6037ead1e7c43a898f9c92dd77541ffc7ac8784d
[ffmpeg.git] / tools / crypto_bench.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2013 Nicolas George
3  *
4  * This file is part of FFmpeg.
5  *
6  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
7  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
8  * as published by the Free Software Foundation; either
9  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
10  *
11  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14  * GNU Lesser General Public License for more details.
15  *
16  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public License
17  * along with FFmpeg; if not, write to the Free Software Foundation, Inc.,
18  * 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
19  */
20
21 /* Optional external libraries; can be enabled using:
22  * make VERSUS=crypto+gcrypt+tomcrypt tools/crypto_bench */
23 #define USE_crypto           0x01    /* OpenSSL's libcrypto */
24 #define USE_gcrypt           0x02    /* GnuTLS's libgcrypt */
25 #define USE_tomcrypt         0x04    /* LibTomCrypt */
26
27 #include <stdlib.h>
28 #include <math.h>
29
30 #include "libavutil/avutil.h"
31 #include "libavutil/avstring.h"
32 #include "libavutil/crc.h"
33 #include "libavutil/intreadwrite.h"
34 #include "libavutil/timer.h"
35
36 #ifndef AV_READ_TIME
37 #define AV_READ_TIME(x) 0
38 #endif
39
40 #if HAVE_UNISTD_H
41 #include <unistd.h> /* for getopt */
42 #endif
43 #if !HAVE_GETOPT
44 #include "compat/getopt.c"
45 #endif
46
47 #define MAX_INPUT_SIZE 1048576
48 #define MAX_OUTPUT_SIZE 128
49
50 static const char *enabled_libs;
51 static const char *enabled_algos;
52 static unsigned specified_runs;
53
54 static const uint8_t *hardcoded_key = "FFmpeg is the best program ever.";
55
56 static void fatal_error(const char *tag)
57 {
58     av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "Fatal error: %s\n", tag);
59     exit(1);
60 }
61
62 struct hash_impl {
63     const char *lib;
64     const char *name;
65     void (*run)(uint8_t *output, const uint8_t *input, unsigned size);
66     const char *output;
67 };
68
69 /***************************************************************************
70  * lavu: libavutil
71  ***************************************************************************/
72
73 #include "libavutil/md5.h"
74 #include "libavutil/sha.h"
75 #include "libavutil/sha512.h"
76 #include "libavutil/ripemd.h"
77 #include "libavutil/aes.h"
78 #include "libavutil/cast5.h"
79
80 #define IMPL_USE_lavu IMPL_USE
81
82 static void run_lavu_md5(uint8_t *output,
83                          const uint8_t *input, unsigned size)
84 {
85     av_md5_sum(output, input, size);
86 }
87
88 #define DEFINE_LAVU_MD(suffix, type, namespace, hsize)                       \
89 static void run_lavu_ ## suffix(uint8_t *output,                             \
90                                 const uint8_t *input, unsigned size)         \
91 {                                                                            \
92     static struct type *h;                                                   \
93     if (!h && !(h = av_ ## namespace ## _alloc()))                           \
94         fatal_error("out of memory");                                        \
95     av_ ## namespace ## _init(h, hsize);                                     \
96     av_ ## namespace ## _update(h, input, size);                             \
97     av_ ## namespace ## _final(h, output);                                   \
98 }
99
100 DEFINE_LAVU_MD(sha1,      AVSHA,    sha, 160);
101 DEFINE_LAVU_MD(sha256,    AVSHA,    sha, 256);
102 DEFINE_LAVU_MD(sha512,    AVSHA512, sha512, 512);
103 DEFINE_LAVU_MD(ripemd160, AVRIPEMD, ripemd, 160);
104
105 static void run_lavu_aes128(uint8_t *output,
106                             const uint8_t *input, unsigned size)
107 {
108     static struct AVAES *aes;
109     if (!aes && !(aes = av_aes_alloc()))
