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