KACC_Crypto鲲鹏密码算法优化介绍

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项目介绍

KACC_Crypto介绍

KACC_Crypto是面向鲲鹏950处理器AArch64平台的OpenSSL密码算法优化源码仓库，当前包含AES-XTS、AES-GCM和RSA三类优化代码、源码接入脚本以及功能/性能验证脚本。

本仓库当前不提供独立运行时库。AES-XTS和AES-GCM优化通过源码接入方式集成到目标OpenSSL源码树。重新编译OpenSSL后，业务应用仍通过OpenSSL EVP/provider接口调用对应算法。RSA优化当前通过独立benchmark可执行文件验证8路多缓冲private CRT路径。

KACC_Crypto适用于OpenSSL密码算法优化验证、SVE2指令路径评估、上游化补丁开发和性能基线对比等场景。

软件架构

KACC_Crypto以OpenSSL源码树为集成目标，通过接入脚本把优化源码、构建规则和分发逻辑写入OpenSSL对应模块。整体架构如图 1 软件架构所示。

图 1 软件架构

软件架构中各模块功能如表 1 模块功能描述所示。

表 1 模块功能描述

模块名称	功能描述
应用程序	使用OpenSSL标准接口调用AES-XTS、AES-GCM或RSA能力。
OpenSSL EVP/provider	提供算法入口、上下文管理和硬件能力分发。
OpenSSL开源路径	保留OpenSSL已有ARMv8/NEON/BN实现，作为不满足优化条件时的回退路径。
AES-XTS SVE2优化	新增AArch64 SVE2 AES-XTS stream实现，支持AES-128/192/256 XTS加解密。
AES-GCM SVE2优化	新增SVE2 AES-CTR与GHASH大窗口融合路径，支持AES-128/192/256 GCM加解密。
RSA SVE2 x8优化	新增8路多缓冲Montgomery计算内核，通过benchmark验证RSA2048/RSA4096 private CRT性能。
接入脚本	把优化源码复制到目标OpenSSL源码树，并修改构建规则和分发锚点。
测试脚本	提供正确性验证、性能矩阵测试和benchmark可执行文件生成入口。

算法支持与规格

当前支持的算法和调用方式如表 2 算法支持与规格所示。

表 2 算法支持与规格

算法	支持规格	优化方式	调用方式	说明
AES-XTS	AES-128-XTS、AES-192-XTS、AES-256-XTS加密和解密	SVE2 AES指令实现XTS stream热路径	OpenSSL EVP/provider AES-XTS	不满足能力条件或不适合SVE2的输入继续使用OpenSSL开源路径。
AES-GCM	AES-128-GCM、AES-192-GCM、AES-256-GCM加密和解密	SVE2 AES-CTR与GHASH大窗口融合	OpenSSL EVP/provider AES-GCM	默认8192Byte及以上进入SVE2路径，小包和尾部保留ARMv8/NEON路径。
RSA	RSA2048、RSA4096 private CRT benchmark	SVE2 x8 Montgomery多缓冲计算	独立benchmark可执行文件	当前不是OpenSSL对外RSA API的透明分发。

AES-XTS当前热路径按SVE vector length为256bit的机器调优，其他VL需要单独验证。
AES-GCM需要目标机器支持ARMv8 AES、PMULL和SVE2。
RSA benchmark输出correctness=PASS表示功能校验通过。

目录结构

项目目录层级介绍如下。

├── docs                                      # 项目文档目录
│   ├── LICENSE                               # 文档许可证
│   └── zh                                    # 中文文档目录
│       ├── figures                           # 文档图片资源
│       ├── installation_guide.md             # 安装指南
│       ├── menu_kacc_crypto.md               # 文档菜单
│       ├── quick_start.md                    # 快速入门
│       ├── release_notes.md                  # 版本说明书
│       ├── user_guide.md                     # 用户指南
│       └── public_sys-resources              # 文档图标资源
├── openssl
│   ├── crypto
│   │   ├── aes/asm                           # AES-XTS SVE2 源码和测试
│   │   ├── bn/asm                            # RSA SVE2 x8 汇编内核
│   │   └── modes                             # AES-GCM SVE2 源码和测试
│   └── test                                  # RSA benchmark 源码
├── scripts                                   # OpenSSL 源码接入和测试脚本
└── README.md                                 # 项目说明文档

版本说明

当前版本信息如表 3 版本信息所示。

表 3 版本信息

项目	说明
产品名称	鲲鹏BoostKit
产品版本	26.2.RC1
软件名称	KACC_Crypto
软件版本	V1.1.0

详细版本能力、注意事项和遗留问题请参见《版本说明书》。

软件包完整性校验

本项目当前通过Git仓库提供源码，使用git clone获取，不提供独立的软件压缩包、数字签名文件或SHA-256校验文件。获取源码后，可检查Git对象完整性、源码提交版本及工作区状态。

