Intel IPP密码库 IPPCP 2018 开发笔记与总结（全）

Part I. 开发指南

内容参考官方文档

《Intel® Integrated Performance Primitives Cryptography Developer Guide, Intel Integrated Performance Primitives 2018》

1. Getting Started

路径说明

1. 默认的Intel IPP密码库安装路径为C:/Program files (x86)/IntelSWTools/compilers_and_libraries_2018.x.xxx/
2. 默认的Intel IPP密码库主文件目录为/ippcp/.

添加环境变量

1. 环境变量（执行如下文件）
   1. \ipp\bin\ippvars.bat
   2. \ippcp\bin\ippcpvars.bat
2. 手动添加Path
   1. \redist\ ia32_win\ipp
   2. \redist\ intel64_win\ippcp

然后分别运行

1. \ippcp\tools\ia32\perfsys\ps_ippcp.exe
2. \ippcp\tools\intel64\perfsys\ps_ippcp.exe

检测这两个程序是否能正常运行；正常运行则设置正确。

2. Theory of Operation

默认的接口函数是一个分派接口而已，它会根据CPU型号去分配对于的真正实现的库。根据CPU型号实现的库和函数会以该CPU标识为前缀。

比如ippsSHA256Update()是一般的接口，内含很多版本。在64-bit 应用的第二代Core处理器会调用e9_ippsSHA256Update()，在64-bit 应用的支持SSE4.2的处理器上会调用y8_ippsSHA256Update()。

表 CPU型号的前缀标识表

3. Linking Your Application

Intel IPP密码库支持四种链接方式：单线程静态库、单线程动态库、多线程静态库、多线程动态库。

1. 单线程库已带，安装后路径为

 /lib/

1. 多线程库需单独下载，安装后路径为

 /lib//threaded

库名	单线程	多线程
静态库	ippcpmt.lib	ippcpmt.lib
动态库	ippcp.lib	ippcp.lib

4. Programming in the VS* IDE

1. VS IDE添加路径

最好把IPP的相关路径也添加进去，因为有很多需要IPP。

工具 → 选项 → 环境很解决方案 → VC目录，添加对应平台的include文件和lib文件。

1. include
   1. \ipp\include
   2. \ippcp\include
2. Lib
   1. \ipp\lib\_win， 为ia32或者intel64
   2. \ippcp\lib\_win， 为ia32或者intel64
3. bin（是否需要添加，因为环境变量已经添加）
   1. \redist\_win\ipp， 为ia32或intel64
   2. \redist\_win\ippcp， 为ia32或intel64

2. 工程添加库

项目 → 属性 → 配置属性 → 链接器 → 输入 → 附加依赖性，添加需要的lib文件。例如动态链接需要ippcp.lib，静态链接需要ippcpmt.lib。

附录A Performance Test Tool

1. \ippcp\tools\ia32\perfsys\ps_ippcp.exe
2. \ippcp\tools\intel64\perfsys\ps_ippcp.exe

附录B Threading and OpenMP

如果应用层已经采用多线程来调用 IPP 密码库，则底层最好使用单线程密码库。否则，应用层和底层IPP密码库都使用多线程的话，会出现Nested parallelization，从而导致效率降低。

 

 

