round.h

#ifndef ROUND_H_
#define ROUND_H_

#include "ascon.h"
#include "printstate.h"

forceinline void ROUND_LOOP(state_t* s, const uint8_t* C, const uint8_t* E) {
  uint32_t tmp0, tmp1;
  __asm__ __volatile__(
      "rbegin_%=:;\n\t"
      "ldrb %[tmp1], [%[C]], #1\n\t"
      "eor %[x0_l], %[x0_l], %[x4_l]\n\t"
      "eor %[x4_l], %[x4_l], %[x3_l]\n\t"
      "eor %[x2_l], %[x2_l], %[x1_l]\n\t"
      "orn %[tmp0], %[x4_l], %[x0_l]\n\t"
      "eor %[x2_l], %[x2_l], %[tmp1]\n\t"
      "bic %[tmp1], %[x2_l], %[x1_l]\n\t"
      "eor %[x0_l], %[x0_l], %[tmp1]\n\t"
      "orn %[tmp1], %[x3_l], %[x4_l]\n\t"
      "eor %[x2_l], %[x2_l], %[tmp1]\n\t"
      "bic %[tmp1], %[x1_l], %[x0_l]\n\t"
      "eor %[x4_l], %[x4_l], %[tmp1]\n\t"
      "and %[tmp1], %[x3_l], %[x2_l]\n\t"
      "eor %[x1_l], %[x1_l], %[tmp1]\n\t"
      "eor %[x3_l], %[x3_l], %[tmp0]\n\t"
      "ldrb %[tmp1], [%[C]], #1\n\t"
      "eor %[x1_l], %[x1_l], %[x0_l]\n\t"
      "eor %[x3_l], %[x3_l], %[x2_l]\n\t"
      "eor %[x0_l], %[x0_l], %[x4_l]\n\t"
      "eor %[x0_h], %[x0_h], %[x4_h]\n\t"
      "eor %[x4_h], %[x4_h], %[x3_h]\n\t"
      "eor %[x2_h], %[x2_h], %[tmp1]\n\t"
      "eor %[x2_h], %[x2_h], %[x1_h]\n\t"
      "orn %[tmp0], %[x4_h], %[x0_h]\n\t"
      "bic %[tmp1], %[x2_h], %[x1_h]\n\t"
      "eor %[x0_h], %[x0_h], %[tmp1]\n\t"
      "orn %[tmp1], %[x3_h], %[x4_h]\n\t"
      "eor %[x2_h], %[x2_h], %[tmp1]\n\t"
      "bic %[tmp1], %[x1_h], %[x0_h]\n\t"
      "eor %[x4_h], %[x4_h], %[tmp1]\n\t"
      "and %[tmp1], %[x3_h], %[x2_h]\n\t"
      "eor %[x1_h], %[x1_h], %[tmp1]\n\t"
      "eor %[x3_h], %[x3_h], %[tmp0]\n\t"
      "eor %[x1_h], %[x1_h], %[x0_h]\n\t"
      "eor %[x3_h], %[x3_h], %[x2_h]\n\t"
      "eor %[x0_h], %[x0_h], %[x4_h]\n\t"
      "eor %[tmp0], %[x0_l], %[x0_h], ror #4\n\t"
      "eor %[tmp1], %[x0_h], %[x0_l], ror #5\n\t"
      "eor %[x0_h], %[x0_h], %[tmp0], ror #10\n\t"
      "eor %[x0_l], %[x0_l], %[tmp1], ror #9\n\t"
      "eor %[tmp0], %[x1_l], %[x1_l], ror #11\n\t"
      "eor %[tmp1], %[x1_h], %[x1_h], ror #11\n\t"
      "eor %[x1_h], %[x1_h], %[tmp0], ror #20\n\t"
      "eor %[x1_l], %[x1_l], %[tmp1], ror #19\n\t"
      "eor %[tmp0], %[x2_l], %[x2_h], ror #2\n\t"
      "eor %[tmp1], %[x2_h], %[x2_l], ror #3\n\t"
      "eor %[x2_h], %[x2_h], %[tmp0], ror #1\n\t"
      "eor %[x2_l], %[x2_l], %[tmp1]\n\t"
      "eor %[tmp0], %[x3_l], %[x3_h], ror #3\n\t"
      "eor %[tmp1], %[x3_h], %[x3_l], ror #4\n\t"
      "eor %[x3_l], %[x3_l], %[tmp0], ror #5\n\t"
      "eor %[x3_h], %[x3_h], %[tmp1], ror #5\n\t"
      "eor %[tmp0], %[x4_l], %[x4_l], ror #17\n\t"
      "eor %[tmp1], %[x4_h], %[x4_h], ror #17\n\t"
      "eor %[x4_h], %[x4_h], %[tmp0], ror #4\n\t"
      "eor %[x4_l], %[x4_l], %[tmp1], ror #3\n\t"
      "cmp %[C], %[E]\n\t"
      "bne rbegin_%=\n\t"
      : [ x0_l ] "+r"(s->w[0][0]), [ x0_h ] "+r"(s->w[0][1]),
        [ x1_l ] "+r"(s->w[1][0]), [ x1_h ] "+r"(s->w[1][1]),
        [ x2_l ] "+r"(s->w[2][0]), [ x2_h ] "+r"(s->w[2][1]),
        [ x3_l ] "+r"(s->w[3][0]), [ x3_h ] "+r"(s->w[3][1]),
        [ x4_l ] "+r"(s->w[4][0]), [ x4_h ] "+r"(s->w[4][1]), [ C ] "+r"(C),
        [ E ] "+r"(E), [ tmp0 ] "=r"(tmp0), [ tmp1 ] "=r"(tmp1)
      :
      : "cc");
}

