crypto_bench: add support for xtea
[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/blowfish.h"
79 #include "libavutil/camellia.h"
80 #include "libavutil/cast5.h"
81 #include "libavutil/twofish.h"
82 #include "libavutil/rc4.h"
83 #include "libavutil/xtea.h"
84
85 #define IMPL_USE_lavu IMPL_USE
86
87 static void run_lavu_md5(uint8_t *output,
88                          const uint8_t *input, unsigned size)
89 {
90     av_md5_sum(output, input, size);
91 }
92
93 #define DEFINE_LAVU_MD(suffix, type, namespace, hsize)                       \
94 static void run_lavu_ ## suffix(uint8_t *output,                             \
95                                 const uint8_t *input, unsigned size)         \
96 {                                                                            \
97     static struct type *h;                                                   \
98     if (!h && !(h = av_ ## namespace ## _alloc()))                           \
99         fatal_error("out of memory");                                        \
100     av_ ## namespace ## _init(h, hsize);                                     \
101     av_ ## namespace ## _update(h, input, size);                             \
102     av_ ## namespace ## _final(h, output);                                   \
103 }
104
105 DEFINE_LAVU_MD(sha1,      AVSHA,    sha, 160);
106 DEFINE_LAVU_MD(sha256,    AVSHA,    sha, 256);
107 DEFINE_LAVU_MD(sha512,    AVSHA512, sha512, 512);
108 DEFINE_LAVU_MD(ripemd160, AVRIPEMD, ripemd, 160);
109
110 static void run_lavu_aes128(uint8_t *output,
111                             const uint8_t *input, unsigned size)
112 {
113     static struct AVAES *aes;
114     if (!aes && !(aes = av_aes_alloc()))
115         fatal_error("out of memory");
116     av_aes_init(aes, hardcoded_key, 128, 0);
117     av_aes_crypt(aes, output, input, size >> 4, NULL, 0);
118 }
119
120 static void run_lavu_blowfish(uint8_t *output,
121                               const uint8_t *input, unsigned size)
122 {
123     static struct AVBlowfish *blowfish;
124     if (!blowfish && !(blowfish = av_blowfish_alloc()))
125         fatal_error("out of memory");
126     av_blowfish_init(blowfish, hardcoded_key, 16);
127     av_blowfish_crypt(blowfish, output, input, size >> 3, NULL, 0);
128 }
129
130 static void run_lavu_camellia(uint8_t *output,
131                               const uint8_t *input, unsigned size)
132 {
133     static struct AVCAMELLIA *camellia;
134     if (!camellia && !(camellia = av_camellia_alloc()))
135         fatal_error("out of memory");
136     av_camellia_init(camellia, hardcoded_key, 128);
137     av_camellia_crypt(camellia, output, input, size >> 4, NULL, 0);
138 }
139
140 static void run_lavu_cast128(uint8_t *output,
141                              const uint8_t *input, unsigned size)
142 {
143     static struct AVCAST5 *cast;
144     if (!cast && !(cast = av_cast5_alloc()))
145         fatal_error("out of memory");
146     av_cast5_init(cast, hardcoded_key, 128);
147     av_cast5_crypt(cast, output, input, size >> 3, 0);
148 }
149
150 static void run_lavu_twofish(uint8_t *output,
151                               const uint8_t *input, unsigned size)
152 {
153     static struct AVTWOFISH *twofish;
154     if (!twofish && !(twofish = av_twofish_alloc()))
155         fatal_error("out of memory");
156     av_twofish_init(twofish, hardcoded_key, 128);
157     av_twofish_crypt(twofish, output, input, size >> 4, NULL, 0);
158 }
159
160 static void run_lavu_rc4(uint8_t *output,
161                               const uint8_t *input, unsigned size)
162 {
163     static struct AVRC4 *rc4;
164     if (!rc4 && !(rc4 = av_rc4_alloc()))
165         fatal_error("out of memory");
166     av_rc4_init(rc4, hardcoded_key, 128, 0);
167     av_rc4_crypt(rc4, output, input, size, NULL, 0);
168 }
169
170 static void run_lavu_xtea(uint8_t *output,
171                               const uint8_t *input, unsigned size)
