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crypto: x86/aes-xts - add AES-XTS assembly macro for modern CPUs
authorEric Biggers <ebiggers@google.com>
Fri, 29 Mar 2024 08:03:50 +0000 (01:03 -0700)
committerHerbert Xu <herbert@gondor.apana.org.au>
Fri, 5 Apr 2024 07:46:33 +0000 (15:46 +0800)
Add an assembly file aes-xts-avx-x86_64.S which contains a macro that
expands into AES-XTS implementations for x86_64 CPUs that support at
least AES-NI and AVX, optionally also taking advantage of VAES,
VPCLMULQDQ, and AVX512 or AVX10.

This patch doesn't expand the macro at all.  Later patches will do so,
adding each implementation individually so that the motivation and use
case for each individual implementation can be fully presented.

The file also provides a function aes_xts_encrypt_iv() which handles the
encryption of the IV (tweak), using AES-NI and AVX.

Signed-off-by: Eric Biggers <ebiggers@google.com>
Signed-off-by: Herbert Xu <herbert@gondor.apana.org.au>
arch/x86/crypto/Makefile
arch/x86/crypto/aes-xts-avx-x86_64.S [new file with mode: 0644]

index 9aa46093c91b619da0d1641cefa73afa7d97d2e6..9c5ce56137385b8bfbdef5fe7ec219af0a13d789 100644 (file)
@@ -48,7 +48,8 @@ chacha-x86_64-$(CONFIG_AS_AVX512) += chacha-avx512vl-x86_64.o
 
 obj-$(CONFIG_CRYPTO_AES_NI_INTEL) += aesni-intel.o
 aesni-intel-y := aesni-intel_asm.o aesni-intel_glue.o
-aesni-intel-$(CONFIG_64BIT) += aesni-intel_avx-x86_64.o aes_ctrby8_avx-x86_64.o
+aesni-intel-$(CONFIG_64BIT) += aesni-intel_avx-x86_64.o \
+       aes_ctrby8_avx-x86_64.o aes-xts-avx-x86_64.o
 
 obj-$(CONFIG_CRYPTO_SHA1_SSSE3) += sha1-ssse3.o
 sha1-ssse3-y := sha1_avx2_x86_64_asm.o sha1_ssse3_asm.o sha1_ssse3_glue.o
diff --git a/arch/x86/crypto/aes-xts-avx-x86_64.S b/arch/x86/crypto/aes-xts-avx-x86_64.S
new file mode 100644 (file)
index 0000000..a5e2783
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,800 @@
+/* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later */
+/*
+ * AES-XTS for modern x86_64 CPUs
+ *
+ * Copyright 2024 Google LLC
+ *
+ * Author: Eric Biggers <ebiggers@google.com>
+ */
+
+/*
+ * This file implements AES-XTS for modern x86_64 CPUs.  To handle the
+ * complexities of coding for x86 SIMD, e.g. where every vector length needs
+ * different code, it uses a macro to generate several implementations that
+ * share similar source code but are targeted at different CPUs, listed below:
+ *
+ * AES-NI + AVX
+ *    - 128-bit vectors (1 AES block per vector)
+ *    - VEX-coded instructions
+ *    - xmm0-xmm15
+ *    - This is for older CPUs that lack VAES but do have AVX.
+ *
+ * VAES + VPCLMULQDQ + AVX2
+ *    - 256-bit vectors (2 AES blocks per vector)
+ *    - VEX-coded instructions
+ *    - ymm0-ymm15
+ *    - This is for CPUs that have VAES but lack AVX512 or AVX10,
+ *      e.g. Intel's Alder Lake and AMD's Zen 3.
+ *
+ * VAES + VPCLMULQDQ + AVX10/256 + BMI2
+ *    - 256-bit vectors (2 AES blocks per vector)
+ *    - EVEX-coded instructions
+ *    - ymm0-ymm31
+ *    - This is for CPUs that have AVX512 but where using zmm registers causes
+ *      downclocking, and for CPUs that have AVX10/256 but not AVX10/512.
+ *    - By "AVX10/256" we really mean (AVX512BW + AVX512VL) || AVX10/256.
+ *      To avoid confusion with 512-bit, we just write AVX10/256.
+ *
+ * VAES + VPCLMULQDQ + AVX10/512 + BMI2
+ *    - Same as the previous one, but upgrades to 512-bit vectors
+ *      (4 AES blocks per vector) in zmm0-zmm31.
+ *    - This is for CPUs that have good AVX512 or AVX10/512 support.
+ *
+ * This file doesn't have an implementation for AES-NI alone (without AVX), as
+ * the lack of VEX would make all the assembly code different.
+ *
+ * When we use VAES, we also use VPCLMULQDQ to parallelize the computation of
+ * the XTS tweaks.  This avoids a bottleneck.  Currently there don't seem to be
+ * any CPUs that support VAES but not VPCLMULQDQ.  If that changes, we might
+ * need to start also providing an implementation using VAES alone.