forceinline void ROUND(state_t* s, uint64_t C) {
  uint32_t tmp0, tmp1;
  __asm__ __volatile__(
      "eor %[x0_l], %[x0_l], %[x4_l]\n\t"
      "eor %[x4_l], %[x4_l], %[x3_l]\n\t"
      "eor %[x2_l], %[x2_l], %[x1_l]\n\t"
      "orn %[tmp0], %[x4_l], %[x0_l]\n\t"
      "eor %[x2_l], %[x2_l], %[C_e]\n\t"
      "bic %[tmp1], %[x2_l], %[x1_l]\n\t"
      "eor %[x0_l], %[x0_l], %[tmp1]\n\t"
      "orn %[tmp1], %[x3_l], %[x4_l]\n\t"
      "eor %[x2_l], %[x2_l], %[tmp1]\n\t"
      "bic %[tmp1], %[x1_l], %[x0_l]\n\t"
      "eor %[x4_l], %[x4_l], %[tmp1]\n\t"
      "and %[tmp1], %[x3_l], %[x2_l]\n\t"
      "eor %[x1_l], %[x1_l], %[tmp1]\n\t"
      "eor %[x3_l], %[x3_l], %[tmp0]\n\t"
      "eor %[x1_l], %[x1_l], %[x0_l]\n\t"
      "eor %[x3_l], %[x3_l], %[x2_l]\n\t"
      "eor %[x0_l], %[x0_l], %[x4_l]\n\t"
      "eor %[x0_h], %[x0_h], %[x4_h]\n\t"
      "eor %[x4_h], %[x4_h], %[x3_h]\n\t"
      "eor %[x2_h], %[x2_h], %[C_o]\n\t"
      "eor %[x2_h], %[x2_h], %[x1_h]\n\t"
      "orn %[tmp0], %[x4_h], %[x0_h]\n\t"
      "bic %[tmp1], %[x2_h], %[x1_h]\n\t"
      "eor %[x0_h], %[x0_h], %[tmp1]\n\t"
      "orn %[tmp1], %[x3_h], %[x4_h]\n\t"
      "eor %[x2_h], %[x2_h], %[tmp1]\n\t"
      "bic %[tmp1], %[x1_h], %[x0_h]\n\t"
      "eor %[x4_h], %[x4_h], %[tmp1]\n\t"
      "and %[tmp1], %[x3_h], %[x2_h]\n\t"
      "eor %[x1_h], %[x1_h], %[tmp1]\n\t"
      "eor %[x3_h], %[x3_h], %[tmp0]\n\t"
      "eor %[x1_h], %[x1_h], %[x0_h]\n\t"
      "eor %[x3_h], %[x3_h], %[x2_h]\n\t"
      "eor %[x0_h], %[x0_h], %[x4_h]\n\t"
      "eor %[tmp0], %[x0_l], %[x0_h], ror #4\n\t"
      "eor %[tmp1], %[x0_h], %[x0_l], ror #5\n\t"
      "eor %[x0_h], %[x0_h], %[tmp0], ror #10\n\t"
      "eor %[x0_l], %[x0_l], %[tmp1], ror #9\n\t"
      "eor %[tmp0], %[x1_l], %[x1_l], ror #11\n\t"
      "eor %[tmp1], %[x1_h], %[x1_h], ror #11\n\t"
      "eor %[x1_h], %[x1_h], %[tmp0], ror #20\n\t"
      "eor %[x1_l], %[x1_l], %[tmp1], ror #19\n\t"
      "eor %[tmp0], %[x2_l], %[x2_h], ror #2\n\t"
      "eor %[tmp1], %[x2_h], %[x2_l], ror #3\n\t"
      "eor %[x2_h], %[x2_h], %[tmp0], ror #1\n\t"
      "eor %[x2_l], %[x2_l], %[tmp1]\n\t"
      "eor %[tmp0], %[x3_l], %[x3_h], ror #3\n\t"
      "eor %[tmp1], %[x3_h], %[x3_l], ror #4\n\t"
      "eor %[x3_l], %[x3_l], %[tmp0], ror #5\n\t"
      "eor %[x3_h], %[x3_h], %[tmp1], ror #5\n\t"
      "eor %[tmp0], %[x4_l], %[x4_l], ror #17\n\t"
      "eor %[tmp1], %[x4_h], %[x4_h], ror #17\n\t"
      "eor %[x4_h], %[x4_h], %[tmp0], ror #4\n\t"
      "eor %[x4_l], %[x4_l], %[tmp1], ror #3\n\t"
      : [ x0_l ] "+r"(s->w[0][0]), [ x0_h ] "+r"(s->w[0][1]),
        [ x1_l ] "+r"(s->w[1][0]), [ x1_h ] "+r"(s->w[1][1]),
        [ x2_l ] "+r"(s->w[2][0]), [ x2_h ] "+r"(s->w[2][1]),
        [ x3_l ] "+r"(s->w[3][0]), [ x3_h ] "+r"(s->w[3][1]),
        [ x4_l ] "+r"(s->w[4][0]), [ x4_h ] "+r"(s->w[4][1]),
        [ tmp0 ] "=r"(tmp0), [ tmp1 ] "=r"(tmp1)
      : [ C_e ] "i"((uint32_t)C), [ C_o ] "i"((uint32_t)(C >> 32))
      :);
}

