSJason A. Donenfeld 	{
1410ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u32 ctr = 5 - 2 - 1;
1420ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u64 z = output[ctr - 1];
1430ed42a6fSJason A. Donenfeld 		output[ctr] = z;
1440ed42a6fSJason A. Donenfeld 	}
1450ed42a6fSJason A. Donenfeld 	{
1460ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u32 ctr = 5 - 3 - 1;
1470ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u64 z = output[ctr - 1];
1480ed42a6fSJason A. Donenfeld 		output[ctr] = z;
1490ed42a6fSJason A. Donenfeld 	}
1500ed42a6fSJason A. Donenfeld 	output[0] = tmp;
1510ed42a6fSJason A. Donenfeld 	b0 = output[0];
1520ed42a6fSJason A. Donenfeld 	output[0] = 19 * b0;
1530ed42a6fSJason A. Donenfeld }
1540ed42a6fSJason A. Donenfeld 
fmul_mul_shift_reduce_(u128 * output,u64 * input,u64 * input21)1550ed42a6fSJason A. Donenfeld static __always_inline void fmul_mul_shift_reduce_(u128 *output, u64 *input,
1560ed42a6fSJason A. Donenfeld 						   u64 *input21)
1570ed42a6fSJason A. Donenfeld {
1580ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u32 i;
1590ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 input2i;
1600ed42a6fSJason A. Donenfeld 	{
1610ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u64 input2i = input21[0];
1620ed42a6fSJason A. Donenfeld 		fproduct_sum_scalar_multiplication_(output, input, input2i);
1630ed42a6fSJason A. Donenfeld 		fmul_shift_reduce(input);
1640ed42a6fSJason A. Donenfeld 	}
1650ed42a6fSJason A. Donenfeld 	{
1660ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u64 input2i = input21[1];
1670ed42a6fSJason A. Donenfeld 		fproduct_sum_scalar_multiplication_(output, input, input2i);
1680ed42a6fSJason A. Donenfeld 		fmul_shift_reduce(input);
1690ed42a6fSJason A. Donenfeld 	}
1700ed42a6fSJason A. Donenfeld 	{
1710ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u64 input2i = input21[2];
1720ed42a6fSJason A. Donenfeld 		fproduct_sum_scalar_multiplication_(output, input, input2i);
1730ed42a6fSJason A. Donenfeld 		fmul_shift_reduce(input);
1740ed42a6fSJason A. Donenfeld 	}
1750ed42a6fSJason A. Donenfeld 	{
1760ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u64 input2i = input21[3];
1770ed42a6fSJason A. Donenfeld 		fproduct_sum_scalar_multiplication_(output, input, input2i);
1780ed42a6fSJason A. Donenfeld 		fmul_shift_reduce(input);
1790ed42a6fSJason A. Donenfeld 	}
1800ed42a6fSJason A. Donenfeld 	i = 4;
1810ed42a6fSJason A. Donenfeld 	input2i = input21[i];
1820ed42a6fSJason A. Donenfeld 	fproduct_sum_scalar_multiplication_(output, input, input2i);
1830ed42a6fSJason A. Donenfeld }
1840ed42a6fSJason A. Donenfeld 
fmul_fmul(u64 * output,u64 * input,u64 * input21)1850ed42a6fSJason A. Donenfeld static __always_inline void fmul_fmul(u64 *output, u64 *input, u64 *input21)
1860ed42a6fSJason A. Donenfeld {
1870ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 tmp[5] = { input[0], input[1], input[2], input[3], input[4] };
1880ed42a6fSJason A. Donenfeld 	{
1890ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u128 b4;
1900ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u128 b0;
1910ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u128 b4_;
1920ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u128 b0_;
1930ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u64 i0;
1940ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u64 i1;
1950ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u64 i0_;
1960ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u64 i1_;
1970ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u128 t[5] = { 0 };
1980ed42a6fSJason A. Donenfeld 		fmul_mul_shift_reduce_(t, tmp, input21);
1990ed42a6fSJason A. Donenfeld 		fproduct_carry_wide_(t);
2000ed42a6fSJason A. Donenfeld 		b4 = t[4];
2010ed42a6fSJason A. Donenfeld 		b0 = t[0];
2020ed42a6fSJason A. Donenfeld 		b4_ = ((b4) & (((u128)(0x7ffffffffffffLLU))));
2030ed42a6fSJason A. Donenfeld 		b0_ = ((b0) + (((u128)(19) * (((u64)(((b4) >> (51))))))));
2040ed42a6fSJason A. Donenfeld 		t[4] = b4_;
2050ed42a6fSJason A. Donenfeld 		t[0] = b0_;
2060ed42a6fSJason A. Donenfeld 		fproduct_copy_from_wide_(output, t);
2070ed42a6fSJason A. Donenfeld 		i0 = output[0];
2080ed42a6fSJason A. Donenfeld 		i1 = output[1];
2090ed42a6fSJason A. Donenfeld 		i0_ = i0 & 0x7ffffffffffffLLU;
2100ed42a6fSJason A. Donenfeld 		i1_ = i1 + (i0 >> 51);
2110ed42a6fSJason A. Donenfeld 		output[0] = i0_;
2120ed42a6fSJason A. Donenfeld 		output[1] = i1_;
2130ed42a6fSJason A. Donenfeld 	}
2140ed42a6fSJason A. Donenfeld }
2150ed42a6fSJason A. Donenfeld 
fsquare_fsquare__(u128 * tmp,u64 * output)2160ed42a6fSJason A. Donenfeld static __always_inline void fsquare_fsquare__(u128 *tmp, u64 *output)
2170ed42a6fSJason A. Donenfeld {
2180ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 r0 = output[0];
2190ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 r1 = output[1];
2200ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 r2 = output[2];
2210ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 r3 = output[3];
2220ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 r4 = output[4];
