YCrypt——国密算法高性能实现
性能测试环境
| Platform | CPU | OS |
|---|---|---|
| X86 | AMD Ryzen5 9600x | Debian 12 |
| Library | Branch/Version |
|---|---|
| YCrypt | master |
| Tongsuo | 8.4-master |
| GmSSL | master |
| OpenSSL | 3.0.15 |
SM2算法
SM2签名算法涉及到三个核心部分：大数运算、有限域运算以及椭圆曲线运算。我们使用扩展指令集对这些关键运算进行优化，使用汇编代码实现，以此提高了寄存器利用率、减少了冗余指令和内存读写开销；另外我们针对SM2算法参数，选取了更高效的模运算和椭圆曲线算法。最终大幅提高了SM2签名/验签在X86/64和ARM下的性能。
| YCrypt | Tongsuo | GmSSL | OpenSSL | |
|---|---|---|---|---|
| SM2 sign | 140982.5 | 22260.6 | 8671.2 | 5567.0 |
| SM2 verify | 23202.6 | 10848.1 | 1937.2 | 5977.5 |
SM3算法
SM3杂凑算法的实现主要包括消息填充、消息扩散和消息压缩三个主要部分。SM3杂凑算法的性能瓶颈在于消息扩散和消息压缩过程，因此我们对这两个过程进行了优化，从而提升了运行速度。
| YCrypt | Tongsuo | GmSSL | OpenSSL | |
|---|---|---|---|---|
| SM3 | 722 | 512 | 692 | 661 |
YCrypt还支持SM3算法的4路并行、8路并行和16路并行，其中SM3x4为1330.8MB/s， SM3x8为2499.3MB/s，SM3x16为4391.6MB/s。
SM4算法
本团队实现了多种提高SM4算法运算效率的思路和方法。其中包括使用SIMD硬件扩展指令集做并行优化以及基于比特切片技术的快速软件实现，以达到SM4分组密码算法的最优效率。
| YCrypt | Tongsuo | GmSSL | OpenSSL 3.5.0-dev | |
|---|---|---|---|---|
| SM4 | 7774.1 | 201 | 250 | 219 |
| SM4_CTR | 7232.0 | 192 | 246 | 193 |
高性能 SM4 算法最高可支持 64 个 blocks 并行
其他平台测试结果
| Platform | CPU | OS |
|---|---|---|
| ARM | Apple M1 | Ubuntu 22.04 arm |
| Android | 第三代骁龙8 3.3GHz 8核 | Xiaomi HyperOS 1.0.42.0.UNCCNXM |
| Algorithm | Apple M1 | Android | |
|---|---|---|---|
| SM2 (times/s) | Sign | 52718 | 54173 |
| Verify | 11215 | 9372 | |
| SM3 (MB/s) | SM3-ref | 187.6 | / |
| SM3-adv | 330.2 | 294.5 | |
| SM3x4 | 576.6 | / | |
| SM4 (MB/s) | SM4_CTR | 131.9 | 107.4 |