#define ROUND5(x0, x1, x2, x3, x4, C)                                          \
  do {                                                                         \
    uint32_t tmp0, tmp1, tmp2;                                                 \
    /* Based on the round description of Ascon given in the Bachelor's */      \
    /* thesis: "Optimizing Ascon on RISC-V" of Lars Jellema */                 \
    /* see https://github.com/Lucus16/ascon-riscv/ */                          \
    __asm__ __volatile__(                                                      \
        "eor %[x2_l], %[x2_l], %[C_e]\n\t"                                     \
        "eor %[tmp0], %[x1_l], %[x2_l]\n\t"                                    \
        "eor %[tmp1], %[x0_l], %[x4_l]\n\t"                                    \
        "eor %[tmp2], %[x3_l], %[x4_l]\n\t"                                    \
        "orn %[x4_l], %[x3_l], %[x4_l]\n\t"                                    \
        "eor %[x4_l], %[x4_l], %[tmp0]\n\t"                                    \
        "eor %[x3_l], %[x3_l], %[x1_l]\n\t"                                    \
        "orr %[x3_l], %[x3_l], %[tmp0]\n\t"                                    \
        "eor %[x3_l], %[x3_l], %[tmp1]\n\t"                                    \
        "eor %[x2_l], %[x2_l], %[tmp1]\n\t"                                    \
        "orr %[x2_l], %[x2_l], %[x1_l]\n\t"                                    \
        "eor %[x2_l], %[x2_l], %[tmp2]\n\t"                                    \
        "bic %[x1_l], %[x1_l], %[tmp1]\n\t"                                    \
        "eor %[x1_l], %[x1_l], %[tmp2]\n\t"                                    \
        "orr %[x0_l], %[x0_l], %[tmp2]\n\t"                                    \
        "eor %[x0_l], %[x0_l], %[tmp0]\n\t"                                    \
        "eor %[x2_h], %[x2_h], %[C_o]\n\t"                                     \
        "eor %[tmp0], %[x1_h], %[x2_h]\n\t"                                    \
        "eor %[tmp1], %[x0_h], %[x4_h]\n\t"                                    \
        "eor %[tmp2], %[x3_h], %[x4_h]\n\t"                                    \
        "orn %[x4_h], %[x3_h], %[x4_h]\n\t"                                    \
        "eor %[x4_h], %[x4_h], %[tmp0]\n\t"                                    \
        "eor %[x3_h], %[x3_h], %[x1_h]\n\t"                                    \
        "orr %[x3_h], %[x3_h], %[tmp0]\n\t"                                    \
        "eor %[x3_h], %[x3_h], %[tmp1]\n\t"                                    \
        "eor %[x2_h], %[x2_h], %[tmp1]\n\t"                                    \
        "orr %[x2_h], %[x2_h], %[x1_h]\n\t"                                    \