+ *
+ * The AES-XTS implementations in this file support everything required by the
+ * crypto API, including support for arbitrary input lengths and multi-part
+ * processing.  However, they are most heavily optimized for the common case of
+ * power-of-2 length inputs that are processed in a single part (disk sectors).
+ */
+
+#include <linux/linkage.h>
+#include <linux/cfi_types.h>
+
+.section .rodata
+.p2align 4
+.Lgf_poly:
+       // The low 64 bits of this value represent the polynomial x^7 + x^2 + x
+       // + 1.  It is the value that must be XOR'd into the low 64 bits of the
+       // tweak each time a 1 is carried out of the high 64 bits.
+       //
+       // The high 64 bits of this value is just the internal carry bit that
+       // exists when there's a carry out of the low 64 bits of the tweak.
+       .quad   0x87, 1
+
+       // This table contains constants for vpshufb and vpblendvb, used to
+       // handle variable byte shifts and blending during ciphertext stealing
+       // on CPUs that don't support AVX10-style masking.
+.Lcts_permute_table:
+       .byte   0x80, 0x80, 0x80, 0x80, 0x80, 0x80, 0x80, 0x80
+       .byte   0x80, 0x80, 0x80, 0x80, 0x80, 0x80, 0x80, 0x80
+       .byte   0x00, 0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07
+       .byte   0x08, 0x09, 0x0a, 0x0b, 0x0c, 0x0d, 0x0e, 0x0f
+       .byte   0x80, 0x80, 0x80, 0x80, 0x80, 0x80, 0x80, 0x80
+       .byte   0x80, 0x80, 0x80, 0x80, 0x80, 0x80, 0x80, 0x80
+.text
+
+// Function parameters
+.set   KEY,            %rdi    // Initially points to crypto_aes_ctx, then is
+                               // advanced to point directly to the round keys
+.set   SRC,            %rsi    // Pointer to next source data
+.set   DST,            %rdx    // Pointer to next destination data
+.set   LEN,            %rcx    // Remaining length in bytes
+.set   TWEAK,          %r8     // Pointer to next tweak
+
+// %r9d holds the AES key length in bytes.
+.set   KEYLEN,         %r9d
+
+// %rax and %r10-r11 are available as temporaries.
+
+.macro _define_Vi      i
+.if VL == 16
+       .set    V\i,            %xmm\i
+.elseif VL == 32
+       .set    V\i,            %ymm\i
+.elseif VL == 64
+       .set    V\i,            %zmm\i
+.else
+       .error "Unsupported Vector Length (VL)"
+.endif
+.endm
+
+.macro _define_aliases
+       // Define register aliases V0-V15, or V0-V31 if all 32 SIMD registers
+       // are available, that map to the xmm, ymm, or zmm registers according
+       // to the selected Vector Length (VL).
+       _define_Vi      0
+       _define_Vi      1
+       _define_Vi      2
+       _define_Vi      3
+       _define_Vi      4
+       _define_Vi      5
+       _define_Vi      6
+       _define_Vi      7
+       _define_Vi      8
+       _define_Vi      9
+       _define_Vi      10
+       _define_Vi      11
+       _define_Vi      12
+       _define_Vi      13
+       _define_Vi      14
+       _define_Vi      15
+.if USE_AVX10
+       _define_Vi      16
+       _define_Vi      17
+       _define_Vi      18
+       _define_Vi      19
+       _define_Vi      20
+       _define_Vi      21
+       _define_Vi      22
+       _define_Vi      23
+       _define_Vi      24
+       _define_Vi      25
+       _define_Vi      26
+       _define_Vi      27
+       _define_Vi      28
+       _define_Vi      29
+       _define_Vi      30
+       _define_Vi      31
+.endif
+
+       // V0-V3 hold the data blocks during the main loop, or temporary values
+       // otherwise.  V4-V5 hold temporary values.
+
+       // V6-V9 hold XTS tweaks.  Each 128-bit lane holds one tweak.
+       .set    TWEAK0_XMM,     %xmm6
+       .set    TWEAK0,         V6
+       .set    TWEAK1_XMM,     %xmm7
+       .set    TWEAK1,         V7
+       .set    TWEAK2,         V8
+       .set    TWEAK3,         V9
+
+       // V10-V13 are used for computing the next values of TWEAK[0-3].
+       .set    NEXT_TWEAK0,    V10
+       .set    NEXT_TWEAK1,    V11
+       .set    NEXT_TWEAK2,    V12
+       .set    NEXT_TWEAK3,    V13
+
+       // V14 holds the constant from .Lgf_poly, copied to all 128-bit lanes.
+       .set    GF_POLY_XMM,    %xmm14
+       .set    GF_POLY,        V14
+
+       // V15 holds the first AES round key, copied to all 128-bit lanes.
+       .set    KEY0_XMM,       %xmm15
+       .set    KEY0,           V15
+
+       // If 32 SIMD registers are available, then V16-V29 hold the remaining
+       // AES round keys, copied to all 128-bit lanes.