172 {
173     static struct AVXTEA *xtea;
174     if (!xtea && !(xtea = av_xtea_alloc()))
175         fatal_error("out of memory");
176     av_xtea_init(xtea, hardcoded_key);
177     av_xtea_crypt(xtea, output, input, size >> 3, NULL, 0);
178 }
179
180 /***************************************************************************
181  * crypto: OpenSSL's libcrypto
182  ***************************************************************************/
183
184 #if (USE_EXT_LIBS) & USE_crypto
185
186 #include <openssl/md5.h>
187 #include <openssl/sha.h>
188 #include <openssl/ripemd.h>
189 #include <openssl/aes.h>
190 #include <openssl/blowfish.h>
191 #include <openssl/camellia.h>
192 #include <openssl/cast.h>
193 #include <openssl/rc4.h>
194
195 #define DEFINE_CRYPTO_WRAPPER(suffix, function)                              \
196 static void run_crypto_ ## suffix(uint8_t *output,                           \
197                                   const uint8_t *input, unsigned size)       \
198 {                                                                            \
199     function(input, size, output);                                           \
200 }
201
202 DEFINE_CRYPTO_WRAPPER(md5,       MD5)
203 DEFINE_CRYPTO_WRAPPER(sha1,      SHA1)
204 DEFINE_CRYPTO_WRAPPER(sha256,    SHA256)
205 DEFINE_CRYPTO_WRAPPER(sha512,    SHA512)
206 DEFINE_CRYPTO_WRAPPER(ripemd160, RIPEMD160)
207
208 static void run_crypto_aes128(uint8_t *output,
209                               const uint8_t *input, unsigned size)
210 {
211     AES_KEY aes;
212     unsigned i;
213
214     AES_set_encrypt_key(hardcoded_key, 128, &aes);
215     size -= 15;
216     for (i = 0; i < size; i += 16)
217         AES_encrypt(input + i, output + i, &aes);
218 }
219
220 static void run_crypto_blowfish(uint8_t *output,
221                                 const uint8_t *input, unsigned size)
222 {
223     BF_KEY blowfish;
224     unsigned i;
225
226     BF_set_key(&blowfish, 16, hardcoded_key);
227     for (i = 0; i < size; i += 8)
228         BF_ecb_encrypt(input + i, output + i, &blowfish, 1);
229 }
230
231 static void run_crypto_camellia(uint8_t *output,
232                                 const uint8_t *input, unsigned size)
233 {
234     CAMELLIA_KEY camellia;
235     unsigned i;
236
237     Camellia_set_key(hardcoded_key, 128, &camellia);
238     size -= 15;
239     for (i = 0; i < size; i += 16)
240         Camellia_ecb_encrypt(input + i, output + i, &camellia, 1);
241 }
242
243 static void run_crypto_cast128(uint8_t *output,
244                                const uint8_t *input, unsigned size)
245 {
246     CAST_KEY cast;
247     unsigned i;
248
249     CAST_set_key(&cast, 16, hardcoded_key);
250     for (i = 0; i < size; i += 8)
251         CAST_ecb_encrypt(input + i, output + i, &cast, 1);
252 }
253
254 static void run_crypto_rc4(uint8_t *output,
255                                 const uint8_t *input, unsigned size)
256 {
257     RC4_KEY rc4;
258
259     RC4_set_key(&rc4, 16, hardcoded_key);
260     RC4(&rc4, size, input, output);
261 }
262
263 #define IMPL_USE_crypto(...) IMPL_USE(__VA_ARGS__)
264 #else
265 #define IMPL_USE_crypto(...) /* ignore */
266 #endif
267
268 /***************************************************************************
269  * gcrypt: GnuTLS's libgcrypt
270  ***************************************************************************/
271
272 #if (USE_EXT_LIBS) & USE_gcrypt
273
274 #include <gcrypt.h>
275
276 #define DEFINE_GCRYPT_WRAPPER(suffix, algo)                                  \
277 static void run_gcrypt_ ## suffix(uint8_t *output,                           \
278                                   const uint8_t *input, unsigned size)       \
279 {                                                                            \
280     gcry_md_hash_buffer(GCRY_MD_ ## algo, output, input, size);              \
281 }
282
283 DEFINE_GCRYPT_WRAPPER(md5,       MD5)