2230ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 d0 = r0 * 2;
2240ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 d1 = r1 * 2;
2250ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 d2 = r2 * 2 * 19;
2260ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 d419 = r4 * 19;
2270ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 d4 = d419 * 2;
2280ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u128 s0 = ((((((u128)(r0) * (r0))) + (((u128)(d4) * (r1))))) +
2290ed42a6fSJason A. Donenfeld 		   (((u128)(d2) * (r3))));
2300ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u128 s1 = ((((((u128)(d0) * (r1))) + (((u128)(d4) * (r2))))) +
2310ed42a6fSJason A. Donenfeld 		   (((u128)(r3 * 19) * (r3))));
2320ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u128 s2 = ((((((u128)(d0) * (r2))) + (((u128)(r1) * (r1))))) +
2330ed42a6fSJason A. Donenfeld 		   (((u128)(d4) * (r3))));
2340ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u128 s3 = ((((((u128)(d0) * (r3))) + (((u128)(d1) * (r2))))) +
2350ed42a6fSJason A. Donenfeld 		   (((u128)(r4) * (d419))));
2360ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u128 s4 = ((((((u128)(d0) * (r4))) + (((u128)(d1) * (r3))))) +
2370ed42a6fSJason A. Donenfeld 		   (((u128)(r2) * (r2))));
2380ed42a6fSJason A. Donenfeld 	tmp[0] = s0;
2390ed42a6fSJason A. Donenfeld 	tmp[1] = s1;
2400ed42a6fSJason A. Donenfeld 	tmp[2] = s2;
2410ed42a6fSJason A. Donenfeld 	tmp[3] = s3;
2420ed42a6fSJason A. Donenfeld 	tmp[4] = s4;
2430ed42a6fSJason A. Donenfeld }
2440ed42a6fSJason A. Donenfeld 
fsquare_fsquare_(u128 * tmp,u64 * output)2450ed42a6fSJason A. Donenfeld static __always_inline void fsquare_fsquare_(u128 *tmp, u64 *output)
2460ed42a6fSJason A. Donenfeld {
2470ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u128 b4;
2480ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u128 b0;
2490ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u128 b4_;
2500ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u128 b0_;
2510ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 i0;
2520ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 i1;
2530ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 i0_;
2540ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 i1_;
2550ed42a6fSJason A. Donenfeld 	fsquare_fsquare__(tmp, output);
2560ed42a6fSJason A. Donenfeld 	fproduct_carry_wide_(tmp);
2570ed42a6fSJason A. Donenfeld 	b4 = tmp[4];
2580ed42a6fSJason A. Donenfeld 	b0 = tmp[0];
2590ed42a6fSJason A. Donenfeld 	b4_ = ((b4) & (((u128)(0x7ffffffffffffLLU))));
2600ed42a6fSJason A. Donenfeld 	b0_ = ((b0) + (((u128)(19) * (((u64)(((b4) >> (51))))))));
2610ed42a6fSJason A. Donenfeld 	tmp[4] = b4_;
2620ed42a6fSJason A. Donenfeld 	tmp[0] = b0_;
2630ed42a6fSJason A. Donenfeld 	fproduct_copy_from_wide_(output, tmp);
2640ed42a6fSJason A. Donenfeld 	i0 = output[0];
2650ed42a6fSJason A. Donenfeld 	i1 = output[1];
2660ed42a6fSJason A. Donenfeld 	i0_ = i0 & 0x7ffffffffffffLLU;
2670ed42a6fSJason A. Donenfeld 	i1_ = i1 + (i0 >> 51);
2680ed42a6fSJason A. Donenfeld 	output[0] = i0_;
2690ed42a6fSJason A. Donenfeld 	output[1] = i1_;
2700ed42a6fSJason A. Donenfeld }
2710ed42a6fSJason A. Donenfeld 
fsquare_fsquare_times_(u64 * output,u128 * tmp,u32 count1)2720ed42a6fSJason A. Donenfeld static __always_inline void fsquare_fsquare_times_(u64 *output, u128 *tmp,
2730ed42a6fSJason A. Donenfeld 						   u32 count1)
2740ed42a6fSJason A. Donenfeld {
2750ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u32 i;
2760ed42a6fSJason A. Donenfeld 	fsquare_fsquare_(tmp, output);
2770ed42a6fSJason A. Donenfeld 	for (i = 1; i < count1; ++i)
2780ed42a6fSJason A. Donenfeld 		fsquare_fsquare_(tmp, output);
2790ed42a6fSJason A. Donenfeld }
2800ed42a6fSJason A. Donenfeld 
fsquare_fsquare_times(u64 * output,u64 * input,u32 count1)2810ed42a6fSJason A. Donenfeld static __always_inline void fsquare_fsquare_times(u64 *output, u64 *input,
2820ed42a6fSJason A. Donenfeld 						  u32 count1)
2830ed42a6fSJason A. Donenfeld {
2840ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u128 t[5];
2850ed42a6fSJason A. Donenfeld 	memcpy(output, input, 5 * sizeof(*input));
2860ed42a6fSJason A. Donenfeld 	fsquare_fsquare_times_(output, t, count1);
2870ed42a6fSJason A. Donenfeld }
2880ed42a6fSJason A. Donenfeld 
fsquare_fsquare_times_inplace(u64 * output,u32 count1)2890ed42a6fSJason A. Donenfeld static __always_inline void fsquare_fsquare_times_inplace(u64 *output,
2900ed42a6fSJason A. Donenfeld 							  u32 count1)
2910ed42a6fSJason A. Donenfeld {
2920ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u128 t[5];
2930ed42a6fSJason A. Donenfeld 	fsquare_fsquare_times_(output, t, count1);
2940ed42a6fSJason A. Donenfeld }
2950ed42a6fSJason A. Donenfeld 
crecip_crecip(u64 * out,u64 * z)2960ed42a6fSJason A. Donenfeld static __always_inline void crecip_crecip(u64 *out, u64 *z)
2970ed42a6fSJason A. Donenfeld {
2980ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 buf[20] = { 0 };
2990ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 *a0 = buf;
3000ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 *t00 = buf + 5;
3010ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 *b0 = buf + 10;
