C AES实现的速度

我已经写了一个AES的C实现，并试图使它尽可能快（我刚刚开始编程，并接受了培训）。 到目前为止，我已经实现了大约600%的速度提升，但仍然非常缓慢。为了将我的AES实现与我在Linux终端中使用的“openssl speed”命令进行比较。在3秒钟内，此实现对大约36 977 043个块（16字节）进行加密。我的速度大约是它的25倍（36…字节的速度是72秒）。我对两件事很好奇

好的目标是什么，现实目标的速度有多快

为什么我的代码这么慢，我如何才能改变它

我的代码： 我试着省去了一些函数，看看没有它们代码会快多少。 完整的代码花了72秒

• 如果没有14秒，这是一个大问题
• 不换档67秒
• 无子字节61秒

我的加密功能：

uint32_t * encrypt(uint32_t * expkey,uint32_t state[4]){

    uint32_t temp[4];

    state[0] = state[0] ^ expkey[0];
    state[1] = state[1] ^ expkey[1];
    state[2] = state[2] ^ expkey[2];
    state[3] = state[3] ^ expkey[3];
    
    for(int round = 1; round < Nr; round++){
        
        // Subbytes
        for (int c = 0; c < 4;c++){
            temp[c] = ((sbox[state[c] >> 24 & 0xFF]) << 24 ) + ((sbox[state[c] >> 16 & 0xFF]) << 16 ) + ((sbox[state[c] >> 8 & 0xFF]) << 8 ) + (sbox[state[c] & 0xFF]);
        }
        // Shiftrows
        state[0] = (((temp[0] >> 24) & 0xFF) << 24) + (((temp[1] >> 16) & 0xFF) << 16) + (((temp[2] >> 8) & 0xFF) << 8) + (temp[3] & 0xFF);
        state[1] = (((temp[1] >> 24) & 0xFF) << 24) + (((temp[2] >> 16) & 0xFF) << 16) + (((temp[3] >> 8) & 0xFF) << 8) + (temp[0] & 0xFF);
        state[2] = (((temp[2] >> 24) & 0xFF) << 24) + (((temp[3] >> 16) & 0xFF) << 16) + (((temp[0] >> 8) & 0xFF) << 8) + (temp[1] & 0xFF);
        state[3] = (((temp[3] >> 24) & 0xFF) << 24) + (((temp[0] >> 16) & 0xFF) << 16) + (((temp[1] >> 8) & 0xFF) << 8) + (temp[2] & 0xFF);
        
        // Mixcolums
        for (int c = 0; c < 4;c++){
            state[c] = 
                ((xtime((state[c] >> 24) & 0xFF) ^ xtime3((state[c] >> 16) & 0xFF) ^ ((state[c] >> 8) & 0xFF) ^ (state[c] & 0xFF)) << 24) +
                ((((state[c] >> 24) & 0xFF) ^ xtime((state[c] >> 16) & 0xFF) ^ xtime3((state[c] >> 8) & 0xFF) ^ (state[c] & 0xFF)) << 16) + 
                ((((state[c] >> 24) & 0xFF) ^ ((state[c] >> 16) & 0xFF) ^ xtime((state[c] >> 8) & 0xFF) ^ xtime3(state[c] & 0xFF)) << 8 ) +
                (xtime3((state[c] >> 24) & 0xFF) ^ ((state[c] >> 16) & 0xFF) ^ ((state[c] >> 8) & 0xFF) ^ xtime(state[c] & 0xFF));       
        
        }
        // Add Key
        state[0] = state[0] ^ expkey[round * 4];
        state[1] = state[1] ^ expkey[round * 4 + 1];
        state[2] = state[2] ^ expkey[round * 4 + 2];
        state[3] = state[3] ^ expkey[round * 4 + 3];
        
        }
        // Last Subbytes
        for (int c = 0; c < 4;c++){
            temp[c] = ((sbox[state[c] >> 24 & 0xFF]) << 24 ) + ((sbox[state[c] >> 16 & 0xFF]) << 16 ) + ((sbox[state[c] >> 8 & 0xFF]) << 8 ) + (sbox[state[c] & 0xFF]);
        }
        */
        // Last Shiftrow
        state[0] = (((temp[0] >> 24) & 0xFF) << 24) + (((temp[1] >> 16) & 0xFF) << 16) + (((temp[2] >> 8) & 0xFF) << 8) + (temp[3] & 0xFF);
        state[1] = (((temp[1] >> 24) & 0xFF) << 24) + (((temp[2] >> 16) & 0xFF) << 16) + (((temp[3] >> 8) & 0xFF) << 8) + (temp[0] & 0xFF);
        state[2] = (((temp[2] >> 24) & 0xFF) << 24) + (((temp[3] >> 16) & 0xFF) << 16) + (((temp[0] >> 8) & 0xFF) << 8) + (temp[1] & 0xFF);
        state[3] = (((temp[3] >> 24) & 0xFF) << 24) + (((temp[0] >> 16) & 0xFF) << 16) + (((temp[1] >> 8) & 0xFF) << 8) + (temp[2] & 0xFF);
        