Part II. 开发参考手册

1. Overview

1.1 Function Context Structures

两种上下文：

1. Spec为后缀，表示函数操作时不做更改
2. State为后缀，表示函数操作时要做更改

2. Symmetric Cryptography

2.1加解密步骤

其中指具体的密码算法，指ECB、CBC、OFB、CFB、CTR模式。

执行步骤：

步骤1. 获取ctx大小：ippsGetSize(int* pSize)；其中指具体的密码算法。

步骤2. 内存分配：pCtx = malloc(Size)，分配Size字节内存给密码算法的pCtx；

步骤3. 初始化（密钥扩展）：ippsInit，需指定密钥。

步骤4. 加解密：调用ippsEncrypt或者ippsDecrypt，这里要设定IV，且IV在执行后会变化。

步骤5. 反初始化（数据清除）：调用ippsInit，但让key置为NULL。

步骤6. 内存释放：free(pCtx)。

注：

1. 还有个ippsSetKey用于重新设定密钥，功能与ippsInit类似；两者差异未知，猜测可能Init涉及一些别的特殊操作。

2.2 支持的密码算法和工作模式

表X 支持的密码算法和工作模式

模式算法	AES	TDES/DES	SM4	ARCFour
ECB	Y	Y	Y	RC4为流密码
CBC	Y	Y	Y
CFB	Y	Y	Y
OFB	Y	Y	Y
CTR	Y	Y	Y
CCM	Y	X	Y（2018版）
GCM	Y	X	X
XTS	Y	X	X
SIV	Y	X	X

补充说明

1. TDES = DES加密(K1) → DES解密(K2) → DES加密(K1) 。
2. ARCFour即RC4算法。
3. CCM、GCM、SIV为认证加密模式；XTS为磁盘加密模式。

2.3 函数说明

2.3.1 获取上下文大小GetSize

IppStatus ippsAESGetSize(int* pSize);

IppStatus ippsDESGetSize(int* pSize);

IppStatus ippsSMS4GetSize(int* pSize);

IppStatus ippsARCFourGetSize(int* pSize);

参数说明

1. pSize：OUT，CTX大小，单位字节。

2.3.2 初始化和反初始化Init

IppStatus ippsAESInit(const Ipp8u* pKey, int keylen, IppsAESSpec* pCtx, int ctxSize);

IppStatus ippsDESInit(const Ipp8u* pKey, IppsDESSpec* pCtx);

IppStatus ippsSMS4Init(const Ipp8u* pKey, int keyLen, IppsSMS4Spec* pCtx, int ctxSize);

IppStatus ippsARCFourInit(const Ipp8u* pKey, int keyLen, IppsARCFourState* pCtx);

参数说明

1. pKey：IN，密钥。
2. keyLen：IN，密钥字节长度。
3. pCtx：OUT，密码算法上下文。
4. ctxSize：IN，CTX大小，单位字节。

补充说明

1. SM4的密钥长度必须是16。RC4密钥长度为1—256字节。
2. 将pKey设置为NULL则执行反初始化。
3. TDES需要对三个密钥各执行ippsDESInit以初始化三个IppsDESSpec*。

2.3.3 重置密钥SetKey

仅AES和SM4有重置密钥函数

IppStatus ippsAESSetKey(const Ipp8u* pKey, int keylen, IppsAESSpec* pCtx);

IppStatus ippsSMS4SetKey(const Ipp8u* pKey, int keyLen, IppsSMS4Spec* pCtx);

参数说明

1. pKey：IN，密钥。
2. keyLen：IN，密钥字节长度。
3. pCtx：OUT，密码算法上下文。

补充说明

1. pCtx必须是已经Init了的才能调用此函数。

2.3.4 上下文导入导出Pack/Unpack

SM4无上下文导入导出。

IppStatus ippsAESPack (const IppsAESSpec* pCtx, Ipp8u* pBuffer, int bufSize);

IppStatus ippsAESUnpack (const Ipp8u* pBuffer, IppsAESSpec* pCtx, int ctxSize);

IppStatus ippsDESPack (const IppsDESSpec* pCtx, Ipp8u* pBuffer);

IppStatus ippsDESUnpack (const Ipp8u* pBuffer, IppsDESSpec* pCtx);

IppStatus ippsARCFourPack (const IppsARCFourState* pCtx, Ipp8u* pBuffer);

IppStatus ippsARCFourUnpack (const Ipp8u* pBuffer, IppsARCFourState* pCtx);