        "eor %[x2_h], %[x2_h], %[tmp2]\n\t"                                    \
        "bic %[x1_h], %[x1_h], %[tmp1]\n\t"                                    \
        "eor %[x1_h], %[x1_h], %[tmp2]\n\t"                                    \
        "orr %[x0_h], %[x0_h], %[tmp2]\n\t"                                    \
        "eor %[x0_h], %[x0_h], %[tmp0]\n\t"                                    \
        "eor %[tmp0], %[x2_l], %[x2_h], ror #4\n\t"                            \
        "eor %[tmp1], %[x2_h], %[x2_l], ror #5\n\t"                            \
        "eor %[x2_h], %[x2_h], %[tmp0], ror #10\n\t"                           \
        "eor %[x2_l], %[x2_l], %[tmp1], ror #9\n\t"                            \
        "eor %[tmp0], %[x3_l], %[x3_l], ror #11\n\t"                           \
        "eor %[tmp1], %[x3_h], %[x3_h], ror #11\n\t"                           \
        "eor %[x3_h], %[x3_h], %[tmp0], ror #20\n\t"                           \
        "eor %[x3_l], %[x3_l], %[tmp1], ror #19\n\t"                           \
        "eor %[tmp0], %[x4_l], %[x4_h], ror #2\n\t"                            \
        "eor %[tmp1], %[x4_h], %[x4_l], ror #3\n\t"                            \
        "eor %[x4_h], %[x4_h], %[tmp0], ror #1\n\t"                            \
        "eor %[x4_l], %[x4_l], %[tmp1]\n\t"                                    \
        "eor %[tmp0], %[x0_l], %[x0_h], ror #3\n\t"                            \
        "eor %[tmp1], %[x0_h], %[x0_l], ror #4\n\t"                            \
        "eor %[x0_l], %[x0_l], %[tmp0], ror #5\n\t"                            \
        "eor %[x0_h], %[x0_h], %[tmp1], ror #5\n\t"                            \
        "eor %[tmp0], %[x1_l], %[x1_l], ror #17\n\t"                           \
        "eor %[tmp1], %[x1_h], %[x1_h], ror #17\n\t"                           \
        "eor %[x1_h], %[x1_h], %[tmp0], ror #4\n\t"                            \
        "eor %[x1_l], %[x1_l], %[tmp1], ror #3\n\t"                            \
        : [ x0_l ] "+r"(x0.w[0]), [ x0_h ] "+r"(x0.w[1]),                      \
          [ x1_l ] "+r"(x1.w[0]), [ x1_h ] "+r"(x1.w[1]),                      \
          [ x2_l ] "+r"(x2.w[0]), [ x2_h ] "+r"(x2.w[1]),                      \
          [ x3_l ] "+r"(x3.w[0]), [ x3_h ] "+r"(x3.w[1]),                      \
          [ x4_l ] "+r"(x4.w[0]), [ x4_h ] "+r"(x4.w[1]), [ tmp0 ] "=r"(tmp0), \
          [ tmp1 ] "=r"(tmp1), [ tmp2 ] "=r"(tmp2)                             \
        : [ C_e ] "i"((uint32_t)C), [ C_o ] "i"((uint32_t)(C >> 32))           \
        :);                                                                    \
  } while (0)

forceinline void PROUNDS(state_t* s, int nr) {
  ROUND_LOOP(s, constants + START(nr), constants + 24);
}

#endif /* ROUND_H_ */