+.if USE_AVX10
+       .set    KEY1_XMM,       %xmm16
+       .set    KEY1,           V16
+       .set    KEY2_XMM,       %xmm17
+       .set    KEY2,           V17
+       .set    KEY3_XMM,       %xmm18
+       .set    KEY3,           V18
+       .set    KEY4_XMM,       %xmm19
+       .set    KEY4,           V19
+       .set    KEY5_XMM,       %xmm20
+       .set    KEY5,           V20
+       .set    KEY6_XMM,       %xmm21
+       .set    KEY6,           V21
+       .set    KEY7_XMM,       %xmm22
+       .set    KEY7,           V22
+       .set    KEY8_XMM,       %xmm23
+       .set    KEY8,           V23
+       .set    KEY9_XMM,       %xmm24
+       .set    KEY9,           V24
+       .set    KEY10_XMM,      %xmm25
+       .set    KEY10,          V25
+       .set    KEY11_XMM,      %xmm26
+       .set    KEY11,          V26
+       .set    KEY12_XMM,      %xmm27
+       .set    KEY12,          V27
+       .set    KEY13_XMM,      %xmm28
+       .set    KEY13,          V28
+       .set    KEY14_XMM,      %xmm29
+       .set    KEY14,          V29
+.endif
+       // V30-V31 are currently unused.
+.endm
+
+// Move a vector between memory and a register.
+.macro _vmovdqu        src, dst
+.if VL < 64
+       vmovdqu         \src, \dst
+.else
+       vmovdqu8        \src, \dst
+.endif
+.endm
+
+// Broadcast a 128-bit value into a vector.
+.macro _vbroadcast128  src, dst
+.if VL == 16 && !USE_AVX10
+       vmovdqu         \src, \dst
+.elseif VL == 32 && !USE_AVX10
+       vbroadcasti128  \src, \dst
+.else
+       vbroadcasti32x4 \src, \dst
+.endif
+.endm
+
+// XOR two vectors together.
+.macro _vpxor  src1, src2, dst
+.if USE_AVX10
+       vpxord          \src1, \src2, \dst
+.else
+       vpxor           \src1, \src2, \dst
+.endif
+.endm
+
+// XOR three vectors together.
+.macro _xor3   src1, src2, src3_and_dst
+.if USE_AVX10
+       // vpternlogd with immediate 0x96 is a three-argument XOR.
+       vpternlogd      $0x96, \src1, \src2, \src3_and_dst
+.else
+       vpxor           \src1, \src3_and_dst, \src3_and_dst
+       vpxor           \src2, \src3_and_dst, \src3_and_dst
+.endif
+.endm
+
+// Given a 128-bit XTS tweak in the xmm register \src, compute the next tweak
+// (by multiplying by the polynomial 'x') and write it to \dst.
+.macro _next_tweak     src, tmp, dst
+       vpshufd         $0x13, \src, \tmp
+       vpaddq          \src, \src, \dst
+       vpsrad          $31, \tmp, \tmp
+       vpand           GF_POLY_XMM, \tmp, \tmp
+       vpxor           \tmp, \dst, \dst
+.endm
+
+// Given the XTS tweak(s) in the vector \src, compute the next vector of
+// tweak(s) (by multiplying by the polynomial 'x^(VL/16)') and write it to \dst.
+//
+// If VL > 16, then there are multiple tweaks, and we use vpclmulqdq to compute
+// all tweaks in the vector in parallel.  If VL=16, we just do the regular
+// computation without vpclmulqdq, as it's the faster method for a single tweak.
+.macro _next_tweakvec  src, tmp1, tmp2, dst
+.if VL == 16
+       _next_tweak     \src, \tmp1, \dst
+.else
+       vpsrlq          $64 - VL/16, \src, \tmp1
+       vpclmulqdq      $0x01, GF_POLY, \tmp1, \tmp2
+       vpslldq         $8, \tmp1, \tmp1
+       vpsllq          $VL/16, \src, \dst
+       _xor3           \tmp1, \tmp2, \dst
+.endif
+.endm
+
+// Given the first XTS tweak at (TWEAK), compute the first set of tweaks and
+// store them in the vector registers TWEAK0-TWEAK3.  Clobbers V0-V5.
+.macro _compute_first_set_of_tweaks
+       vmovdqu         (TWEAK), TWEAK0_XMM
+       _vbroadcast128  .Lgf_poly(%rip), GF_POLY
+.if VL == 16
+       // With VL=16, multiplying by x serially is fastest.
+       _next_tweak     TWEAK0, %xmm0, TWEAK1
+       _next_tweak     TWEAK1, %xmm0, TWEAK2
+       _next_tweak     TWEAK2, %xmm0, TWEAK3
+.else
+.if VL == 32
+       // Compute the second block of TWEAK0.
+       _next_tweak     TWEAK0_XMM, %xmm0, %xmm1
+       vinserti128     $1, %xmm1, TWEAK0, TWEAK0
+.elseif VL == 64
+       // Compute the remaining blocks of TWEAK0.