110         fatal_error("out of memory");
111     av_aes_init(aes, hardcoded_key, 128, 0);
112     av_aes_crypt(aes, output, input, size >> 4, NULL, 0);
113 }
114
115 static void run_lavu_cast128(uint8_t *output,
116                              const uint8_t *input, unsigned size)
117 {
118     static struct AVCAST5 *cast;
119     if (!cast && !(cast = av_cast5_alloc()))
120         fatal_error("out of memory");
121     av_cast5_init(cast, hardcoded_key, 128);
122     av_cast5_crypt(cast, output, input, size >> 3, 0);
123 }
124
125 /***************************************************************************
126  * crypto: OpenSSL's libcrypto
127  ***************************************************************************/
128
129 #if (USE_EXT_LIBS) & USE_crypto
130
131 #include <openssl/md5.h>
132 #include <openssl/sha.h>
133 #include <openssl/ripemd.h>
134 #include <openssl/aes.h>
135 #include <openssl/cast.h>
136
137 #define DEFINE_CRYPTO_WRAPPER(suffix, function)                              \
138 static void run_crypto_ ## suffix(uint8_t *output,                           \
139                                   const uint8_t *input, unsigned size)       \
140 {                                                                            \
141     function(input, size, output);                                           \
142 }
143
144 DEFINE_CRYPTO_WRAPPER(md5,       MD5)
145 DEFINE_CRYPTO_WRAPPER(sha1,      SHA1)
146 DEFINE_CRYPTO_WRAPPER(sha256,    SHA256)
147 DEFINE_CRYPTO_WRAPPER(sha512,    SHA512)
148 DEFINE_CRYPTO_WRAPPER(ripemd160, RIPEMD160)
149
150 static void run_crypto_aes128(uint8_t *output,
151                               const uint8_t *input, unsigned size)
152 {
153     AES_KEY aes;
154     unsigned i;
155
156     AES_set_encrypt_key(hardcoded_key, 128, &aes);
157     size -= 15;
158     for (i = 0; i < size; i += 16)
159         AES_encrypt(input + i, output + i, &aes);
160 }
161
162 static void run_crypto_cast128(uint8_t *output,
163                                const uint8_t *input, unsigned size)
164 {
165     CAST_KEY cast;
166     unsigned i;
167
168     CAST_set_key(&cast, 16, hardcoded_key);
169     for (i = 0; i < size; i += 8)
170         CAST_ecb_encrypt(input + i, output + i, &cast, 1);
171 }
172
173 #define IMPL_USE_crypto(...) IMPL_USE(__VA_ARGS__)
174 #else
175 #define IMPL_USE_crypto(...) /* ignore */
176 #endif
177
178 /***************************************************************************
179  * gcrypt: GnuTLS's libgcrypt
180  ***************************************************************************/
181
182 #if (USE_EXT_LIBS) & USE_gcrypt
183
184 #include <gcrypt.h>
185
186 #define DEFINE_GCRYPT_WRAPPER(suffix, algo)                                  \
187 static void run_gcrypt_ ## suffix(uint8_t *output,                           \
188                                   const uint8_t *input, unsigned size)       \
189 {                                                                            \
190     gcry_md_hash_buffer(GCRY_MD_ ## algo, output, input, size);              \
191 }
192
193 DEFINE_GCRYPT_WRAPPER(md5,       MD5)
194 DEFINE_GCRYPT_WRAPPER(sha1,      SHA1)
195 DEFINE_GCRYPT_WRAPPER(sha256,    SHA256)
196 DEFINE_GCRYPT_WRAPPER(sha512,    SHA512)
197 DEFINE_GCRYPT_WRAPPER(ripemd160, RMD160)
198
199 static void run_gcrypt_aes128(uint8_t *output,
200                               const uint8_t *input, unsigned size)
201 {
202     static gcry_cipher_hd_t aes;
203     if (!aes)
204         gcry_cipher_open(&aes, GCRY_CIPHER_AES128, GCRY_CIPHER_MODE_ECB, 0);
205     gcry_cipher_setkey(aes, hardcoded_key, 16);
206     gcry_cipher_encrypt(aes, output, size, input, size);
207 }
208
209 static void run_gcrypt_cast128(uint8_t *output,
210                               const uint8_t *input, unsigned size)
211 {
212     static gcry_cipher_hd_t cast;
213     if (!cast)
