Cryptography 使用Java 8u20进行慢速AES GCM加密和解密

我正在尝试使用AES/GCM/NoPadding加密和解密数据。我安装了JCE Unlimited Strength策略文件并运行了下面的（头脑简单的）基准测试。我使用OpenSSL也做了同样的事情，并且能够在我的PC上实现超过1 GB/s的加密和解密

使用下面的基准测试，我只能在同一台PC上使用Java 8进行3 MB/s加密和解密。知道我做错了什么吗

public static void main(String[] args) throws Exception {
    final byte[] data = new byte[64 * 1024];
    final byte[] encrypted = new byte[64 * 1024];
    final byte[] key = new byte[32];
    final byte[] iv = new byte[12];
    final Random random = new Random(1);
    random.nextBytes(data);
    random.nextBytes(key);
    random.nextBytes(iv);

    System.out.println("Benchmarking AES-256 GCM encryption for 10 seconds");
    long javaEncryptInputBytes = 0;
    long javaEncryptStartTime = System.currentTimeMillis();
    final Cipher javaAES256 = Cipher.getInstance("AES/GCM/NoPadding");
    byte[] tag = new byte[16];
    long encryptInitTime = 0L;
    long encryptUpdate1Time = 0L;
    long encryptDoFinalTime = 0L;
    while (System.currentTimeMillis() - javaEncryptStartTime < 10000) {
        random.nextBytes(iv);
        long n1 = System.nanoTime();
        javaAES256.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, new SecretKeySpec(key, "AES"), new GCMParameterSpec(16 * Byte.SIZE, iv));
        long n2 = System.nanoTime();
        javaAES256.update(data, 0, data.length, encrypted, 0);
        long n3 = System.nanoTime();
        javaAES256.doFinal(tag, 0);
        long n4 = System.nanoTime();
        javaEncryptInputBytes += data.length;

        encryptInitTime = n2 - n1;
        encryptUpdate1Time = n3 - n2;
        encryptDoFinalTime = n4 - n3;
    }
    long javaEncryptEndTime = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("Time init (ns): "     + encryptInitTime);
    System.out.println("Time update (ns): "   + encryptUpdate1Time);
    System.out.println("Time do final (ns): " + encryptDoFinalTime);
    System.out.println("Java calculated at " + (javaEncryptInputBytes / 1024 / 1024 / ((javaEncryptEndTime - javaEncryptStartTime) / 1000)) + " MB/s");

    System.out.println("Benchmarking AES-256 GCM decryption for 10 seconds");
    long javaDecryptInputBytes = 0;
    long javaDecryptStartTime = System.currentTimeMillis();
    final GCMParameterSpec gcmParameterSpec = new GCMParameterSpec(16 * Byte.SIZE, iv);
    final SecretKeySpec keySpec = new SecretKeySpec(key, "AES");
    long decryptInitTime = 0L;
    long decryptUpdate1Time = 0L;
    long decryptUpdate2Time = 0L;
    long decryptDoFinalTime = 0L;
    while (System.currentTimeMillis() - javaDecryptStartTime < 10000) {
        long n1 = System.nanoTime();
        javaAES256.init(Cipher.DECRYPT_MODE, keySpec, gcmParameterSpec);
        long n2 = System.nanoTime();
        int offset = javaAES256.update(encrypted, 0, encrypted.length, data, 0);
        long n3 = System.nanoTime();
        javaAES256.update(tag, 0, tag.length, data, offset);
        long n4 = System.nanoTime();
        javaAES256.doFinal(data, offset);
        long n5 = System.nanoTime();
        javaDecryptInputBytes += data.length;

        decryptInitTime += n2 - n1;
        decryptUpdate1Time += n3 - n2;
        decryptUpdate2Time += n4 - n3;
        decryptDoFinalTime += n5 - n4;
    }
    long javaDecryptEndTime = System.currentTimeMillis();
    System.out.println("Time init (ns): " + decryptInitTime);
    System.out.println("Time update 1 (ns): " + decryptUpdate1Time);
    System.out.println("Time update 2 (ns): " + decryptUpdate2Time);
    System.out.println("Time do final (ns): " + decryptDoFinalTime);
    System.out.println("Total bytes processed: " + javaDecryptInputBytes);
    System.out.println("Java calculated at " + (javaDecryptInputBytes / 1024 / 1024 / ((javaDecryptEndTime - javaDecryptStartTime) / 1000)) + " MB/s");
}