+       _next_tweak     TWEAK0_XMM, %xmm0, %xmm1
+       _next_tweak     %xmm1, %xmm0, %xmm2
+       _next_tweak     %xmm2, %xmm0, %xmm3
+       vinserti32x4    $1, %xmm1, TWEAK0, TWEAK0
+       vinserti32x4    $2, %xmm2, TWEAK0, TWEAK0
+       vinserti32x4    $3, %xmm3, TWEAK0, TWEAK0
+.endif
+       // Compute TWEAK[1-3] from TWEAK0.
+       vpsrlq          $64 - 1*VL/16, TWEAK0, V0
+       vpsrlq          $64 - 2*VL/16, TWEAK0, V2
+       vpsrlq          $64 - 3*VL/16, TWEAK0, V4
+       vpclmulqdq      $0x01, GF_POLY, V0, V1
+       vpclmulqdq      $0x01, GF_POLY, V2, V3
+       vpclmulqdq      $0x01, GF_POLY, V4, V5
+       vpslldq         $8, V0, V0
+       vpslldq         $8, V2, V2
+       vpslldq         $8, V4, V4
+       vpsllq          $1*VL/16, TWEAK0, TWEAK1
+       vpsllq          $2*VL/16, TWEAK0, TWEAK2
+       vpsllq          $3*VL/16, TWEAK0, TWEAK3
+.if USE_AVX10
+       vpternlogd      $0x96, V0, V1, TWEAK1
+       vpternlogd      $0x96, V2, V3, TWEAK2
+       vpternlogd      $0x96, V4, V5, TWEAK3
+.else
+       vpxor           V0, TWEAK1, TWEAK1
+       vpxor           V2, TWEAK2, TWEAK2
+       vpxor           V4, TWEAK3, TWEAK3
+       vpxor           V1, TWEAK1, TWEAK1
+       vpxor           V3, TWEAK2, TWEAK2
+       vpxor           V5, TWEAK3, TWEAK3
+.endif
+.endif
+.endm
+
+// Do one step in computing the next set of tweaks using the method of just
+// multiplying by x repeatedly (the same method _next_tweak uses).
+.macro _tweak_step_mulx        i
+.if \i == 0
+       .set PREV_TWEAK, TWEAK3
+       .set NEXT_TWEAK, NEXT_TWEAK0
+.elseif \i == 5
+       .set PREV_TWEAK, NEXT_TWEAK0
+       .set NEXT_TWEAK, NEXT_TWEAK1
+.elseif \i == 10
+       .set PREV_TWEAK, NEXT_TWEAK1
+       .set NEXT_TWEAK, NEXT_TWEAK2
+.elseif \i == 15
+       .set PREV_TWEAK, NEXT_TWEAK2
+       .set NEXT_TWEAK, NEXT_TWEAK3
+.endif
+.if \i < 20 && \i % 5 == 0
+       vpshufd         $0x13, PREV_TWEAK, V5
+.elseif \i < 20 && \i % 5 == 1
+       vpaddq          PREV_TWEAK, PREV_TWEAK, NEXT_TWEAK
+.elseif \i < 20 && \i % 5 == 2
+       vpsrad          $31, V5, V5
+.elseif \i < 20 && \i % 5 == 3
+       vpand           GF_POLY, V5, V5
+.elseif \i < 20 && \i % 5 == 4
+       vpxor           V5, NEXT_TWEAK, NEXT_TWEAK
+.elseif \i == 1000
+       vmovdqa         NEXT_TWEAK0, TWEAK0
+       vmovdqa         NEXT_TWEAK1, TWEAK1
+       vmovdqa         NEXT_TWEAK2, TWEAK2
+       vmovdqa         NEXT_TWEAK3, TWEAK3
+.endif
+.endm
+
+// Do one step in computing the next set of tweaks using the VPCLMULQDQ method
+// (the same method _next_tweakvec uses for VL > 16).  This means multiplying
+// each tweak by x^(4*VL/16) independently.  Since 4*VL/16 is a multiple of 8
+// when VL > 16 (which it is here), the needed shift amounts are byte-aligned,
+// which allows the use of vpsrldq and vpslldq to do 128-bit wide shifts.