3020ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 *t01;
3030ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 *b1;
3040ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 *c0;
3050ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 *a;
3060ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 *t0;
3070ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 *b;
3080ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 *c;
3090ed42a6fSJason A. Donenfeld 	fsquare_fsquare_times(a0, z, 1);
3100ed42a6fSJason A. Donenfeld 	fsquare_fsquare_times(t00, a0, 2);
3110ed42a6fSJason A. Donenfeld 	fmul_fmul(b0, t00, z);
3120ed42a6fSJason A. Donenfeld 	fmul_fmul(a0, b0, a0);
3130ed42a6fSJason A. Donenfeld 	fsquare_fsquare_times(t00, a0, 1);
3140ed42a6fSJason A. Donenfeld 	fmul_fmul(b0, t00, b0);
3150ed42a6fSJason A. Donenfeld 	fsquare_fsquare_times(t00, b0, 5);
3160ed42a6fSJason A. Donenfeld 	t01 = buf + 5;
3170ed42a6fSJason A. Donenfeld 	b1 = buf + 10;
3180ed42a6fSJason A. Donenfeld 	c0 = buf + 15;
3190ed42a6fSJason A. Donenfeld 	fmul_fmul(b1, t01, b1);
3200ed42a6fSJason A. Donenfeld 	fsquare_fsquare_times(t01, b1, 10);
3210ed42a6fSJason A. Donenfeld 	fmul_fmul(c0, t01, b1);
3220ed42a6fSJason A. Donenfeld 	fsquare_fsquare_times(t01, c0, 20);
3230ed42a6fSJason A. Donenfeld 	fmul_fmul(t01, t01, c0);
3240ed42a6fSJason A. Donenfeld 	fsquare_fsquare_times_inplace(t01, 10);
3250ed42a6fSJason A. Donenfeld 	fmul_fmul(b1, t01, b1);
3260ed42a6fSJason A. Donenfeld 	fsquare_fsquare_times(t01, b1, 50);
3270ed42a6fSJason A. Donenfeld 	a = buf;
3280ed42a6fSJason A. Donenfeld 	t0 = buf + 5;
3290ed42a6fSJason A. Donenfeld 	b = buf + 10;
3300ed42a6fSJason A. Donenfeld 	c = buf + 15;
3310ed42a6fSJason A. Donenfeld 	fmul_fmul(c, t0, b);
3320ed42a6fSJason A. Donenfeld 	fsquare_fsquare_times(t0, c, 100);
3330ed42a6fSJason A. Donenfeld 	fmul_fmul(t0, t0, c);
3340ed42a6fSJason A. Donenfeld 	fsquare_fsquare_times_inplace(t0, 50);
3350ed42a6fSJason A. Donenfeld 	fmul_fmul(t0, t0, b);
3360ed42a6fSJason A. Donenfeld 	fsquare_fsquare_times_inplace(t0, 5);
3370ed42a6fSJason A. Donenfeld 	fmul_fmul(out, t0, a);
3380ed42a6fSJason A. Donenfeld }
3390ed42a6fSJason A. Donenfeld 
fsum(u64 * a,u64 * b)3400ed42a6fSJason A. Donenfeld static __always_inline void fsum(u64 *a, u64 *b)
3410ed42a6fSJason A. Donenfeld {
3420ed42a6fSJason A. Donenfeld 	a[0] += b[0];
3430ed42a6fSJason A. Donenfeld 	a[1] += b[1];
3440ed42a6fSJason A. Donenfeld 	a[2] += b[2];
3450ed42a6fSJason A. Donenfeld 	a[3] += b[3];
3460ed42a6fSJason A. Donenfeld 	a[4] += b[4];
3470ed42a6fSJason A. Donenfeld }
3480ed42a6fSJason A. Donenfeld 
fdifference(u64 * a,u64 * b)3490ed42a6fSJason A. Donenfeld static __always_inline void fdifference(u64 *a, u64 *b)
3500ed42a6fSJason A. Donenfeld {
3510ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 tmp[5] = { 0 };
3520ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 b0;
3530ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 b1;
3540ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 b2;
3550ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 b3;
3560ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 b4;
3570ed42a6fSJason A. Donenfeld 	memcpy(tmp, b, 5 * sizeof(*b));
3580ed42a6fSJason A. Donenfeld 	b0 = tmp[0];
3590ed42a6fSJason A. Donenfeld 	b1 = tmp[1];
3600ed42a6fSJason A. Donenfeld 	b2 = tmp[2];
3610ed42a6fSJason A. Donenfeld 	b3 = tmp[3];
3620ed42a6fSJason A. Donenfeld 	b4 = tmp[4];
3630ed42a6fSJason A. Donenfeld 	tmp[0] = b0 + 0x3fffffffffff68LLU;
3640ed42a6fSJason A. Donenfeld 	tmp[1] = b1 + 0x3ffffffffffff8LLU;
3650ed42a6fSJason A. Donenfeld 	tmp[2] = b2 + 0x3ffffffffffff8LLU;
3660ed42a6fSJason A. Donenfeld 	tmp[3] = b3 + 0x3ffffffffffff8LLU;
3670ed42a6fSJason A. Donenfeld 	tmp[4] = b4 + 0x3ffffffffffff8LLU;
3680ed42a6fSJason A. Donenfeld 	{
3690ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u64 xi = a[0];
3700ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u64 yi = tmp[0];
3710ed42a6fSJason A. Donenfeld 		a[0] = yi - xi;
3720ed42a6fSJason A. Donenfeld 	}
3730ed42a6fSJason A. Donenfeld 	{
3740ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u64 xi = a[1];
3750ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u64 yi = tmp[1];
3760ed42a6fSJason A. Donenfeld 		a[1] = yi - xi;
3770ed42a6fSJason A. Donenfeld 	}
3780ed42a6fSJason A. Donenfeld 	{
3790ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u64 xi = a[2];
3800ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u64 yi = tmp[2];
3810ed42a6fSJason A. Donenfeld 		a[2] = yi - xi;
3820ed42a6fSJason A. Donenfeld 	}
3830ed42a6fSJason A. Donenfeld 	{
3840ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u64 xi = a[3];
3850ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u64 yi = tmp[3];
3860ed42a6fSJason A. Donenfeld 		a[3] = yi - xi;
3870ed42a6fSJason A. Donenfeld 	}
3880ed42a6fSJason A. Donenfeld 	{
3890ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u64 xi = a[4];
3900ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u64 yi = tmp[4];
3910ed42a6fSJason A. Donenfeld 		a[4] = yi - xi;
3920ed42a6fSJason A. Donenfeld 	}