参数说明

（A）导出/Pack时

1. pCtx：IN，上下文。
2. pBuffer：OUT，导出缓冲区。
3. bufSize：IN，有的函数无。

（B）导入/Unpack时

1. pBuffer：IN，导入缓冲区。
2. pCtx：OUT，上下文。
3. ctxSize：IN，上下文。

备注：

1. 无论缓冲区pBuffer字节大小还是上下文pCtx字节大小，都调用ipps***GetSize获得。
2. SM4无上下文导入导出。
3. AES有bufSize和ctxSize是因为AES的密钥有三种长度，使得其buf和ctx不定长。

2.3.5 AES加解密

IppStatus ippsAESEncryptECB(       const Ipp8u *pSrc, Ipp8u *pDst, int srclen, const IppsAESSpec* pCtx);

IppStatus ippsAESDecryptECB(        const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srclen, const IppsAESSpec* pCtx);

IppStatus ippsAESEncryptCBC(       const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srclen, const IppsAESSpec* pCtx, const Ipp8u* pIV);

IppStatus ippsAESDecryptCBC(       const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srclen, const IppsAESSpec* pCtx, const Ipp8u* pIV);

IppStatus ippsAESEncryptCFB(        const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srcLen, int cfbBlkSize, const IppsAESSpec* pCtx, const Ipp8u *pIV);

IppStatus ippsAESDecryptCFB( const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srclen, int cfbBlkSize, const IppsAESSpec* pCtx, const Ipp8u*pIV);

IppStatus ippsAESEncryptOFB (      const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srclen, int ofbBlkSize, const IppsAESSpec* pCtx, Ipp8u* pIV);

IppStatus ippsAESDecryptOFB (       const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srclen, int ofbBlkSize, const IppsAESSpec* pCtx, Ipp8u* pIV);

IppStatus ippsAESEncryptCTR(       const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srcLen,const IppsAESSpec* pCtx, Ipp8u* pCtrValue , int ctrNumBitSize);

IppStatus ippsAESDecryptCTR(       const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srcLen,const IppsAESSpec* pCtx, Ipp8u* pCtrValue, int ctrNumBitSize);

以下是在2018版中发现的新增接口，CBC的CS模式，2017版无。

IppStatus ippsAESEncryptCBC_CS1 (const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srclen, const IppsAESSpec* pCtx, const Ipp8u* pIV);

IppStatus ippsAESEncryptCBC_CS2 (const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srclen, const IppsAESSpec* pCtx, const Ipp8u* pIV);

IppStatus ippsAESEncryptCBC_CS3 (const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srclen, const IppsAESSpec* pCtx, const Ipp8u* pIV);

IppStatus ippsAESDecryptCBC_CS1 (const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srclen, const IppsAESSpec* pCtx, const Ipp8u* pIV);

IppStatus ippsAESDecryptCBC_CS2 (const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srclen, const IppsAESSpec* pCtx, const Ipp8u* pIV);

IppStatus ippsAESDecryptCBC_CS3 (const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srclen, const IppsAESSpec* pCtx, const Ipp8u* pIV);

表X 参数列表

AES	pSrc	pDst	srcLen	pCtx	pIV	其它
ECB	Y	Y	Y	Y	—	—
CBC	Y	Y	Y	Y	Y	—
CBC_CS1	Y	Y	Y	Y	Y	—
CBC_CS2	Y	Y	Y	Y	Y	—
CBC_CS3	Y	Y	Y	Y	Y	—
CFB	Y	Y	Y	Y	Y	cfbBlkSize
OFB	Y	Y	Y	Y	Y	ofbBlkSize
CTR	Y	Y	Y	Y	—	pCtrValue ctrNumBitSize

参数说明

1. pSrc：IN，加密时为明文，解密时为密文。
2. srclen：IN，Src的字节长度。
3. pDst：OUT，加密时为密文，解密时为明文。长度等于srclen。
4. pCtx：IO，密码算法上下文。
5. pIV：IO，初始化向量，长度同分组大小，调用后会改变。ECB无。
6. pCtrValue：IO，CTR的计数器，相当于其它模式的初始化向量。
7. ctrNumBitSize：IN，计数器中有效的计数比特长度（从右端计）。
8. cfbBlkSize/ ofbBlkSize：CFB/OFB每拍输出的密钥流字节数，小于分组大小。