214         gcry_cipher_open(&cast, GCRY_CIPHER_CAST5, GCRY_CIPHER_MODE_ECB, 0);
215     gcry_cipher_setkey(cast, hardcoded_key, 16);
216     gcry_cipher_encrypt(cast, output, size, input, size);
217 }
218
219 #define IMPL_USE_gcrypt(...) IMPL_USE(__VA_ARGS__)
220 #else
221 #define IMPL_USE_gcrypt(...) /* ignore */
222 #endif
223
224 /***************************************************************************
225  * tomcrypt: LibTomCrypt
226  ***************************************************************************/
227
228 #if (USE_EXT_LIBS) & USE_tomcrypt
229
230 #include <tomcrypt.h>
231
232 #define DEFINE_TOMCRYPT_WRAPPER(suffix, namespace, algo)                     \
233 static void run_tomcrypt_ ## suffix(uint8_t *output,                         \
234                                     const uint8_t *input, unsigned size)     \
235 {                                                                            \
236     hash_state md;                                                           \
237     namespace ## _init(&md);                                                 \
238     namespace ## _process(&md, input, size);                                 \
239     namespace ## _done(&md, output);                                         \
240 }
241
242 DEFINE_TOMCRYPT_WRAPPER(md5,       md5,    MD5)
243 DEFINE_TOMCRYPT_WRAPPER(sha1,      sha1,   SHA1)
244 DEFINE_TOMCRYPT_WRAPPER(sha256,    sha256, SHA256)
245 DEFINE_TOMCRYPT_WRAPPER(sha512,    sha512, SHA512)
246 DEFINE_TOMCRYPT_WRAPPER(ripemd160, rmd160, RIPEMD160)
247
248 static void run_tomcrypt_aes128(uint8_t *output,
249                                 const uint8_t *input, unsigned size)
250 {
251     symmetric_key aes;
252     unsigned i;
253
254     aes_setup(hardcoded_key, 16, 0, &aes);
255     size -= 15;
256     for (i = 0; i < size; i += 16)
257         aes_ecb_encrypt(input + i, output + i, &aes);
258 }
259
260 static void run_tomcrypt_cast128(uint8_t *output,
261                                 const uint8_t *input, unsigned size)
262 {
263     symmetric_key cast;
264     unsigned i;
265
266     cast5_setup(hardcoded_key, 16, 0, &cast);
267     for (i = 0; i < size; i += 8)
268         cast5_ecb_encrypt(input + i, output + i, &cast);
269 }
270
271 #define IMPL_USE_tomcrypt(...) IMPL_USE(__VA_ARGS__)
272 #else
273 #define IMPL_USE_tomcrypt(...) /* ignore */
274 #endif
275
276 /***************************************************************************
277  * Driver code
278  ***************************************************************************/
279
280 static unsigned crc32(const uint8_t *data, unsigned size)
281 {
282     return av_crc(av_crc_get_table(AV_CRC_32_IEEE), 0, data, size);
283 }
284
285 static void run_implementation(const uint8_t *input, uint8_t *output,
286                                struct hash_impl *impl, unsigned size)
287 {
288     uint64_t t0, t1;
289     unsigned nruns = specified_runs ? specified_runs : (1 << 30) / size;
290     unsigned outlen = 0, outcrc = 0;
291     unsigned i, j, val;
292     double mtime, ttime = 0, ttime2 = 0, stime;
293     uint8_t outref[MAX_OUTPUT_SIZE];
294
295     if (enabled_libs  && !av_stristr(enabled_libs,  impl->lib) ||
296         enabled_algos && !av_stristr(enabled_algos, impl->name))
297         return;
298     if (!sscanf(impl->output, "crc:%x", &outcrc)) {
299         outlen = strlen(impl->output) / 2;
300         for (i = 0; i < outlen; i++) {
301             sscanf(impl->output + i * 2, "%02x", &val);
302             outref[i] = val;
303         }
304     }
305     for (i = 0; i < 8; i++) /* heat caches */
306         impl->run(output, input, size);
307     for (i = 0; i < nruns; i++) {
308         memset(output, 0, size); /* avoid leftovers from previous runs */
309         t0 = AV_READ_TIME();
310         impl->run(output, input, size);
311         t1 = AV_READ_TIME();