3930ed42a6fSJason A. Donenfeld }
3940ed42a6fSJason A. Donenfeld 
fscalar(u64 * output,u64 * b,u64 s)3950ed42a6fSJason A. Donenfeld static __always_inline void fscalar(u64 *output, u64 *b, u64 s)
3960ed42a6fSJason A. Donenfeld {
3970ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u128 tmp[5];
3980ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u128 b4;
3990ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u128 b0;
4000ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u128 b4_;
4010ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u128 b0_;
4020ed42a6fSJason A. Donenfeld 	{
4030ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u64 xi = b[0];
4040ed42a6fSJason A. Donenfeld 		tmp[0] = ((u128)(xi) * (s));
4050ed42a6fSJason A. Donenfeld 	}
4060ed42a6fSJason A. Donenfeld 	{
4070ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u64 xi = b[1];
4080ed42a6fSJason A. Donenfeld 		tmp[1] = ((u128)(xi) * (s));
4090ed42a6fSJason A. Donenfeld 	}
4100ed42a6fSJason A. Donenfeld 	{
4110ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u64 xi = b[2];
4120ed42a6fSJason A. Donenfeld 		tmp[2] = ((u128)(xi) * (s));
4130ed42a6fSJason A. Donenfeld 	}
4140ed42a6fSJason A. Donenfeld 	{
4150ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u64 xi = b[3];
4160ed42a6fSJason A. Donenfeld 		tmp[3] = ((u128)(xi) * (s));
4170ed42a6fSJason A. Donenfeld 	}
4180ed42a6fSJason A. Donenfeld 	{
4190ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u64 xi = b[4];
4200ed42a6fSJason A. Donenfeld 		tmp[4] = ((u128)(xi) * (s));
4210ed42a6fSJason A. Donenfeld 	}
4220ed42a6fSJason A. Donenfeld 	fproduct_carry_wide_(tmp);
4230ed42a6fSJason A. Donenfeld 	b4 = tmp[4];
4240ed42a6fSJason A. Donenfeld 	b0 = tmp[0];
4250ed42a6fSJason A. Donenfeld 	b4_ = ((b4) & (((u128)(0x7ffffffffffffLLU))));
4260ed42a6fSJason A. Donenfeld 	b0_ = ((b0) + (((u128)(19) * (((u64)(((b4) >> (51))))))));
4270ed42a6fSJason A. Donenfeld 	tmp[4] = b4_;
4280ed42a6fSJason A. Donenfeld 	tmp[0] = b0_;
4290ed42a6fSJason A. Donenfeld 	fproduct_copy_from_wide_(output, tmp);
4300ed42a6fSJason A. Donenfeld }
4310ed42a6fSJason A. Donenfeld 
fmul(u64 * output,u64 * a,u64 * b)4320ed42a6fSJason A. Donenfeld static __always_inline void fmul(u64 *output, u64 *a, u64 *b)
4330ed42a6fSJason A. Donenfeld {
4340ed42a6fSJason A. Donenfeld 	fmul_fmul(output, a, b);
4350ed42a6fSJason A. Donenfeld }
4360ed42a6fSJason A. Donenfeld 
crecip(u64 * output,u64 * input)4370ed42a6fSJason A. Donenfeld static __always_inline void crecip(u64 *output, u64 *input)
4380ed42a6fSJason A. Donenfeld {
4390ed42a6fSJason A. Donenfeld 	crecip_crecip(output, input);
4400ed42a6fSJason A. Donenfeld }
4410ed42a6fSJason A. Donenfeld 
point_swap_conditional_step(u64 * a,u64 * b,u64 swap1,u32 ctr)4420ed42a6fSJason A. Donenfeld static __always_inline void point_swap_conditional_step(u64 *a, u64 *b,
4430ed42a6fSJason A. Donenfeld 							u64 swap1, u32 ctr)
4440ed42a6fSJason A. Donenfeld {
4450ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u32 i = ctr - 1;
4460ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 ai = a[i];
4470ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 bi = b[i];
4480ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 x = swap1 & (ai ^ bi);
4490ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 ai1 = ai ^ x;
4500ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 bi1 = bi ^ x;
4510ed42a6fSJason A. Donenfeld 	a[i] = ai1;
4520ed42a6fSJason A. Donenfeld 	b[i] = bi1;
4530ed42a6fSJason A. Donenfeld }
4540ed42a6fSJason A. Donenfeld 
point_swap_conditional5(u64 * a,u64 * b,u64 swap1)4550ed42a6fSJason A. Donenfeld static __always_inline void point_swap_conditional5(u64 *a, u64 *b, u64 swap1)
4560ed42a6fSJason A. Donenfeld {
4570ed42a6fSJason A. Donenfeld 	point_swap_conditional_step(a, b, swap1, 5);
4580ed42a6fSJason A. Donenfeld 	point_swap_conditional_step(a, b, swap1, 4);
4590ed42a6fSJason A. Donenfeld 	point_swap_conditional_step(a, b, swap1, 3);
4600ed42a6fSJason A. Donenfeld 	point_swap_conditional_step(a, b, swap1, 2);
4610ed42a6fSJason A. Donenfeld 	point_swap_conditional_step(a, b, swap1, 1);
4620ed42a6fSJason A. Donenfeld }
4630ed42a6fSJason A. Donenfeld 
point_swap_conditional(u64 * a,u64 * b,u64 iswap)4640ed42a6fSJason A. Donenfeld static __always_inline void point_swap_conditional(u64 *a, u64 *b, u64 iswap)
4650ed42a6fSJason A. Donenfeld {
4660ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 swap1 = 0 - iswap;
4670ed42a6fSJason A. Donenfeld 	point_swap_conditional5(a, b, swap1);
4680ed42a6fSJason A. Donenfeld 	point_swap_conditional5(a + 5, b + 5, swap1);
4690ed42a6fSJason A. Donenfeld }
4700ed42a6fSJason A. Donenfeld 
point_copy(u64 * output,u64 * input)4710ed42a6fSJason A. Donenfeld static __always_inline void point_copy(u64 *output, u64 *input)
4720ed42a6fSJason A. Donenfeld {
4730ed42a6fSJason A. Donenfeld 	memcpy(output, input, 5 * sizeof(*input));
4740ed42a6fSJason A. Donenfeld 	memcpy(output + 5, input + 5, 5 * sizeof(*input));
4750ed42a6fSJason A. Donenfeld }
4760ed42a6fSJason A. Donenfeld 