备注1：CBC_CS采用密文偷取技术，使得数据多次加密时使用不便。因此，建议这种模式下一次性输入完毕明文/密文。

备注2：srcLen长度说明。

表X srcLen说明

AES	srcLen
ECB	16 | srcLen
CBC	16 | srcLen
CFB	cfbBlkSize | srcLen
OFB	ofbBlkSize | srcLen
CTR	任意长度。 但非最后一次调用时都要求16 | srcLen

CTR中srcLen长度的进一步说明

若srcLen不是16的整数倍，则生成的多余的密钥流会被丢弃。下次再送入数据时，会用新的CTR值加密作为密钥流。

例如，第1次送入33字节，第二次再送入31字节。第一次生成48字节密钥流，前33字节密钥流用于加密，后15字节密钥流丢弃；第二次重新产生32字节，前31字节密钥流用于加密，后1字节密钥流丢弃。这样一来，由于第一次加密时丢弃了15字节密钥流，就导致了其加密结果和我们期望的结果不一致。

2.3.6 AES其它模式

AES加密认证涉及CCM、GCM、SIV，详情参见官方文档。本文档略。

AES磁盘加密涉及XTS模式，详情参见官方文档。本文档略。

2.3.7 TDES加解密

IppStatus ippsTDESEncryptECB(const Ipp8u *pSrc, Ipp8u *pDst, int srclen, const IppsDESSpec *pCtx1, const IppsDESSpec *pCtx2, const IppsDESSpec * pCtx3, IppsCPPadding padding);

IppStatus ippsTDESDecryptECB(const Ipp8u *pSrc, Ipp8u *pDst, int srclen, const IppsDESSpec *pCtx1, const IppsDESSpec *pCtx2, const IppsDESSpec * pCtx3, IppsCPPadding padding);

IppStatus ippsTDESEncryptCBC(const Ipp8u *pSrc, Ipp8u *pDst, int srclen, const IppsDESSpec *pCtx1, const IppsDESSpec *pCtx2, const IppsDESSpec * pCtx3, const Ipp8u *pIV, IppsCPPadding padding);

IppStatus ippsTDESDecryptCBC(const Ipp8u *pSrc, Ipp8u *pDst, int srclen, const IppsDESSpec *pCtx1, const IppsDESSpec *pCtx2, const IppsDESSpec * pCtx3, const Ipp8u *pIV, IppsCPPadding padding);

IppStatus ippsTDESEncryptCFB(const Ipp8u *pSrc, Ipp8u *pDst, int srclen, int cfbBlkSize, const IppsDESSpec *pCtx1, const IppsDESSpec *pCtx2, const IppsDESSpec *pCtx3, const Ipp8u *pIV, IppsCPPadding padding);

IppStatus ippsTDESDecryptCFB(const Ipp8u *pSrc, Ipp8u *pDst, int srclen, int cfbBlkSize, const IppsDESSpec *pCtx1, const IppsDESSpec *pCtx2, const IppsDESSpec *pCtx3, const Ipp8u *pIV, IppsCPPadding padding);

IppStatus ippsTDESEncryptOFB (const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srclen, int ofbBlkSize, const IppsDESSpec *pCtx1, const IppsDESSpec *pCtx2, const IppsDESSpec *pCtx3, Ipp8u* pIV);

IppStatus ippsTDESDecryptOFB (const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srclen, int ofbBlkSize, const IppsDESSpec *pCtx1, const IppsDESSpec *pCtx2, const IppsDESSpec *pCtx3, Ipp8u* pIV);

IppStatus ippsTDESEncryptCTR(const Ipp8u *pSrc, Ipp8u *pDst, int srclen, const IppsDESSpec *pCtx1, const IppsDESSpec *pCtx2, const IppsDESSpec *pCtx3,Ipp8u *pCtrValue, int ctrNumBitSize);