312         if (outlen ? memcmp(output, outref, outlen) :
313                      crc32(output, size) != outcrc) {
314             fprintf(stderr, "Expected: ");
315             if (outlen)
316                 for (j = 0; j < outlen; j++)
317                     fprintf(stderr, "%02x", output[j]);
318             else
319                 fprintf(stderr, "%08x", crc32(output, size));
320             fprintf(stderr, "\n");
321             fatal_error("output mismatch");
322         }
323         mtime = (double)(t1 - t0) / size;
324         ttime  += mtime;
325         ttime2 += mtime * mtime;
326     }
327
328     ttime  /= nruns;
329     ttime2 /= nruns;
330     stime = sqrt(ttime2 - ttime * ttime);
331     printf("%-10s %-12s size: %7d  runs: %6d  time: %8.3f +- %.3f\n",
332            impl->lib, impl->name, size, nruns, ttime, stime);
333     fflush(stdout);
334 }
335
336 #define IMPL_USE(lib, name, symbol, output) \
337     { #lib, name, run_ ## lib ## _ ## symbol, output },
338 #define IMPL(lib, ...) IMPL_USE_ ## lib(lib, __VA_ARGS__)
339 #define IMPL_ALL(...) \
340     IMPL(lavu,       __VA_ARGS__) \
341     IMPL(crypto,     __VA_ARGS__) \
342     IMPL(gcrypt,     __VA_ARGS__) \
343     IMPL(tomcrypt,   __VA_ARGS__)
344
345 struct hash_impl implementations[] = {
346     IMPL_ALL("MD5",        md5,       "aa26ff5b895356bcffd9292ba9f89e66")
347     IMPL_ALL("SHA-1",      sha1,      "1fd8bd1fa02f5b0fe916b0d71750726b096c5744")
348     IMPL_ALL("SHA-256",    sha256,    "14028ac673b3087e51a1d407fbf0df4deeec8f217119e13b07bf2138f93db8c5")
349     IMPL_ALL("SHA-512",    sha512,    "3afdd44a80d99af15c87bd724cb717243193767835ce866dd5d58c02d674bb57"
350                                       "7c25b9e118c200a189fcd5a01ef106a4e200061f3e97dbf50ba065745fd46bef")
351     IMPL_ALL("RIPEMD-160", ripemd160, "62a5321e4fc8784903bb43ab7752c75f8b25af00")
352     IMPL_ALL("AES-128",    aes128,    "crc:ff6bc888")
353     IMPL_ALL("CAST-128",   cast128,   "crc:456aa584")
354 };
355
356 int main(int argc, char **argv)
357 {
358     uint8_t *input = av_malloc(MAX_INPUT_SIZE * 2);
359     uint8_t *output = input + MAX_INPUT_SIZE;
360     unsigned i, impl, size;
361     int opt;
362
363     while ((opt = getopt(argc, argv, "hl:a:r:")) != -1) {
364         switch (opt) {
365         case 'l':
366             enabled_libs = optarg;
367             break;
368         case 'a':
369             enabled_algos = optarg;
370             break;
371         case 'r':
372             specified_runs = strtol(optarg, NULL, 0);
373             break;
374         case 'h':
375         default:
376             fprintf(stderr, "Usage: %s [-l libs] [-a algos] [-r runs]\n",
377                     argv[0]);
378             if ((USE_EXT_LIBS)) {
379                 char buf[1024];
380                 snprintf(buf, sizeof(buf), "%s%s%s",
381                          ((USE_EXT_LIBS) & USE_crypto)   ? "+crypto"   : "",
382                          ((USE_EXT_LIBS) & USE_gcrypt)   ? "+gcrypt"   : "",
383                          ((USE_EXT_LIBS) & USE_tomcrypt) ? "+tomcrypt" : "");
384                 fprintf(stderr, "Built with the following external libraries:\n"
385                         "make VERSUS=%s\n", buf + 1);
386             } else {
387                 fprintf(stderr, "Built without external libraries; use\n"
388                         "make VERSUS=crypto+gcrypt+tomcrypt tools/crypto_bench\n"
389                         "to enable them.\n");
390             }
391             exit(opt != 'h');
392         }
393     }
394
395     if (!input)
396         fatal_error("out of memory");
397     for (i = 0; i < MAX_INPUT_SIZE; i += 4)
398         AV_WB32(input + i, i);
399
400     size = MAX_INPUT_SIZE;
401     for (impl = 0; impl < FF_ARRAY_ELEMS(implementations); impl++)
402         run_implementation(input, output, &implementations[impl], size);
403
404     av_free(input);
405
406     return 0;
407 }