addanddouble_fmonty(u64 * pp,u64 * ppq,u64 * p,u64 * pq,u64 * qmqp)4770ed42a6fSJason A. Donenfeld static __always_inline void addanddouble_fmonty(u64 *pp, u64 *ppq, u64 *p,
4780ed42a6fSJason A. Donenfeld 						u64 *pq, u64 *qmqp)
4790ed42a6fSJason A. Donenfeld {
4800ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 *qx = qmqp;
4810ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 *x2 = pp;
4820ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 *z2 = pp + 5;
4830ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 *x3 = ppq;
4840ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 *z3 = ppq + 5;
4850ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 *x = p;
4860ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 *z = p + 5;
4870ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 *xprime = pq;
4880ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 *zprime = pq + 5;
4890ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 buf[40] = { 0 };
4900ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 *origx = buf;
4910ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 *origxprime0 = buf + 5;
4920ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 *xxprime0;
4930ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 *zzprime0;
4940ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 *origxprime;
4950ed42a6fSJason A. Donenfeld 	xxprime0 = buf + 25;
4960ed42a6fSJason A. Donenfeld 	zzprime0 = buf + 30;
4970ed42a6fSJason A. Donenfeld 	memcpy(origx, x, 5 * sizeof(*x));
4980ed42a6fSJason A. Donenfeld 	fsum(x, z);
4990ed42a6fSJason A. Donenfeld 	fdifference(z, origx);
5000ed42a6fSJason A. Donenfeld 	memcpy(origxprime0, xprime, 5 * sizeof(*xprime));
5010ed42a6fSJason A. Donenfeld 	fsum(xprime, zprime);
5020ed42a6fSJason A. Donenfeld 	fdifference(zprime, origxprime0);
5030ed42a6fSJason A. Donenfeld 	fmul(xxprime0, xprime, z);
5040ed42a6fSJason A. Donenfeld 	fmul(zzprime0, x, zprime);
5050ed42a6fSJason A. Donenfeld 	origxprime = buf + 5;
5060ed42a6fSJason A. Donenfeld 	{
5070ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u64 *xx0;
5080ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u64 *zz0;
5090ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u64 *xxprime;
5100ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u64 *zzprime;
5110ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u64 *zzzprime;
5120ed42a6fSJason A. Donenfeld 		xx0 = buf + 15;
5130ed42a6fSJason A. Donenfeld 		zz0 = buf + 20;
5140ed42a6fSJason A. Donenfeld 		xxprime = buf + 25;
5150ed42a6fSJason A. Donenfeld 		zzprime = buf + 30;
5160ed42a6fSJason A. Donenfeld 		zzzprime = buf + 35;
5170ed42a6fSJason A. Donenfeld 		memcpy(origxprime, xxprime, 5 * sizeof(*xxprime));
5180ed42a6fSJason A. Donenfeld 		fsum(xxprime, zzprime);
5190ed42a6fSJason A. Donenfeld 		fdifference(zzprime, origxprime);
5200ed42a6fSJason A. Donenfeld 		fsquare_fsquare_times(x3, xxprime, 1);
5210ed42a6fSJason A. Donenfeld 		fsquare_fsquare_times(zzzprime, zzprime, 1);
5220ed42a6fSJason A. Donenfeld 		fmul(z3, zzzprime, qx);
5230ed42a6fSJason A. Donenfeld 		fsquare_fsquare_times(xx0, x, 1);
5240ed42a6fSJason A. Donenfeld 		fsquare_fsquare_times(zz0, z, 1);
5250ed42a6fSJason A. Donenfeld 		{
5260ed42a6fSJason A. Donenfeld 			u64 *zzz;
5270ed42a6fSJason A. Donenfeld 			u64 *xx;
5280ed42a6fSJason A. Donenfeld 			u64 *zz;
5290ed42a6fSJason A. Donenfeld 			u64 scalar;
5300ed42a6fSJason A. Donenfeld 			zzz = buf + 10;
5310ed42a6fSJason A. Donenfeld 			xx = buf + 15;
5320ed42a6fSJason A. Donenfeld 			zz = buf + 20;
5330ed42a6fSJason A. Donenfeld 			fmul(x2, xx, zz);
5340ed42a6fSJason A. Donenfeld 			fdifference(zz, xx);
5350ed42a6fSJason A. Donenfeld 			scalar = 121665;
5360ed42a6fSJason A. Donenfeld 			fscalar(zzz, zz, scalar);
5370ed42a6fSJason A. Donenfeld 			fsum(zzz, xx);
5380ed42a6fSJason A. Donenfeld 			fmul(z2, zzz, zz);
5390ed42a6fSJason A. Donenfeld 		}
5400ed42a6fSJason A. Donenfeld 	}
5410ed42a6fSJason A. Donenfeld }
5420ed42a6fSJason A. Donenfeld 
5430ed42a6fSJason A. Donenfeld static __always_inline void
ladder_smallloop_cmult_small_loop_step(u64 * nq,u64 * nqpq,u64 * nq2,u64 * nqpq2,u64 * q,u8 byt)5440ed42a6fSJason A. Donenfeld ladder_smallloop_cmult_small_loop_step(u64 *nq, u64 *nqpq, u64 *nq2, u64 *nqpq2,
5450ed42a6fSJason A. Donenfeld 				       u64 *q, u8 byt)
5460ed42a6fSJason A. Donenfeld {
5470ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 bit0 = (u64)(byt >> 7);
5480ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 bit;
5490ed42a6fSJason A. Donenfeld 	point_swap_conditional(nq, nqpq, bit0);
5500ed42a6fSJason A. Donenfeld 	addanddouble_fmonty(nq2, nqpq2, nq, nqpq, q);
5510ed42a6fSJason A. Donenfeld 	bit = (u64)(byt >> 7);
5520ed42a6fSJason A. Donenfeld 	point_swap_conditional(nq2, nqpq2, bit);
5530ed42a6fSJason A. Donenfeld }
5540ed42a6fSJason A. Donenfeld 
5550ed42a6fSJason A. Donenfeld static __always_inline void
ladder_smallloop_cmult_small_loop_double_step(u64 * nq,u64 * nqpq,u64 * nq2,u64 * nqpq2,u64 * q,u8 byt)5560ed42a6fSJason A. Donenfeld ladder_smallloop_cmult_small_loop_double_step(u64 *nq, u64 *nqpq, u64 *nq2,
5570ed42a6fSJason A. Donenfeld 					      u64 *nqpq2, u64 *q, u8 byt)