IppStatus ippsTDESDecryptCTR(const Ipp8u *pSrc, Ipp8u *pDst, int srcLen,const IppsDESSpec *pCtx1, const IppsDESSpec *pCtx2, const IppsDESSpec *pCtx3, Ipp8u *pCtrValue, int ctrNumBitSize);

表X 参数列表

TDES	pSrc	pDst	srcLen	pCtx1-3	pIV	padding	其它
ECB	Y	Y	Y	Y	—	Y	—
CBC	Y	Y	Y	Y	Y	Y	—
CFB	Y	Y	Y	Y	Y	Y	cfbBlkSize
OFB	Y	Y	Y	Y	Y	—	ofbBlkSize
CTR	Y	Y	Y	Y	—	—	pCtrValue ctrNumBitSize

参数说明

1. pSrc：IN，加密时为明文，解密时为密文。
2. srclen：IN，Src的字节长度。
3. pDst：OUT，加密时为密文，解密时为明文。长度等于srclen。
4. pCtx1，pCtx2，pCtx3：IO，密码算法上下文，三个密钥对应三个上下文。
5. pIV：IO，初始化向量，长度同分组大小，调用后会改变。ECB无。
6. padding：IN，目前好像只支持IppsPaddingNONE（不填充）。具体待查。
7. pCtrValue：IO，CTR的计数器，相当于其它模式的初始化向量。
8. ctrNumBitSize：IN，计数器中有效的计数比特长度（从右端计）。
9. cfbBlkSize/ ofbBlkSize：CFB/OFB每拍输出的密钥流字节数，小于分组大小。

备注：

1. padding：具体待查。

2.3.8 SM4加解密

IppStatus ippsSMS4EncryptECB(const Ipp8u *pSrc, Ipp8u *pDst, int len, const IppsSMS4Spec* pCtx);

IppStatus ippsSMS4DecryptECB(const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int len, const IppsSMS4Spec* pCtx);

IppStatus ippsSMS4EncryptCBC(const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int len, const IppsSMS4Spec* pCtx, const Ipp8u* pIV);

IppStatus ippsSMS4DecryptCBC(const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int len, const IppsSMS4Spec* pCtx, const Ipp8u* pIV);

IppStatus ippsSMS4EncryptCFB(const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int len, int cfbBlkSize, const IppsSMS4Spec* pCtx, const Ipp8u *pIV);

IppStatus ippsSMS4DecryptCFB(const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int len, int cfbBlkSize, const IppsSMS4Spec* pCtx, const Ipp8u* pIV);

IppStatus ippsSMS4EncryptOFB (const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int len, int ofbBlkSize, const IppsSMS4Spec* pCtx, Ipp8u* pIV);

IppStatus ippsSMS4DecryptOFB (const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int len, int ofbBlkSize, const IppsSMS4Spec* pCtx, Ipp8u* pIV);

IppStatus ippsSMS4EncryptCTR(const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int len, const IppsSMS4Spec* pCtx, Ipp8u* pCtrValue , int ctrNumBitSize);

IppStatus ippsSMS4DecryptCTR(const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int len, const IppsSMS4Spec * pCtx, Ipp8u* pCtrValue, int ctrNumBitSize);

以下是在2018版中发现的新增接口，CBC的CS模式，2017版无。

IppStatus ipps SMS4EncryptCBC_CS1 (const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srclen, const IppsSMS4Spec * pCtx, const Ipp8u* pIV);

IppStatus ipps SMS4EncryptCBC_CS2 (const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srclen, const IppsSMS4Spec * pCtx, const Ipp8u* pIV);

IppStatus ipps SMS4EncryptCBC_CS3 (const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srclen, const IppsSMS4Spec * pCtx, const Ipp8u* pIV);

IppStatus ipps SMS4DecryptCBC_CS1 (const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srclen, const IppsSMS4Spec * pCtx, const Ipp8u* pIV);

IppStatus ipps SMS4DecryptCBC_CS2 (const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srclen, const IppsSMS4Spec * pCtx, const Ipp8u* pIV);