+.macro _tweak_step_pclmul      i
+.if \i == 2
+       vpsrldq         $(128 - 4*VL/16) / 8, TWEAK0, NEXT_TWEAK0
+.elseif \i == 4
+       vpsrldq         $(128 - 4*VL/16) / 8, TWEAK1, NEXT_TWEAK1
+.elseif \i == 6
+       vpsrldq         $(128 - 4*VL/16) / 8, TWEAK2, NEXT_TWEAK2
+.elseif \i == 8
+       vpsrldq         $(128 - 4*VL/16) / 8, TWEAK3, NEXT_TWEAK3
+.elseif \i == 10
+       vpclmulqdq      $0x00, GF_POLY, NEXT_TWEAK0, NEXT_TWEAK0
+.elseif \i == 12
+       vpclmulqdq      $0x00, GF_POLY, NEXT_TWEAK1, NEXT_TWEAK1
+.elseif \i == 14
+       vpclmulqdq      $0x00, GF_POLY, NEXT_TWEAK2, NEXT_TWEAK2
+.elseif \i == 16
+       vpclmulqdq      $0x00, GF_POLY, NEXT_TWEAK3, NEXT_TWEAK3
+.elseif \i == 1000
+       vpslldq         $(4*VL/16) / 8, TWEAK0, TWEAK0
+       vpslldq         $(4*VL/16) / 8, TWEAK1, TWEAK1
+       vpslldq         $(4*VL/16) / 8, TWEAK2, TWEAK2
+       vpslldq         $(4*VL/16) / 8, TWEAK3, TWEAK3
+       _vpxor          NEXT_TWEAK0, TWEAK0, TWEAK0
+       _vpxor          NEXT_TWEAK1, TWEAK1, TWEAK1
+       _vpxor          NEXT_TWEAK2, TWEAK2, TWEAK2
+       _vpxor          NEXT_TWEAK3, TWEAK3, TWEAK3
+.endif
+.endm
+
+// _tweak_step does one step of the computation of the next set of tweaks from
+// TWEAK[0-3].  To complete all steps, this must be invoked with \i values 0
+// through at least 19, then 1000 which signals the last step.
+//
+// This is used to interleave the computation of the next set of tweaks with the
+// AES en/decryptions, which increases performance in some cases.
+.macro _tweak_step     i
+.if VL == 16
+       _tweak_step_mulx        \i
+.else
+       _tweak_step_pclmul      \i
+.endif
+.endm
+
+// Load the round keys: just the first one if !USE_AVX10, otherwise all of them.
+.macro _load_round_keys
+       _vbroadcast128  0*16(KEY), KEY0
+.if USE_AVX10
+       _vbroadcast128  1*16(KEY), KEY1
+       _vbroadcast128  2*16(KEY), KEY2
+       _vbroadcast128  3*16(KEY), KEY3
+       _vbroadcast128  4*16(KEY), KEY4
+       _vbroadcast128  5*16(KEY), KEY5
+       _vbroadcast128  6*16(KEY), KEY6
+       _vbroadcast128  7*16(KEY), KEY7
+       _vbroadcast128  8*16(KEY), KEY8
+       _vbroadcast128  9*16(KEY), KEY9
+       _vbroadcast128  10*16(KEY), KEY10
+       // Note: if it's AES-128 or AES-192, the last several round keys won't
+       // be used.  We do the loads anyway to save a conditional jump.
+       _vbroadcast128  11*16(KEY), KEY11
+       _vbroadcast128  12*16(KEY), KEY12
+       _vbroadcast128  13*16(KEY), KEY13
+       _vbroadcast128  14*16(KEY), KEY14
+.endif
+.endm
+
+// Do a single round of AES encryption (if \enc==1) or decryption (if \enc==0)
+// on the block(s) in \data using the round key(s) in \key.  The register length
+// determines the number of AES blocks en/decrypted.
+.macro _vaes   enc, last, key, data
+.if \enc
+.if \last
+       vaesenclast     \key, \data, \data
+.else
+       vaesenc         \key, \data, \data
+.endif
+.else
+.if \last
+       vaesdeclast     \key, \data, \data
+.else
+       vaesdec         \key, \data, \data
+.endif
+.endif
+.endm
+
+// Do a single round of AES en/decryption on the block(s) in \data, using the
+// same key for all block(s).  The round key is loaded from the appropriate
+// register or memory location for round \i.  May clobber V4.
+.macro _vaes_1x                enc, last, i, xmm_suffix, data
+.if USE_AVX10
+       _vaes           \enc, \last, KEY\i\xmm_suffix, \data
+.else
+.ifnb \xmm_suffix
+       _vaes           \enc, \last, \i*16(KEY), \data
+.else
+       _vbroadcast128  \i*16(KEY), V4
+       _vaes           \enc, \last, V4, \data
+.endif
+.endif
+.endm
+
+// Do a single round of AES en/decryption on the blocks in registers V0-V3,
+// using the same key for all blocks.  The round key is loaded from the
+// appropriate register or memory location for round \i.  In addition, does step
+// \i of the computation of the next set of tweaks.  May clobber V4.
+.macro _vaes_4x        enc, last, i
+.if USE_AVX10
+       _tweak_step     (2*(\i-1))
+       _vaes           \enc, \last, KEY\i, V0
+       _vaes           \enc, \last, KEY\i, V1
+       _tweak_step     (2*(\i-1) + 1)
+       _vaes           \enc, \last, KEY\i, V2
+       _vaes           \enc, \last, KEY\i, V3
+.else
+       _vbroadcast128  \i*16(KEY), V4
+       _tweak_step     (2*(\i-1))
+       _vaes           \enc, \last, V4, V0
+       _vaes           \enc, \last, V4, V1
+       _tweak_step     (2*(\i-1) + 1)
+       _vaes           \enc, \last, V4, V2
+       _vaes           \enc, \last, V4, V3
+.endif
+.endm
+
+// Do tweaked AES en/decryption (i.e., XOR with \tweak, then AES en/decrypt,
+// then XOR with \tweak again) of the block(s) in \data.  To process a single
+// block, use xmm registers and set \xmm_suffix=_XMM.  To process a vector of
+// length VL, use V* registers and leave \xmm_suffix empty.  May clobber V4.