5580ed42a6fSJason A. Donenfeld {
5590ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u8 byt1;
5600ed42a6fSJason A. Donenfeld 	ladder_smallloop_cmult_small_loop_step(nq, nqpq, nq2, nqpq2, q, byt);
5610ed42a6fSJason A. Donenfeld 	byt1 = byt << 1;
5620ed42a6fSJason A. Donenfeld 	ladder_smallloop_cmult_small_loop_step(nq2, nqpq2, nq, nqpq, q, byt1);
5630ed42a6fSJason A. Donenfeld }
5640ed42a6fSJason A. Donenfeld 
5650ed42a6fSJason A. Donenfeld static __always_inline void
ladder_smallloop_cmult_small_loop(u64 * nq,u64 * nqpq,u64 * nq2,u64 * nqpq2,u64 * q,u8 byt,u32 i)5660ed42a6fSJason A. Donenfeld ladder_smallloop_cmult_small_loop(u64 *nq, u64 *nqpq, u64 *nq2, u64 *nqpq2,
5670ed42a6fSJason A. Donenfeld 				  u64 *q, u8 byt, u32 i)
5680ed42a6fSJason A. Donenfeld {
5690ed42a6fSJason A. Donenfeld 	while (i--) {
5700ed42a6fSJason A. Donenfeld 		ladder_smallloop_cmult_small_loop_double_step(nq, nqpq, nq2,
5710ed42a6fSJason A. Donenfeld 							      nqpq2, q, byt);
5720ed42a6fSJason A. Donenfeld 		byt <<= 2;
5730ed42a6fSJason A. Donenfeld 	}
5740ed42a6fSJason A. Donenfeld }
5750ed42a6fSJason A. Donenfeld 
ladder_bigloop_cmult_big_loop(u8 * n1,u64 * nq,u64 * nqpq,u64 * nq2,u64 * nqpq2,u64 * q,u32 i)5760ed42a6fSJason A. Donenfeld static __always_inline void ladder_bigloop_cmult_big_loop(u8 *n1, u64 *nq,
5770ed42a6fSJason A. Donenfeld 							  u64 *nqpq, u64 *nq2,
5780ed42a6fSJason A. Donenfeld 							  u64 *nqpq2, u64 *q,
5790ed42a6fSJason A. Donenfeld 							  u32 i)
5800ed42a6fSJason A. Donenfeld {
5810ed42a6fSJason A. Donenfeld 	while (i--) {
5820ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u8 byte = n1[i];
5830ed42a6fSJason A. Donenfeld 		ladder_smallloop_cmult_small_loop(nq, nqpq, nq2, nqpq2, q,
5840ed42a6fSJason A. Donenfeld 						  byte, 4);
5850ed42a6fSJason A. Donenfeld 	}
5860ed42a6fSJason A. Donenfeld }
5870ed42a6fSJason A. Donenfeld 
ladder_cmult(u64 * result,u8 * n1,u64 * q)5880ed42a6fSJason A. Donenfeld static void ladder_cmult(u64 *result, u8 *n1, u64 *q)
5890ed42a6fSJason A. Donenfeld {
5900ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 point_buf[40] = { 0 };
5910ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 *nq = point_buf;
5920ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 *nqpq = point_buf + 10;
5930ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 *nq2 = point_buf + 20;
5940ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 *nqpq2 = point_buf + 30;
5950ed42a6fSJason A. Donenfeld 	point_copy(nqpq, q);
5960ed42a6fSJason A. Donenfeld 	nq[0] = 1;
5970ed42a6fSJason A. Donenfeld 	ladder_bigloop_cmult_big_loop(n1, nq, nqpq, nq2, nqpq2, q, 32);
5980ed42a6fSJason A. Donenfeld 	point_copy(result, nq);
5990ed42a6fSJason A. Donenfeld }
6000ed42a6fSJason A. Donenfeld 
format_fexpand(u64 * output,const u8 * input)6010ed42a6fSJason A. Donenfeld static __always_inline void format_fexpand(u64 *output, const u8 *input)
6020ed42a6fSJason A. Donenfeld {
6030ed42a6fSJason A. Donenfeld 	const u8 *x00 = input + 6;
6040ed42a6fSJason A. Donenfeld 	const u8 *x01 = input + 12;
6050ed42a6fSJason A. Donenfeld 	const u8 *x02 = input + 19;
6060ed42a6fSJason A. Donenfeld 	const u8 *x0 = input + 24;
6070ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 i0, i1, i2, i3, i4, output0, output1, output2, output3, output4;
6080ed42a6fSJason A. Donenfeld 	i0 = get_unaligned_le64(input);
6090ed42a6fSJason A. Donenfeld 	i1 = get_unaligned_le64(x00);
6100ed42a6fSJason A. Donenfeld 	i2 = get_unaligned_le64(x01);
6110ed42a6fSJason A. Donenfeld 	i3 = get_unaligned_le64(x02);
6120ed42a6fSJason A. Donenfeld 	i4 = get_unaligned_le64(x0);
6130ed42a6fSJason A. Donenfeld 	output0 = i0 & 0x7ffffffffffffLLU;
6140ed42a6fSJason A. Donenfeld 	output1 = i1 >> 3 & 0x7ffffffffffffLLU;
6150ed42a6fSJason A. Donenfeld 	output2 = i2 >> 6 & 0x7ffffffffffffLLU;
6160ed42a6fSJason A. Donenfeld 	output3 = i3 >> 1 & 0x7ffffffffffffLLU;
6170ed42a6fSJason A. Donenfeld 	output4 = i4 >> 12 & 0x7ffffffffffffLLU;
6180ed42a6fSJason A. Donenfeld 	output[0] = output0;
6190ed42a6fSJason A. Donenfeld 	output[1] = output1;
6200ed42a6fSJason A. Donenfeld 	output[2] = output2;
6210ed42a6fSJason A. Donenfeld 	output[3] = output3;
6220ed42a6fSJason A. Donenfeld 	output[4] = output4;
6230ed42a6fSJason A. Donenfeld }
6240ed42a6fSJason A. Donenfeld 
format_fcontract_first_carry_pass(u64 * input)6250ed42a6fSJason A. Donenfeld static __always_inline void format_fcontract_first_carry_pass(u64 *input)
6260ed42a6fSJason A. Donenfeld {
6270ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 t0 = input[0];
6280ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 t1 = input[1];
6290ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 t2 = input[2];
6300ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 t3 = input[3];
6310ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 t4 = input[4];
6320ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 t1_ = t1 + (t0 >> 51);
6330ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 t0_ = t0 & 0x7ffffffffffffLLU;
6340ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 t2_ = t2 + (t1_ >> 51);