IppStatus ipps SMS4DecryptCBC_CS3 (const Ipp8u* pSrc, Ipp8u* pDst, int srclen, const IppsSMS4Spec * pCtx, const Ipp8u* pIV);

 

表X 参数列表

SM4	pSrc	pDst	srcLen	pCtx	pIV	其它
ECB	Y	Y	Y	Y	—	—
CBC	Y	Y	Y	Y	Y	—
CBC-CS1	Y	Y	Y	Y	Y	—
CBC-CS2	Y	Y	Y	Y	Y	—
CBC-CS3	Y	Y	Y	Y	Y	—
CFB	Y	Y	Y	Y	Y	cfbBlkSize
OFB	Y	Y	Y	Y	Y	ofbBlkSize
CTR	Y	Y	Y	Y	—	pCtrValue ctrNumBitSize

参数说明

1. pSrc：IN，加密时为明文，解密时为密文。
2. srclen：IN，Src的字节长度。
3. pDst：OUT，加密时为密文，解密时为明文。长度等于srclen。
4. pCtx：IO，密码算法上下文。
5. pIV：IO，初始化向量，长度同分组大小，调用后会改变。ECB无。
6. pCtrValue：IO，CTR的计数器，相当于其它模式的初始化向量。
7. ctrNumBitSize：IN，计数器中有效的计数比特长度（从右端计）。
8. cfbBlkSize/ ofbBlkSize：CFB/OFB每拍输出的密钥流字节数，小于分组大小。

备注1：CBC_CS采用密文偷取技术，使得数据多次加密时使用不便。因此，建议这种模式下一次性输入完毕明文/密文。

备注2：srcLen长度说明。

表X srcLen说明

AES	srcLen
ECB	16 | srcLen
CBC	16 | srcLen
CFB	cfbBlkSize | srcLen
OFB	ofbBlkSize | srcLen
CTR	任意长度。 但非最后一次调用时都要求16 | srcLen

CTR中srcLen长度的进一步说明

若srcLen不是16的整数倍，则生成的多余的密钥流会被丢弃。下次再送入数据时，会用新的CTR值加密作为密钥流。

例如，第1次送入33字节，第二次再送入31字节。第一次生成48字节密钥流，前33字节密钥流用于加密，后15字节密钥流丢弃；第二次重新产生32字节，前31字节密钥流用于加密，后1字节密钥流丢弃。这样一来，由于第一次加密时丢弃了15字节密钥流，就导致了其加密结果和我们期望的结果不一致。

2.3.8 SM4-CCM加解认证

在2018版中发现有SM4-CCM，但是SM4执行CCM的可能性较低，所以本部分略。

2.3.9 ARCFour加解密

ARCFour即RC4流密码。本部分略。

2.4 示例代码

2.4.1 AES示例代码

#include “ippcp.h”

// use of the CTR mode

int AES_sample(void)

{

   // secret key

   Ipp8u key[] = "\x00\x01\x02\x03\x04\x05\x06\x07"

                 "\x08\x09\x10\x11\x12\x13\x14\x15";

   // define and setup AES cipher

   int ctxSize;

   ippsAESGetSize(&ctxSize);

   IppsAESSpec* pAES = (IppsAESSpec*)( new Ipp8u [ctxSize] );

   ippsAESInit(key, sizeof(key)-1, pAES, ctxSize);

 

   // message to be encrypted

   Ipp8u msg[] = "the quick brown fox jumps over the lazy dog";

   // and initial counter

   Ipp8u ctr0[] = "\xff\xee\xdd\xcc\xbb\xaa\x99\x88"

                  "\x77\x66\x55\x44\x33\x22\x11\x00";

 

   // counter

   Ipp8u ctr[16];

 

   // init counter before encryption

   memcpy(ctr, ctr0, sizeof(ctr));

   // encrypted message

   Ipp8u ctext[sizeof(msg)];

   // encryption

   ippsAESEncryptCTR(msg, ctext, sizeof(msg), pAES, ctr, 64);

 