        // Last Add Key
        state[0] = state[0] ^ expkey[Nr * 4];
        state[1] = state[1] ^ expkey[Nr * 4 + 1];
        state[2] = state[2] ^ expkey[Nr * 4 + 2];
        state[3] = state[3] ^ expkey[Nr * 4 + 3];
        
        return state;
}

uint8_t xtime(uint8_t x){
    return (x << 1) ^ (0x11b & -(x >> 7));
}

uint32\u t*加密（uint32\u t*expkey，uint32\u t状态[4]）{
uint32_t temp[4]；
状态[0]=状态[0]^expkey[0]；
状态[1]=状态[1]^expkey[1]；
状态[2]=状态[2]^expkey[2]；
状态[3]=状态[3]^expkey[3]；
对于（整数轮=1；轮24&0xFF]>16&0xFF]>8&0xFF]>24）&0xFF>16）&0xFF>8）&0xFF>24）&0xFF>16）&0xFF>8）&0xFF>24）&0xFF>16）&0xFF>8）&0xFF>24）&0xFF>16）&0xFF>8）&0xFF）^xtime3（（状态[c]>16）&0xFF）>16）&0xFF>（状态[c]>>16）和0xFF）^xtime3（（状态[c]>>8）和0xFF）^（状态[c]>>24）和0xFF）^（（状态[c]>>16）和0xFF）^xtime（（状态[c]>>8）和0xFF）^xtime3（状态[c]>>24）和0xFF）^（状态[c]>>16）和0xFF）^（状态[c]>>8）和0xFF）^xtime（状态[c]>0xFF”）；
}
//添加键
状态[0]=状态[0]^expkey[round*4]；
状态[1]=状态[1]^expkey[round*4+1]；
状态[2]=状态[2]^expkey[round*4+2]；
状态[3]=状态[3]^expkey[round*4+3]；
}
//最后子字节
对于（int c=0；c<4；c++）{
温度[c]=（sbox[状态[c]>24&0xFF]>16&0xFF]>8&0xFF]>24）和0xFF>16）和0xFF>8）和0xFF>24）和0xFF>16）和0xFF>8）和0xFF>24）和0xFF>16）和0xFF>8）和0xFF>24）和0xFF>16）和0xFF>8）和0xFF>7）；
}

---

我期待所有提示、技巧和改进。

OpenSSL在可用的情况下使用AES-NI

openssl speed -evp aes-128-cbc

和产出

The 'numbers' are in 1000s of bytes per second processed.
type             16 bytes     64 bytes    256 bytes   1024 bytes   8192 bytes  16384 bytes
aes-128-cbc    531549.19k   969335.21k  1045437.10k  1066826.75k  1054665.39k  1052120.41k

由于您没有使用AES-NI，因此需要将其与软件版本进行比较

 OPENSSL_ia32cap=”~0x200000200000000″ openssl speed -elapsed -evp aes-128-cbc

如果我们比较上一列，您将看到AES-NI比OpenSSL的软件版本快约6.3倍。这意味着您比软件版本慢约4倍

在许多情况下，编译器优化参数也会影响速度。请查阅编译器手册，如果您使用的是GCC，则它们是

-O[0..3]

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关于代码；

如果你看一下OpenSSL的AES代码，你会发现他们使用的是一种非常常见的技术

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Subytes

、

Shiftrows

和

MixColums

被转换为表查找。速度上的差异在于这些。而不是表查找容易受到影响。

问题寻求关于工作代码的反馈，包括性能改进，在一开始更合适。首先，您确定openssl在用户空间中加密？如果它使用AES-NI指令，可以解释为什么它至少快10倍。@Cheath:为什么你认为用户空间是相关的？AES指令只对数据进行操作；它们没有特权。但是，这并不是你问题的确切答案，这应该在你的脑海中。

The 'numbers' are in 1000s of bytes per second processed.
type             16 bytes     64 bytes    256 bytes   1024 bytes   8192 bytes  16384 bytes
aes-128-cbc    143802.75k   161369.51k   165049.17k   166054.57k   166262.10k   166461.44k