信息安全学报2024,Vol.9Issue(3) :59-79.DOI:10.19363/J.cnki.cn10-1380/tn.2022.12.05

分组密码算法在x64平台上的软件实现速度测试方法研究

A Study of Speed Test Method for Implementations of Block Cipher Algorithms on the x64 Platform

季福磊 张文涛 毛颖颖 赵雪锋
信息安全学报2024,Vol.9Issue(3) :59-79.DOI:10.19363/J.cnki.cn10-1380/tn.2022.12.05

分组密码算法在x64平台上的软件实现速度测试方法研究

A Study of Speed Test Method for Implementations of Block Cipher Algorithms on the x64 Platform

季福磊 1张文涛 1毛颖颖 2赵雪锋1
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作者信息

  • 1. 中国科学院信息工程研究所 信息安全国家重点实验室 北京 中国 100093;中国科学院大学 网络空间安全学院 北京 中国 100049
  • 2. 国家密码管理局商用密码检测中心 北京 中国 100036
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摘要

密码算法的软件实现速度是衡量其实现性能的重要指标之一.在密码算法的设计和评估工作中,测试密码算法的软件实现速度是一项必不可少的工作.在国内外已有的工作中,关于如何在x64 平台上进行密码算法的软件实现速度测试没有形成统一的测试标准.本文以分组密码算法的速度测试为例,研究如何在 x64 平台上测试密码算法的软件实现速度.首先,我们通过实验分析在x64平台上对密码算法进行软件实现速度测试的过程中容易出现的问题.第二步,我们对目前已有的四种速度测试方法:Matsui速度测试方法,Fog速度测试方法,SUPERCOP速度测试方法和Gladman速度测试方法进行研究,对四种速度测试方法的异同进行比较,分析四种方法中存在的问题.第三步,我们采用理论分析与实验探究相结合的研究方法,研究如何降低速度测试过程中产生的波动性数据对实验结果的影响.我们对速度测试公式选择、样本量选择等问题进行了细致的研究.最终我们给出在 x64 平台上测试分组密码算法软件实现速度的最小值和平均值的有效方法.应用该方法得到的测试结果是稳定的(测试得到的速度随机性小,结果既不会偏大也不会偏小)、可靠(测试过程取样充分,测试得到的速度是可信的)、高效的(在保证测试结果可靠和稳定的前提下,取样量较小,测试过程耗时较少).利用本文给出的速度测试方法,我们对AES算法和SM4 算法在x64平台上的软件实现速度进行了实际测试.

Abstract

The software implementation speed is one of the important criteria of measuring a cryptographic algorithm's performance.In the design and evaluation of a cryptographic algorithm,it is necessary to test the software implementation speed of a cryptographic algorithm.We investigate the research situation at home and abroad,finding that there is no uni-fied test standard on how to test the software implementation speed of cryptographic algorithms on the x64 platform.Tak-ing the speed test of block cipher algorithms as an example,we study how to effectively test the software implementation speed of cryptographic algorithms on the x64 platform.Firstly,we do experiments to analyze the problems that are easy to occur in the process of software speed test on the x64 platform.Secondly,we introduce the existing four speed test meth-ods:Matsui's method,Fog's method,SUPERCOP method and Gladman's method.We compare the similarities and dif-ferences of the four speed test methods,and analyze the problems of the four methods.Thirdly,we explore how to reduce the impact of the volatile data on the test results by theoretical analysis and experimental researches.We carefully study and determine the speed test formula and sample size.Finally,we obtain effective methods for testing the minimal and average software implementation speed of block cipher algorithms on the x64 platform.The results obtained by our speed test methods are stable(the randomness of the speed test result is small,and the result is neither too large nor too small),reliable(the speed test process is sufficiently sampled,and the result is worth believing),and efficient(on the premise of ensuring the reliability and stability of the test results,the sample quantity is small and the speed test process takes less time).Applying our new speed test methods,we evaluate the performance of AES and SM4 on the x64 platform.

关键词

密码算法/x64平台/软件实现/速度测试方法

Key words

cryptographic algorithms/x64 platform/software implementation/speed test method

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基金项目

国家自然科学基金(61379138)

出版年

2024
信息安全学报

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ISSN:
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