   // init counter before decryption

   memcpy(ctr, ctr0, sizeof(ctr));

   // decrypted message

   Ipp8u rtext[sizeof(ctext)];

   // decryption

   ippsAESDecryptCTR(ctext, rtext, sizeof(ctext), pAES, ctr, 64);

 

   // remove secret and release resource

   ippsAESInit(0, sizeof(key)-1, pAES, ctxSize);

   delete [] (Ipp8u*)pAES;

 

   int error = memcmp(rtext, msg, sizeof(msg));

   return 0==error;

}

2.4.2 TDES示例代码

// Use of the ECB mode

void TDES_sample(void){

      // size of the TDES algorithm block is equal to 8

      const int tdesBlkSize = 8;

     

      // get size of the context needed for the encryption/decryption operation

      int ctxSize;

      ippsDESGetSize(&ctxSize);

      // and allocate one

      IppsDESSpec* pCtx1 = (IppsDESSpec*)( new Ipp8u [ctxSize] );

      IppsDESSpec* pCtx2 = (IppsDESSpec*)( new Ipp8u [ctxSize] );

      IppsDESSpec* pCtx3 = (IppsDESSpec*)( new Ipp8u [ctxSize] );

     

      // define the key

      Ipp8u key1[] = {0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08};

      Ipp8u key2[] = {0x11,0x12,0x13,0x14,0x15,0x16,0x17,0x18};

      Ipp8u key3[] = {0x21,0x22,0x23,0x24,0x25,0x26,0x27,0x28};

      Ipp8u keyX[] = {0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};

     

      // and prepare the context for the TDES usage

      ippsDESInit(key1, pCtx1);

      ippsDESInit(key2, pCtx2);

      ippsDESInit(key3, pCtx3);

     

      // define the message to be encrypted

      Ipp8u ptext[] = {"the quick brown fox jumps over the lazy dog"};

      // allocate enough memory for the ciphertext

      // note that

      // the size of ciphertext is always a multiple of the cipher block size

      Ipp8u ctext[(sizeof(ptext)+desBlkSize-1) &~(desBlkSize-1)];

      // encrypt (ECB mode) ptext message

      // pay attention to the 'length' parameter

      // it defines the number of bytes to be encrypted

      ippsTDESEncryptECB(ptext, ctext, sizeof(ctext), pCtx1, pCtx2, pCtx3, IppsCPPaddingNONE);

     

      // allocate memory for the decrypted message

      Ipp8u rtext[sizeof(ctext)];

      // decrypt (ECB mode) ctext message

      // pay attention to the 'length' parameter

      // it defines the number of bytes to be decrypted

      ippsTDESDecryptECB(ctext, rtext, sizeof(ctext), pCtx1, pCtx2, pCtx3, IppsCPPaddingNONE);

     

      // remove actual secret from contexts

      ippsDESInit(keyX, pCtx1);

      ippsDESInit(keyX, pCtx2);

      ippsDESInit(keyX, pCtx3);

      // release resources

      delete (Ipp8u*)pCtx1;

      delete (Ipp8u*)pCtx2;

      delete (Ipp8u*)pCtx3;

}

3. One-Way Hash

待更新。

 

4. Data Authentication

待更新。

 

5. Public Key Cryptography

待更新。

 

6. Finite Field Arithmetic

待更新。

 

附录A: Support Functions and Classes

略。

附录B: Removed Functions

略。

 

 

Part III. 实测效率

本章对Intel IPPCP 2018支持的分组密码算法AES、TDES、SM4和杂凑算法SHA1、SHA224、SHA256、SHA384、SHA512、SHA512-224、SHA512-256、SM3、MD5的效率进行测试。

SM2效率待后续更新。

1. 测试平台

表3.1 测试平台信息

测试平台1
CPU	Intel i7 [email protected]，支持AES NI指令
OS	Win7 SP1 64b
内存	8G
备注	测试机，安装Intel IPPCP 2018
测试平台2
CPU	Intel i3 [email protected]，不支持AES NI指令
OS	WinXP SP3 32b
内存	4G
备注	工作机，未安装IPPCP，利用复制的IPPCP静态库编译
测试平台3
CPU	Intel i5 [email protected]，不支持AES NI指令
OS	Win7 SP1 64b
内存	8G
备注	笔记本，安装Intel IPPCP 2018