+.macro _aes_crypt      enc, xmm_suffix, tweak, data
+       _xor3           KEY0\xmm_suffix, \tweak, \data
+       _vaes_1x        \enc, 0, 1, \xmm_suffix, \data
+       _vaes_1x        \enc, 0, 2, \xmm_suffix, \data
+       _vaes_1x        \enc, 0, 3, \xmm_suffix, \data
+       _vaes_1x        \enc, 0, 4, \xmm_suffix, \data
+       _vaes_1x        \enc, 0, 5, \xmm_suffix, \data
+       _vaes_1x        \enc, 0, 6, \xmm_suffix, \data
+       _vaes_1x        \enc, 0, 7, \xmm_suffix, \data
+       _vaes_1x        \enc, 0, 8, \xmm_suffix, \data
+       _vaes_1x        \enc, 0, 9, \xmm_suffix, \data
+       cmp             $24, KEYLEN
+       jle             .Laes_128_or_192\@
+       _vaes_1x        \enc, 0, 10, \xmm_suffix, \data
+       _vaes_1x        \enc, 0, 11, \xmm_suffix, \data
+       _vaes_1x        \enc, 0, 12, \xmm_suffix, \data
+       _vaes_1x        \enc, 0, 13, \xmm_suffix, \data
+       _vaes_1x        \enc, 1, 14, \xmm_suffix, \data
+       jmp             .Laes_done\@
+.Laes_128_or_192\@:
+       je              .Laes_192\@
+       _vaes_1x        \enc, 1, 10, \xmm_suffix, \data
+       jmp             .Laes_done\@
+.Laes_192\@:
+       _vaes_1x        \enc, 0, 10, \xmm_suffix, \data
+       _vaes_1x        \enc, 0, 11, \xmm_suffix, \data
+       _vaes_1x        \enc, 1, 12, \xmm_suffix, \data
+.Laes_done\@:
+       _vpxor          \tweak, \data, \data
+.endm
+
+.macro _aes_xts_crypt  enc
+       _define_aliases
+
+       // Load the AES key length: 16 (AES-128), 24 (AES-192), or 32 (AES-256).
+       movl            480(KEY), KEYLEN
+
+       // If decrypting, advance KEY to the decryption round keys.
+.if !\enc
+       add             $240, KEY
+.endif
+
+       // Check whether the data length is a multiple of the AES block length.
+       test            $15, LEN
+       jnz             .Lneed_cts\@
+.Lxts_init\@:
+
+       // Cache as many round keys as possible.
+       _load_round_keys
+
+       // Compute the first set of tweaks TWEAK[0-3].
+       _compute_first_set_of_tweaks
+
+       sub             $4*VL, LEN
+       jl              .Lhandle_remainder\@
+
+.Lmain_loop\@:
+       // This is the main loop, en/decrypting 4*VL bytes per iteration.
+
+       // XOR each source block with its tweak and the first round key.
+.if USE_AVX10
+       vmovdqu8        0*VL(SRC), V0
+       vmovdqu8        1*VL(SRC), V1
+       vmovdqu8        2*VL(SRC), V2
+       vmovdqu8        3*VL(SRC), V3
+       vpternlogd      $0x96, TWEAK0, KEY0, V0
+       vpternlogd      $0x96, TWEAK1, KEY0, V1
+       vpternlogd      $0x96, TWEAK2, KEY0, V2
+       vpternlogd      $0x96, TWEAK3, KEY0, V3
+.else
+       vpxor           0*VL(SRC), KEY0, V0
+       vpxor           1*VL(SRC), KEY0, V1
+       vpxor           2*VL(SRC), KEY0, V2
+       vpxor           3*VL(SRC), KEY0, V3
+       vpxor           TWEAK0, V0, V0
+       vpxor           TWEAK1, V1, V1
+       vpxor           TWEAK2, V2, V2
+       vpxor           TWEAK3, V3, V3
+.endif
+       // Do all the AES rounds on the data blocks, interleaved with
+       // the computation of the next set of tweaks.
+       _vaes_4x        \enc, 0, 1
+       _vaes_4x        \enc, 0, 2
+       _vaes_4x        \enc, 0, 3
+       _vaes_4x        \enc, 0, 4
+       _vaes_4x        \enc, 0, 5
+       _vaes_4x        \enc, 0, 6
+       _vaes_4x        \enc, 0, 7
+       _vaes_4x        \enc, 0, 8
+       _vaes_4x        \enc, 0, 9
+       // Try to optimize for AES-256 by keeping the code for AES-128 and
+       // AES-192 out-of-line.
+       cmp             $24, KEYLEN
+       jle             .Lencrypt_4x_aes_128_or_192\@
+       _vaes_4x        \enc, 0, 10
+       _vaes_4x        \enc, 0, 11
+       _vaes_4x        \enc, 0, 12
+       _vaes_4x        \enc, 0, 13
+       _vaes_4x        \enc, 1, 14
+.Lencrypt_4x_done\@:
+
+       // XOR in the tweaks again.