publicstaticvoidmain（字符串[]args）引发异常{
最终字节[]数据=新字节[64*1024]；
最终字节[]加密=新字节[64*1024]；
最终字节[]键=新字节[32]；
最终字节[]iv=新字节[12]；
最终随机数=新随机数（1）；
随机。下个字节（数据）；
随机。下个字节（键）；
随机。下一字节（iv）；
System.out.println（“基准测试AES-256 GCM加密10秒”）；
长javaEncryptInputBytes=0；
long javaEncryptStartTime=System.currentTimeMillis（）；
最终密码javaAES256=Cipher.getInstance（“AES/GCM/NoPadding”）；
字节[]标记=新字节[16]；
长时间=0L；
长加密更新时间=0L；
long encryptDoFinalTime=0L；
而（System.currentTimeMillis（）-javaEncryptStartTime<10000）{
随机。下一字节（iv）；
long n1=System.nanoTime（）；
init（Cipher.ENCRYPT_模式，新的SecretKeySpec（key，“AES”），新的GCMParameterSpec（16*Byte.SIZE，iv））；
long n2=System.nanoTime（）；
javaAES256.update（数据，0，data.length，加密，0）；
long n3=System.nanoTime（）；
javaAES256.doFinal（标记，0）；
long n4=System.nanoTime（）；
javaEncryptInputBytes+=data.length；
encryptInitTime=n2-n1；
encryptUpdate1Time=n3-n2；
encryptDoFinalTime=n4-n3；
}
long javaEncryptEndTime=System.currentTimeMillis（）；
System.out.println（“Time init（ns）：”+encryptInitTime）；
System.out.println（“时间更新（ns）：”+encryptUpdate1Time）；
System.out.println（“最终时间（ns）：”+encryptDoFinalTime）；
println（“Java在”+（javaEncryptInputBytes/1024/1024/（（javaEncryptEndTime-javaEncryptStartTime）/1000）时计算）+“MB/s”）；
System.out.println（“基准AES-256 GCM解密10秒”）；
长javaDecryptInputBytes=0；
long javaDecryptStartTime=System.currentTimeMillis（）；
最终GCMPareterSpec GCMPareterSpec=新的GCMPareterSpec（16*Byte.SIZE，iv）；
最终SecretKeySpec keySpec=新SecretKeySpec（键，“AES”）；
长时间=0升；
长解密更新时间=0L；
长时间=0L；
长时间=0L；
而（System.currentTimeMillis（）-javaDecryptStartTime<10000）{
long n1=System.nanoTime（）；
javaAES256.init（Cipher.DECRYPT_模式，keySpec，gcmParameterSpec）；
long n2=System.nanoTime（）；
int offset=javaAES256.update（加密的，0，encrypted.length，数据，0）；
long n3=System.nanoTime（）；
javaAES256.update（tag，0，tag.length，data，offset）；
long n4=System.nanoTime（）；
javaAES256.doFinal（数据，偏移量）；
long n5=System.nanoTime（）；
javaDecryptInputBytes+=data.length；
时间+=n2-n1；
解密更新时间+=n3-n2；
解密Update2Time+=n4-n3；
解密时间+=n5-n4；
}
long javaDecryptEndTime=System.currentTimeMillis（）；
System.out.println（“Time init（ns）：”+decryptInitTime）；
System.out.println（“时间更新1（ns）：”+decryptUpdate1Time）；
System.out.println（“时间更新2（ns）：”+decryptUpdate2Time）；
System.out.println（“最终完成时间（ns）：”+decryptDoFinalTime）；
System.out.println（“处理的总字节数：“+javaDecryptInputBytes”）；
println（“Java计算在”+（javaDecryptInputBytes/1024/1024/（（javaDecryptEndTime-javaDecryptStartTime）/1000））+“MB/s”）；
}

编辑： 我把它作为一个有趣的练习来改进这个简单的基准

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我已经使用ServerVM测试了更多，删除了nanoTime调用并引入了warmup，但正如我所预期的，这些都没有对基准测试结果产生任何改进。它以每秒3兆字节的速度运行。

撇开微观基准测试不谈，JDK 8中GCM实现的性能（至少高达1.8.0_25）受到了影响

我可以用一个更成熟的微基准持续复制3MB/s（在Haswell i7笔记本电脑上）

从a来看，这似乎是由于简单的乘法器实现和GCM计算没有硬件加速

相比之下，JDK 8中的AES（在ECB或CBC模式下）使用AES-NI加速的内在特性，并且（至少对于Java）非常快（在相同硬件上的速度为1GB/s），但总体AES/GCM性能完全由损坏的GCM性能控制

有，还有，但是这些还没有发布

另外需要注意的是，JDK GCM实现还将在解密时缓冲整个明文，直到验证密文末尾的身份验证标记，这将使它无法用于大型消息

Bouncy Castle（在撰写本文时）有更快的GCM实现（如果您正在编写的是开放源码软件，则OCB不受软件专利法的限制）

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2015年7月更新-1.8.0_45和JDK 9

JDK 8+将获得一个改进的Java实现（并且是固定时间的）（由RedHat的Florian Weimer提供）——这已经在JDK 9 EA版本中实现，但显然还没有在1.8.045中实现。 JDK9（因为至少EA b72）也有GCM内部函数-b72上的AES/GCM速度在未启用内部函数的情况下为18MB/s，在启用内部函数的情况下为25MB/s，两者都令人失望-相比之下，最快（非恒定时间）的BC实现速度约为60MB/s，最慢（恒定时间，而非恒定时间）

jdk.tls.disabledAlgorithms=SSLv3,GCM

java -Djava.security.properties=/path/to/my/java.security ...

policy.allowSystemProperty=true