2. 测试方法

分组密码算法的测试：在两个平台下均测试分组密码算法的CBC加密的效率。因为测试ECB一次性送入大量数据（如1MB）做加密时的效率和反复送16字节的加密效率有天壤之别，怀疑内部用多线程并行的方式做了优化。

杂凑算法的测试：直接一次性送入大量数据，如1MB进行测试。

为了精确统计，时间采用RDTSC指令读取CPU的时钟周期。

3. 测试结果

表3.2 分组密码算法的密钥扩展性能

（单位cps = cycle/setup，数值越小表示密钥扩展速度越快）

密钥扩展性能	平台1的效率	平台2的效率	平台3的效率
AES	205.4	1178.3	724.4
SM4	752.9	4346.9	2511.5
TDES	5391.1	8091.8	4814.9

 

表3.3 分组密码算法的CBC加密性能

（单位mbps = 1000000bit/s，数值越大表示密钥扩展速度越快）

CBC加密性能	平台1的效率	平台2的效率	平台3的效率
AES	7110.9	1468.1	1287.5
SM4	508.0	98.9	119.3
TDES	201.9	171.8	156.7

 

表3.4 杂凑算法的性能

（单位mbps = 1000000bit/s，数值越大表示密钥扩展速度越快）

杂凑算法性能	平台1的效率	平台2的效率	平台3的效率
SHA1	5239.3	4141.9	3994.7
SHA224	2359.9	1949.6	1708.3
SHA256	2359.9	1945.6	1727.2
SHA384	2381.3	1896.8	1767.9
SHA512	2381.4	1898.6	1728.6
SHA512-224	2364.5	1853.8	1756.3
SHA512-256	2362.6	1852.883	1768.7
SM3	1687.2	1342.9	1240.9
md5	6043.4	4998.9	4221.9
平均	—	—

SHA224的本质是SHA256，所以二者速度一样。

SHA384的本质是SHA512，所以二者速度一样。

SHA512-224、SHA512-256的核心是SHA512，所以三者的速度一样。

 

表3.5 SM2算法的性能

（单位mbps = 次/秒，数值越大表示密钥扩展速度越快）

	平台1的效率	平台2的效率	平台3的效率	我们的实现
SM2签名	3314.1	2681.1	2819.9	185.3
SM2验签	2701.8	2170.0	2311.6	149.1

注1：我们的实现是指我们标准C实现的SM2在平台2下测试的效率。

注2：Intel IPPCP无SM2加解密接口，只有签名验签接口。

 

4. 效率对比

效率和性能差异对比如下。

1. 平台性能：平台1主频比平台2高5.9%。
2. 分组算法效率：
   • AES有近5倍的差异，可能是AES-NI指令所致；
   • SM4有5倍的差异则很奇怪，暂时无法解释；
   • TDES的性能提升，与杂凑算法的性能提升接近。
3. 杂凑算法效率：平台1比平台2提升20%—28%，平均为24.6%；平台2比平台3提升5%-15%，平均为9.4%。
4. SM2效率：平台1比平台2提升24%左右；平台2比平台3反而降低6%左右。SM2比我们自己标准C实现的性能有了显著的提升。
5.  

5. 结论

从目前的分析的Intel IPP Cryptography效率测试结果看：

1. SM4效率不如查大表效率高，在一些平台上的效率还不如查小表运算。
2. SM3效率比目前的实现高17%。
3. SM2效率待后续更新。
4. AES在支持AES-NI的CPU上执行效率很高，但目前有使用AES-NI指令的开源代码，短小精炼。

国密算法在Intel IPP Cryptography上没有显著的综合性能提升，而且使用复杂，代码不开源，因此暂不推荐使用。