+       _vpxor          TWEAK0, V0, V0
+       _vpxor          TWEAK1, V1, V1
+       _vpxor          TWEAK2, V2, V2
+       _vpxor          TWEAK3, V3, V3
+
+       // Store the destination blocks.
+       _vmovdqu        V0, 0*VL(DST)
+       _vmovdqu        V1, 1*VL(DST)
+       _vmovdqu        V2, 2*VL(DST)
+       _vmovdqu        V3, 3*VL(DST)
+
+       // Finish computing the next set of tweaks.
+       _tweak_step     1000
+
+       add             $4*VL, SRC
+       add             $4*VL, DST
+       sub             $4*VL, LEN
+       jge             .Lmain_loop\@
+
+       // Check for the uncommon case where the data length isn't a multiple of
+       // 4*VL.  Handle it out-of-line in order to optimize for the common
+       // case.  In the common case, just fall through to the ret.
+       test            $4*VL-1, LEN
+       jnz             .Lhandle_remainder\@
+.Ldone\@:
+       // Store the next tweak back to *TWEAK to support continuation calls.
+       vmovdqu         TWEAK0_XMM, (TWEAK)
+.if VL > 16
+       vzeroupper
+.endif
+       RET
+
+.Lhandle_remainder\@:
+       add             $4*VL, LEN      // Undo the extra sub from earlier.
+
+       // En/decrypt any remaining full blocks, one vector at a time.
+.if VL > 16
+       sub             $VL, LEN
+       jl              .Lvec_at_a_time_done\@
+.Lvec_at_a_time\@:
+       _vmovdqu        (SRC), V0
+       _aes_crypt      \enc, , TWEAK0, V0
+       _vmovdqu        V0, (DST)
+       _next_tweakvec  TWEAK0, V0, V1, TWEAK0
+       add             $VL, SRC
+       add             $VL, DST
+       sub             $VL, LEN
+       jge             .Lvec_at_a_time\@
+.Lvec_at_a_time_done\@:
+       add             $VL-16, LEN     // Undo the extra sub from earlier.
+.else
+       sub             $16, LEN
+.endif
+
+       // En/decrypt any remaining full blocks, one at a time.
+       jl              .Lblock_at_a_time_done\@
+.Lblock_at_a_time\@:
+       vmovdqu         (SRC), %xmm0
+       _aes_crypt      \enc, _XMM, TWEAK0_XMM, %xmm0
+       vmovdqu         %xmm0, (DST)
+       _next_tweak     TWEAK0_XMM, %xmm0, TWEAK0_XMM
+       add             $16, SRC
+       add             $16, DST
+       sub             $16, LEN
+       jge             .Lblock_at_a_time\@
+.Lblock_at_a_time_done\@:
+       add             $16, LEN        // Undo the extra sub from earlier.
+
+.Lfull_blocks_done\@:
+       // Now 0 <= LEN <= 15.  If LEN is nonzero, do ciphertext stealing to
+       // process the last 16 + LEN bytes.  If LEN is zero, we're done.
+       test            LEN, LEN
+       jnz             .Lcts\@
+       jmp             .Ldone\@
+
+       // Out-of-line handling of AES-128 and AES-192
+.Lencrypt_4x_aes_128_or_192\@:
+       jz              .Lencrypt_4x_aes_192\@
+       _vaes_4x        \enc, 1, 10
+       jmp             .Lencrypt_4x_done\@
+.Lencrypt_4x_aes_192\@:
+       _vaes_4x        \enc, 0, 10
+       _vaes_4x        \enc, 0, 11
+       _vaes_4x        \enc, 1, 12
+       jmp             .Lencrypt_4x_done\@
+
+.Lneed_cts\@:
+       // The data length isn't a multiple of the AES block length, so
+       // ciphertext stealing (CTS) will be needed.  Subtract one block from
+       // LEN so that the main loop doesn't process the last full block.  The
+       // CTS step will process it specially along with the partial block.
+       sub             $16, LEN
+       jmp             .Lxts_init\@
+
+.Lcts\@:
+       // Do ciphertext stealing (CTS) to en/decrypt the last full block and
+       // the partial block.  CTS needs two tweaks.  TWEAK0_XMM contains the
+       // next tweak; compute the one after that.  Decryption uses these two
+       // tweaks in reverse order, so also define aliases to handle that.
+       _next_tweak     TWEAK0_XMM, %xmm0, TWEAK1_XMM
+.if \enc
+       .set            CTS_TWEAK0,     TWEAK0_XMM
+       .set            CTS_TWEAK1,     TWEAK1_XMM
+.else
+       .set            CTS_TWEAK0,     TWEAK1_XMM
+       .set            CTS_TWEAK1,     TWEAK0_XMM
+.endif
+
+       // En/decrypt the last full block.