获取源码

从本文使用的仓库地址获取dev分支。

git clone --branch dev https://gitcode.com/weiaq/kacc_crypto.git
cd kacc_crypto

校验步骤

检查Git对象数据库的完整性。
```
git fsck --full
```
命令退出状态为0且没有对象损坏或缺失错误，表示Git对象完整性检查通过。dangling提示表示存在未被引用的对象，本身不代表对象损坏。
查看当前源码的完整提交编号。
```
git rev-parse HEAD
```
将输出与可信渠道确认的目标提交编号核对。dev分支会持续更新，交付和复现时应记录完整提交编号。
在编译或接入优化源码之前，检查工作区和暂存区是否有修改或额外文件。
```
git status --porcelain --untracked-files=all --ignored
```
新克隆的仓库应无输出；如有输出，请核查对应文件是否为预期修改或生成文件。

Git对象完整性检查不能单独证明发布者身份，也不等同于数字签名验证。源码地址和用于核对的目标提交编号仍需通过可信渠道确认。

结果判定

校验结果	判定及处理
Git对象检查通过、提交编号与可信目标一致，且工作区检查无输出	源码完整性及版本检查通过，可继续使用。
Git对象损坏或缺失	不应继续使用该副本，应重新克隆仓库。
提交编号与目标不一致	确认所需源码版本后再继续。
工作区检查有输出	核查本地修改、未跟踪文件和被忽略文件，确认后再继续。
未获取可信的目标提交编号	只能检查本地对象完整性，无法确认是否为预期交付版本。

异常处理

校验失败时，请保留需要的本地修改，在新目录中从可信仓库地址重新克隆，并重新执行上述检查。如问题仍未解决，请提交issue。

环境部署

环境要求

部署前请确保环境满足表 4 环境要求。

表 4 环境要求

环境	要求
服务器和处理器	鲲鹏950处理器
架构	AArch64
操作系统	AArch64 Linux
指令能力	ARMv8 AES、PMULL、SVE2
编译器	支持AArch64 SVE2相关-march选项的GCC或Clang
构建工具	git、gcc或clang、make、perl
OpenSSL版本	建议OpenSSL 3.0系列或与接入脚本锚点匹配的源码树

安装基础软件

以 yum系发行版为例。

sudo yum install -y git gcc make perl

以 apt系发行版为例。

sudo apt-get update
sudo apt-get install -y git gcc make perl

准备OpenSSL

git clone https://github.com/openssl/openssl.git -b openssl-3.0
cd openssl
./Configure linux-aarch64
make -j$(nproc)

更详细的环境部署、源码接入和安装后检查步骤请参见《安装指南》。

快速入门

获取KACC_Crypto源码。

git clone https://gitcode.com/weiaq/kacc_crypto.git -b dev
cd kacc_crypto
export OPENSSL_DIR=/path/to/openssl

接入AES-XTS优化。

./scripts/install_sve2_xts_dispatch.sh "${OPENSSL_DIR}"
cd "${OPENSSL_DIR}"
make -j$(nproc)

接入AES-GCM优化。

cd /path/to/kacc_crypto
./scripts/install_sve2_gcm_dispatch.sh "${OPENSSL_DIR}"
cd "${OPENSSL_DIR}"
make -j$(nproc)

生成RSA benchmark可执行文件。

cd /path/to/kacc_crypto
OPENSSL_DIR=/path/to/openssl ./scripts/apply_and_test_rsa.sh

执行基础验证。

cd /path/to/kacc_crypto
OPENSSL_DIR=/path/to/openssl ./scripts/apply_and_test_xts.sh
OPENSSL_DIR=/path/to/openssl ./scripts/apply_and_test_gcm.sh

cd /path/to/openssl
taskset -c 10 test/rsa2048_private_rsaz29_x8_bench 1000 all
taskset -c 10 test/rsa4096_private_rsaz29_x8_bench 200 all

更详细的源码获取、OpenSSL构建、优化代码接入和基础验证操作，请参见快速入门。

使用说明

AES-XTS优化

AES-XTS优化接入OpenSSL provider AES-XTS分发层。重新编译OpenSSL后，应用无需调用新的外部接口，仍通过OpenSSL EVP/provider使用AES-XTS。

可使用OpenSSL speed验证EVP路径。

cd /path/to/openssl
./apps/openssl speed -elapsed -seconds 10 -evp aes-128-xts aes-192-xts aes-256-xts

AES-GCM优化

AES-GCM优化接入OpenSSL provider AES-GCM大块update路径。默认8192B及以上进入SVE2路径，小包、尾部和不满足能力条件的场景继续使用ARMv8/NEON路径。