284 DEFINE_GCRYPT_WRAPPER(sha1,      SHA1)
285 DEFINE_GCRYPT_WRAPPER(sha256,    SHA256)
286 DEFINE_GCRYPT_WRAPPER(sha512,    SHA512)
287 DEFINE_GCRYPT_WRAPPER(ripemd160, RMD160)
288
289 static void run_gcrypt_aes128(uint8_t *output,
290                               const uint8_t *input, unsigned size)
291 {
292     static gcry_cipher_hd_t aes;
293     if (!aes)
294         gcry_cipher_open(&aes, GCRY_CIPHER_AES128, GCRY_CIPHER_MODE_ECB, 0);
295     gcry_cipher_setkey(aes, hardcoded_key, 16);
296     gcry_cipher_encrypt(aes, output, size, input, size);
297 }
298
299 static void run_gcrypt_blowfish(uint8_t *output,
300                                 const uint8_t *input, unsigned size)
301 {
302     static gcry_cipher_hd_t blowfish;
303     if (!blowfish)
304         gcry_cipher_open(&blowfish, GCRY_CIPHER_BLOWFISH, GCRY_CIPHER_MODE_ECB, 0);
305     gcry_cipher_setkey(blowfish, hardcoded_key, 16);
306     gcry_cipher_encrypt(blowfish, output, size, input, size);
307 }
308
309 static void run_gcrypt_camellia(uint8_t *output,
310                                 const uint8_t *input, unsigned size)
311 {
312     static gcry_cipher_hd_t camellia;
313     if (!camellia)
314         gcry_cipher_open(&camellia, GCRY_CIPHER_CAMELLIA128, GCRY_CIPHER_MODE_ECB, 0);
315     gcry_cipher_setkey(camellia, hardcoded_key, 16);
316     gcry_cipher_encrypt(camellia, output, size, input, size);
317 }
318
319 static void run_gcrypt_cast128(uint8_t *output,
320                               const uint8_t *input, unsigned size)
321 {
322     static gcry_cipher_hd_t cast;
323     if (!cast)
324         gcry_cipher_open(&cast, GCRY_CIPHER_CAST5, GCRY_CIPHER_MODE_ECB, 0);
325     gcry_cipher_setkey(cast, hardcoded_key, 16);
326     gcry_cipher_encrypt(cast, output, size, input, size);
327 }
328
329 static void run_gcrypt_twofish(uint8_t *output,
330                                 const uint8_t *input, unsigned size)
331 {
332     static gcry_cipher_hd_t twofish;
333     if (!twofish)
334         gcry_cipher_open(&twofish, GCRY_CIPHER_TWOFISH128, GCRY_CIPHER_MODE_ECB, 0);
335     gcry_cipher_setkey(twofish, hardcoded_key, 16);
336     gcry_cipher_encrypt(twofish, output, size, input, size);
337 }
338
339 #define IMPL_USE_gcrypt(...) IMPL_USE(__VA_ARGS__)
340 #else
341 #define IMPL_USE_gcrypt(...) /* ignore */
342 #endif
343
344 /***************************************************************************
345  * tomcrypt: LibTomCrypt
346  ***************************************************************************/
347
348 #if (USE_EXT_LIBS) & USE_tomcrypt
349
350 #include <tomcrypt.h>
351
352 #define DEFINE_TOMCRYPT_WRAPPER(suffix, namespace, algo)                     \
353 static void run_tomcrypt_ ## suffix(uint8_t *output,                         \
354                                     const uint8_t *input, unsigned size)     \
355 {                                                                            \
356     hash_state md;                                                           \
357     namespace ## _init(&md);                                                 \
358     namespace ## _process(&md, input, size);                                 \
359     namespace ## _done(&md, output);                                         \
360 }
361
362 DEFINE_TOMCRYPT_WRAPPER(md5,       md5,    MD5)
363 DEFINE_TOMCRYPT_WRAPPER(sha1,      sha1,   SHA1)
364 DEFINE_TOMCRYPT_WRAPPER(sha256,    sha256, SHA256)
365 DEFINE_TOMCRYPT_WRAPPER(sha512,    sha512, SHA512)
366 DEFINE_TOMCRYPT_WRAPPER(ripemd160, rmd160, RIPEMD160)
367
368 static void run_tomcrypt_aes128(uint8_t *output,
369                                 const uint8_t *input, unsigned size)
370 {
371     symmetric_key aes;
372     unsigned i;
373
374     aes_setup(hardcoded_key, 16, 0, &aes);
375     size -= 15;
376     for (i = 0; i < size; i += 16)
377         aes_ecb_encrypt(input + i, output + i, &aes);
378 }
379