+       vmovdqu         (SRC), %xmm0
+       _aes_crypt      \enc, _XMM, CTS_TWEAK0, %xmm0
+
+.if USE_AVX10
+       // Create a mask that has the first LEN bits set.
+       mov             $-1, %rax
+       bzhi            LEN, %rax, %rax
+       kmovq           %rax, %k1
+
+       // Swap the first LEN bytes of the above result with the partial block.
+       // Note that to support in-place en/decryption, the load from the src
+       // partial block must happen before the store to the dst partial block.
+       vmovdqa         %xmm0, %xmm1
+       vmovdqu8        16(SRC), %xmm0{%k1}
+       vmovdqu8        %xmm1, 16(DST){%k1}
+.else
+       lea             .Lcts_permute_table(%rip), %rax
+
+       // Load the src partial block, left-aligned.  Note that to support
+       // in-place en/decryption, this must happen before the store to the dst
+       // partial block.
+       vmovdqu         (SRC, LEN, 1), %xmm1
+
+       // Shift the first LEN bytes of the en/decryption of the last full block
+       // to the end of a register, then store it to DST+LEN.  This stores the
+       // dst partial block.  It also writes to the second part of the dst last
+       // full block, but that part is overwritten later.
+       vpshufb         (%rax, LEN, 1), %xmm0, %xmm2
+       vmovdqu         %xmm2, (DST, LEN, 1)
+
+       // Make xmm3 contain [16-LEN,16-LEN+1,...,14,15,0x80,0x80,...].
+       sub             LEN, %rax
+       vmovdqu         32(%rax), %xmm3
+
+       // Shift the src partial block to the beginning of its register.
+       vpshufb         %xmm3, %xmm1, %xmm1
+
+       // Do a blend to generate the src partial block followed by the second
+       // part of the en/decryption of the last full block.
+       vpblendvb       %xmm3, %xmm0, %xmm1, %xmm0
+.endif
+       // En/decrypt again and store the last full block.
+       _aes_crypt      \enc, _XMM, CTS_TWEAK1, %xmm0
+       vmovdqu         %xmm0, (DST)
+       jmp             .Ldone\@
+.endm
+
+// void aes_xts_encrypt_iv(const struct crypto_aes_ctx *tweak_key,
+//                        u8 iv[AES_BLOCK_SIZE]);
+SYM_FUNC_START(aes_xts_encrypt_iv)
+       vmovdqu         (%rsi), %xmm0
+       vpxor           0*16(%rdi), %xmm0, %xmm0
+       vaesenc         1*16(%rdi), %xmm0, %xmm0
+       vaesenc         2*16(%rdi), %xmm0, %xmm0
+       vaesenc         3*16(%rdi), %xmm0, %xmm0
+       vaesenc         4*16(%rdi), %xmm0, %xmm0
+       vaesenc         5*16(%rdi), %xmm0, %xmm0
+       vaesenc         6*16(%rdi), %xmm0, %xmm0
+       vaesenc         7*16(%rdi), %xmm0, %xmm0
+       vaesenc         8*16(%rdi), %xmm0, %xmm0
+       vaesenc         9*16(%rdi), %xmm0, %xmm0
+       cmpl            $24, 480(%rdi)
+       jle             .Lencrypt_iv_aes_128_or_192
+       vaesenc         10*16(%rdi), %xmm0, %xmm0
+       vaesenc         11*16(%rdi), %xmm0, %xmm0
+       vaesenc         12*16(%rdi), %xmm0, %xmm0
+       vaesenc         13*16(%rdi), %xmm0, %xmm0
+       vaesenclast     14*16(%rdi), %xmm0, %xmm0
+.Lencrypt_iv_done:
+       vmovdqu         %xmm0, (%rsi)
+       RET
+
+       // Out-of-line handling of AES-128 and AES-192
+.Lencrypt_iv_aes_128_or_192:
+       jz              .Lencrypt_iv_aes_192
+       vaesenclast     10*16(%rdi), %xmm0, %xmm0
+       jmp             .Lencrypt_iv_done
+.Lencrypt_iv_aes_192:
+       vaesenc         10*16(%rdi), %xmm0, %xmm0
+       vaesenc         11*16(%rdi), %xmm0, %xmm0
+       vaesenclast     12*16(%rdi), %xmm0, %xmm0
+       jmp             .Lencrypt_iv_done
+SYM_FUNC_END(aes_xts_encrypt_iv)
+
+// Below are the actual AES-XTS encryption and decryption functions,
+// instantiated from the above macro.  They all have the following prototype:
+//
+// void (*xts_asm_func)(const struct crypto_aes_ctx *key,
+//                     const u8 *src, u8 *dst, size_t len,
+//                     u8 tweak[AES_BLOCK_SIZE]);
+//
+// |key| is the data key.  |tweak| contains the next tweak; the encryption of
+// the original IV with the tweak key was already done.  This function supports
+// incremental computation, but |len| must always be >= 16 (AES_BLOCK_SIZE), and
+// |len| must be a multiple of 16 except on the last call.  If |len| is a
+// multiple of 16, then this function updates |tweak| to contain the next tweak.