6350ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 t1__ = t1_ & 0x7ffffffffffffLLU;
6360ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 t3_ = t3 + (t2_ >> 51);
6370ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 t2__ = t2_ & 0x7ffffffffffffLLU;
6380ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 t4_ = t4 + (t3_ >> 51);
6390ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 t3__ = t3_ & 0x7ffffffffffffLLU;
6400ed42a6fSJason A. Donenfeld 	input[0] = t0_;
6410ed42a6fSJason A. Donenfeld 	input[1] = t1__;
6420ed42a6fSJason A. Donenfeld 	input[2] = t2__;
6430ed42a6fSJason A. Donenfeld 	input[3] = t3__;
6440ed42a6fSJason A. Donenfeld 	input[4] = t4_;
6450ed42a6fSJason A. Donenfeld }
6460ed42a6fSJason A. Donenfeld 
format_fcontract_first_carry_full(u64 * input)6470ed42a6fSJason A. Donenfeld static __always_inline void format_fcontract_first_carry_full(u64 *input)
6480ed42a6fSJason A. Donenfeld {
6490ed42a6fSJason A. Donenfeld 	format_fcontract_first_carry_pass(input);
6500ed42a6fSJason A. Donenfeld 	modulo_carry_top(input);
6510ed42a6fSJason A. Donenfeld }
6520ed42a6fSJason A. Donenfeld 
format_fcontract_second_carry_pass(u64 * input)6530ed42a6fSJason A. Donenfeld static __always_inline void format_fcontract_second_carry_pass(u64 *input)
6540ed42a6fSJason A. Donenfeld {
6550ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 t0 = input[0];
6560ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 t1 = input[1];
6570ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 t2 = input[2];
6580ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 t3 = input[3];
6590ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 t4 = input[4];
6600ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 t1_ = t1 + (t0 >> 51);
6610ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 t0_ = t0 & 0x7ffffffffffffLLU;
6620ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 t2_ = t2 + (t1_ >> 51);
6630ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 t1__ = t1_ & 0x7ffffffffffffLLU;
6640ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 t3_ = t3 + (t2_ >> 51);
6650ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 t2__ = t2_ & 0x7ffffffffffffLLU;
6660ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 t4_ = t4 + (t3_ >> 51);
6670ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 t3__ = t3_ & 0x7ffffffffffffLLU;
6680ed42a6fSJason A. Donenfeld 	input[0] = t0_;
6690ed42a6fSJason A. Donenfeld 	input[1] = t1__;
6700ed42a6fSJason A. Donenfeld 	input[2] = t2__;
6710ed42a6fSJason A. Donenfeld 	input[3] = t3__;
6720ed42a6fSJason A. Donenfeld 	input[4] = t4_;
6730ed42a6fSJason A. Donenfeld }
6740ed42a6fSJason A. Donenfeld 
format_fcontract_second_carry_full(u64 * input)6750ed42a6fSJason A. Donenfeld static __always_inline void format_fcontract_second_carry_full(u64 *input)
6760ed42a6fSJason A. Donenfeld {
6770ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 i0;
6780ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 i1;
6790ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 i0_;
6800ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 i1_;
6810ed42a6fSJason A. Donenfeld 	format_fcontract_second_carry_pass(input);
6820ed42a6fSJason A. Donenfeld 	modulo_carry_top(input);
6830ed42a6fSJason A. Donenfeld 	i0 = input[0];
6840ed42a6fSJason A. Donenfeld 	i1 = input[1];
6850ed42a6fSJason A. Donenfeld 	i0_ = i0 & 0x7ffffffffffffLLU;
6860ed42a6fSJason A. Donenfeld 	i1_ = i1 + (i0 >> 51);
6870ed42a6fSJason A. Donenfeld 	input[0] = i0_;
6880ed42a6fSJason A. Donenfeld 	input[1] = i1_;
6890ed42a6fSJason A. Donenfeld }
6900ed42a6fSJason A. Donenfeld 
format_fcontract_trim(u64 * input)6910ed42a6fSJason A. Donenfeld static __always_inline void format_fcontract_trim(u64 *input)
6920ed42a6fSJason A. Donenfeld {
6930ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 a0 = input[0];
6940ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 a1 = input[1];
6950ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 a2 = input[2];
6960ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 a3 = input[3];
6970ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 a4 = input[4];
6980ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 mask0 = u64_gte_mask(a0, 0x7ffffffffffedLLU);
6990ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 mask1 = u64_eq_mask(a1, 0x7ffffffffffffLLU);
7000ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 mask2 = u64_eq_mask(a2, 0x7ffffffffffffLLU);
7010ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 mask3 = u64_eq_mask(a3, 0x7ffffffffffffLLU);
7020ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 mask4 = u64_eq_mask(a4, 0x7ffffffffffffLLU);
7030ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 mask = (((mask0 & mask1) & mask2) & mask3) & mask4;
7040ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 a0_ = a0 - (0x7ffffffffffedLLU & mask);
7050ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 a1_ = a1 - (0x7ffffffffffffLLU & mask);
7060ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 a2_ = a2 - (0x7ffffffffffffLLU & mask);
7070ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 a3_ = a3 - (0x7ffffffffffffLLU & mask);