380 static void run_tomcrypt_blowfish(uint8_t *output,
381                                   const uint8_t *input, unsigned size)
382 {
383     symmetric_key blowfish;
384     unsigned i;
385
386     blowfish_setup(hardcoded_key, 16, 0, &blowfish);
387     for (i = 0; i < size; i += 8)
388         blowfish_ecb_encrypt(input + i, output + i, &blowfish);
389 }
390
391 static void run_tomcrypt_camellia(uint8_t *output,
392                                   const uint8_t *input, unsigned size)
393 {
394     symmetric_key camellia;
395     unsigned i;
396
397     camellia_setup(hardcoded_key, 16, 0, &camellia);
398     size -= 15;
399     for (i = 0; i < size; i += 16)
400         camellia_ecb_encrypt(input + i, output + i, &camellia);
401 }
402
403 static void run_tomcrypt_cast128(uint8_t *output,
404                                 const uint8_t *input, unsigned size)
405 {
406     symmetric_key cast;
407     unsigned i;
408
409     cast5_setup(hardcoded_key, 16, 0, &cast);
410     for (i = 0; i < size; i += 8)
411         cast5_ecb_encrypt(input + i, output + i, &cast);
412 }
413
414 static void run_tomcrypt_twofish(uint8_t *output,
415                                 const uint8_t *input, unsigned size)
416 {
417     symmetric_key twofish;
418     unsigned i;
419
420     twofish_setup(hardcoded_key, 16, 0, &twofish);
421     size -= 15;
422     for (i = 0; i < size; i += 16)
423         twofish_ecb_encrypt(input + i, output + i, &twofish);
424 }
425
426 static void run_tomcrypt_xtea(uint8_t *output,
427                               const uint8_t *input, unsigned size)
428 {
429     symmetric_key xtea;
430     unsigned i;
431
432     xtea_setup(hardcoded_key, 16, 0, &xtea);
433     for (i = 0; i < size; i += 8)
434         xtea_ecb_encrypt(input + i, output + i, &xtea);
435 }
436
437
438 #define IMPL_USE_tomcrypt(...) IMPL_USE(__VA_ARGS__)
439 #else
440 #define IMPL_USE_tomcrypt(...) /* ignore */
441 #endif
442
443 /***************************************************************************
444  * Driver code
445  ***************************************************************************/
446
447 static unsigned crc32(const uint8_t *data, unsigned size)
448 {
449     return av_crc(av_crc_get_table(AV_CRC_32_IEEE), 0, data, size);
450 }
451
452 static void run_implementation(const uint8_t *input, uint8_t *output,
453                                struct hash_impl *impl, unsigned size)
454 {
455     uint64_t t0, t1;
456     unsigned nruns = specified_runs ? specified_runs : (1 << 30) / size;
457     unsigned outlen = 0, outcrc = 0;
458     unsigned i, j, val;
459     double mtime, ttime = 0, ttime2 = 0, stime;
460     uint8_t outref[MAX_OUTPUT_SIZE];
461
462     if (enabled_libs  && !av_stristr(enabled_libs,  impl->lib) ||
463         enabled_algos && !av_stristr(enabled_algos, impl->name))
464         return;
465     if (!sscanf(impl->output, "crc:%x", &outcrc)) {
466         outlen = strlen(impl->output) / 2;
467         for (i = 0; i < outlen; i++) {
468             sscanf(impl->output + i * 2, "%02x", &val);
469             outref[i] = val;
470         }
471     }
472     for (i = 0; i < 8; i++) /* heat caches */
473         impl->run(output, input, size);
474     for (i = 0; i < nruns; i++) {
475         memset(output, 0, size); /* avoid leftovers from previous runs */
476         t0 = AV_READ_TIME();
477         impl->run(output, input, size);
478         t1 = AV_READ_TIME();
479         if (outlen ? memcmp(output, outref, outlen) :
480                      crc32(output, size) != outcrc) {
481             fprintf(stderr, "Expected: ");
482             if (outlen)
483                 for (j = 0; j < outlen; j++)
484                     fprintf(stderr, "%02x", output[j]);
485             else
486                 fprintf(stderr, "%08x", crc32(output, size));
487             fprintf(stderr, "\n");
488             fatal_error("output mismatch");
489         }
490         mtime = (double)(t1 - t0) / size;
491         ttime  += mtime;
492         ttime2 += mtime * mtime;
493     }
494
495     ttime  /= nruns;
496     ttime2 /= nruns;
497     stime = sqrt(ttime2 - ttime * ttime);
498     printf("%-10s %-12s size: %7d  runs: %6d  time: %8.3f +- %.3f\n",
499            impl->lib, impl->name, size, nruns, ttime, stime);
500     fflush(stdout);
501 }
502
503 #define IMPL_USE(lib, name, symbol, output) \
504     { #lib, name, run_ ## lib ## _ ## symbol, output },
505 #define IMPL(lib, ...) IMPL_USE_ ## lib(lib, __VA_ARGS__)
506 #define IMPL_ALL(...) \
507     IMPL(lavu,       __VA_ARGS__) \
508     IMPL(crypto,     __VA_ARGS__) \
509     IMPL(gcrypt,     __VA_ARGS__) \
510     IMPL(tomcrypt,   __VA_ARGS__)
511
512 struct hash_impl implementations[] = {
513     IMPL_ALL("MD5",        md5,       "aa26ff5b895356bcffd9292ba9f89e66")
514     IMPL_ALL("SHA-1",      sha1,      "1fd8bd1fa02f5b0fe916b0d71750726b096c5744")
515     IMPL_ALL("SHA-256",    sha256,    "14028ac673b3087e51a1d407fbf0df4deeec8f217119e13b07bf2138f93db8c5")
516     IMPL_ALL("SHA-512",    sha512,    "3afdd44a80d99af15c87bd724cb717243193767835ce866dd5d58c02d674bb57"
517                                       "7c25b9e118c200a189fcd5a01ef106a4e200061f3e97dbf50ba065745fd46bef")
518     IMPL_ALL("RIPEMD-160", ripemd160, "62a5321e4fc8784903bb43ab7752c75f8b25af00")
519     IMPL_ALL("AES-128",    aes128,    "crc:ff6bc888")
520     IMPL_ALL("CAMELLIA",   camellia,  "crc:7abb59a7")
521     IMPL_ALL("CAST-128",   cast128,   "crc:456aa584")
522     IMPL_ALL("BLOWFISH",   blowfish,  "crc:33e8aa74")
523     IMPL(lavu,     "TWOFISH", twofish, "crc:9edbd5c1")
524     IMPL(gcrypt,   "TWOFISH", twofish, "crc:9edbd5c1")
525     IMPL(tomcrypt, "TWOFISH", twofish, "crc:9edbd5c1")
526     IMPL(lavu,     "RC4",     rc4,     "crc:538d37b2")
527     IMPL(crypto,   "RC4",     rc4,     "crc:538d37b2")
528     IMPL(lavu,     "XTEA",    xtea,    "crc:931fc270")
529     IMPL(tomcrypt, "XTEA",    xtea,    "crc:931fc270")
530 };
531
532 int main(int argc, char **argv)
533 {
534     uint8_t *input = av_malloc(MAX_INPUT_SIZE * 2);
535     uint8_t *output = input + MAX_INPUT_SIZE;
536     unsigned i, impl, size;
537     int opt;
538
539     while ((opt = getopt(argc, argv, "hl:a:r:")) != -1) {
540         switch (opt) {
541         case 'l':
542             enabled_libs = optarg;
543             break;
544         case 'a':
545             enabled_algos = optarg;
546             break;
547         case 'r':
548             specified_runs = strtol(optarg, NULL, 0);
549             break;
550         case 'h':
551         default:
552             fprintf(stderr, "Usage: %s [-l libs] [-a algos] [-r runs]\n",
553                     argv[0]);
554             if ((USE_EXT_LIBS)) {
555                 char buf[1024];
556                 snprintf(buf, sizeof(buf), "%s%s%s",
557                          ((USE_EXT_LIBS) & USE_crypto)   ? "+crypto"   : "",
558                          ((USE_EXT_LIBS) & USE_gcrypt)   ? "+gcrypt"   : "",
559                          ((USE_EXT_LIBS) & USE_tomcrypt) ? "+tomcrypt" : "");
560                 fprintf(stderr, "Built with the following external libraries:\n"
561                         "make VERSUS=%s\n", buf + 1);
562             } else {
563                 fprintf(stderr, "Built without external libraries; use\n"
564                         "make VERSUS=crypto+gcrypt+tomcrypt tools/crypto_bench\n"
565                         "to enable them.\n");
566             }
567             exit(opt != 'h');
568         }
569     }
570
571     if (!input)
572         fatal_error("out of memory");
573     for (i = 0; i < MAX_INPUT_SIZE; i += 4)
574         AV_WB32(input + i, i);
575
576     size = MAX_INPUT_SIZE;
577     for (impl = 0; impl < FF_ARRAY_ELEMS(implementations); impl++)
578         run_implementation(input, output, &implementations[impl], size);
579
580     av_free(input);
581
582     return 0;
583 }