7080ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 a4_ = a4 - (0x7ffffffffffffLLU & mask);
7090ed42a6fSJason A. Donenfeld 	input[0] = a0_;
7100ed42a6fSJason A. Donenfeld 	input[1] = a1_;
7110ed42a6fSJason A. Donenfeld 	input[2] = a2_;
7120ed42a6fSJason A. Donenfeld 	input[3] = a3_;
7130ed42a6fSJason A. Donenfeld 	input[4] = a4_;
7140ed42a6fSJason A. Donenfeld }
7150ed42a6fSJason A. Donenfeld 
format_fcontract_store(u8 * output,u64 * input)7160ed42a6fSJason A. Donenfeld static __always_inline void format_fcontract_store(u8 *output, u64 *input)
7170ed42a6fSJason A. Donenfeld {
7180ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 t0 = input[0];
7190ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 t1 = input[1];
7200ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 t2 = input[2];
7210ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 t3 = input[3];
7220ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 t4 = input[4];
7230ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 o0 = t1 << 51 | t0;
7240ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 o1 = t2 << 38 | t1 >> 13;
7250ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 o2 = t3 << 25 | t2 >> 26;
7260ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 o3 = t4 << 12 | t3 >> 39;
7270ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u8 *b0 = output;
7280ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u8 *b1 = output + 8;
7290ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u8 *b2 = output + 16;
7300ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u8 *b3 = output + 24;
7310ed42a6fSJason A. Donenfeld 	put_unaligned_le64(o0, b0);
7320ed42a6fSJason A. Donenfeld 	put_unaligned_le64(o1, b1);
7330ed42a6fSJason A. Donenfeld 	put_unaligned_le64(o2, b2);
7340ed42a6fSJason A. Donenfeld 	put_unaligned_le64(o3, b3);
7350ed42a6fSJason A. Donenfeld }
7360ed42a6fSJason A. Donenfeld 
format_fcontract(u8 * output,u64 * input)7370ed42a6fSJason A. Donenfeld static __always_inline void format_fcontract(u8 *output, u64 *input)
7380ed42a6fSJason A. Donenfeld {
7390ed42a6fSJason A. Donenfeld 	format_fcontract_first_carry_full(input);
7400ed42a6fSJason A. Donenfeld 	format_fcontract_second_carry_full(input);
7410ed42a6fSJason A. Donenfeld 	format_fcontract_trim(input);
7420ed42a6fSJason A. Donenfeld 	format_fcontract_store(output, input);
7430ed42a6fSJason A. Donenfeld }
7440ed42a6fSJason A. Donenfeld 
format_scalar_of_point(u8 * scalar,u64 * point)7450ed42a6fSJason A. Donenfeld static __always_inline void format_scalar_of_point(u8 *scalar, u64 *point)
7460ed42a6fSJason A. Donenfeld {
7470ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 *x = point;
7480ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 *z = point + 5;
7490ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 buf[10] __aligned(32) = { 0 };
7500ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 *zmone = buf;
7510ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 *sc = buf + 5;
7520ed42a6fSJason A. Donenfeld 	crecip(zmone, z);
7530ed42a6fSJason A. Donenfeld 	fmul(sc, x, zmone);
7540ed42a6fSJason A. Donenfeld 	format_fcontract(scalar, sc);
7550ed42a6fSJason A. Donenfeld }
7560ed42a6fSJason A. Donenfeld 
curve25519_generic(u8 mypublic[CURVE25519_KEY_SIZE],const u8 secret[CURVE25519_KEY_SIZE],const u8 basepoint[CURVE25519_KEY_SIZE])7570ed42a6fSJason A. Donenfeld void curve25519_generic(u8 mypublic[CURVE25519_KEY_SIZE],
7580ed42a6fSJason A. Donenfeld 			const u8 secret[CURVE25519_KEY_SIZE],
7590ed42a6fSJason A. Donenfeld 			const u8 basepoint[CURVE25519_KEY_SIZE])
7600ed42a6fSJason A. Donenfeld {
7610ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 buf0[10] __aligned(32) = { 0 };
7620ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 *x0 = buf0;
7630ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 *z = buf0 + 5;
7640ed42a6fSJason A. Donenfeld 	u64 *q;
7650ed42a6fSJason A. Donenfeld 	format_fexpand(x0, basepoint);
7660ed42a6fSJason A. Donenfeld 	z[0] = 1;
7670ed42a6fSJason A. Donenfeld 	q = buf0;
7680ed42a6fSJason A. Donenfeld 	{
7690ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u8 e[32] __aligned(32) = { 0 };
7700ed42a6fSJason A. Donenfeld 		u8 *scalar;
7710ed42a6fSJason A. Donenfeld 		memcpy(e, secret, 32);
7720ed42a6fSJason A. Donenfeld 		curve25519_clamp_secret(e);
7730ed42a6fSJason A. Donenfeld 		scalar = e;
7740ed42a6fSJason A. Donenfeld 		{
7750ed42a6fSJason A. Donenfeld 			u64 buf[15] = { 0 };
7760ed42a6fSJason A. Donenfeld 			u64 *nq = buf;
7770ed42a6fSJason A. Donenfeld 			u64 *x = nq;
7780ed42a6fSJason A. Donenfeld 			x[0] = 1;
7790ed42a6fSJason A. Donenfeld 			ladder_cmult(nq, scalar, q);
7800ed42a6fSJason A. Donenfeld 			format_scalar_of_point(mypublic, nq);
7810ed42a6fSJason A. Donenfeld 			memzero_explicit(buf, sizeof(buf));
7820ed42a6fSJason A. Donenfeld 		}
7830ed42a6fSJason A. Donenfeld 		memzero_explicit(e, sizeof(e));
7840ed42a6fSJason A. Donenfeld 	}
7850ed42a6fSJason A. Donenfeld 	memzero_explicit(buf0, sizeof(buf0));
7860ed42a6fSJason A. Donenfeld }
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