[发明专利]一种基于高速缓存的加密引擎加速方法

说明书

本发明公开了一种基于高速缓存的加密引擎加速方法，包括使用高速缓存存储加密引擎的密码学运算的历史记录，在加密引擎需要执行新的密码学运算操作时，首先查询高速缓存以快速得到运算结果，若缓存未命中，则通过加密引擎的运算单元执行相应的密码学运算操作等步骤，本方法使用高速缓存存储加密引擎的密码学运算的历史记录，在加密引擎需要执行新的密码学运算操作时，加密引擎首先查询高速缓存以快速得到运算结果，若缓存未命中，则通过加密引擎的运算单元执行相应的密码学运算操作，针对目前流行并在商业产品中得到应用的运行时保护场景中，加密和解密运算会成对出现或重复出现的情景，为加密引擎提供加速，降低密码学运算的性能开销。

技术领域

本发明涉及加密引擎和软硬件协同安全领域，具体地说，是一种基于高速缓存的加密引擎加速方法。

背景技术

近些年来，主流的处理器和硬件厂商在产品中提供了加密引擎，例如Intel AES-NI；越来越多的安全解决方案从纯软件的、完全依赖于通用指令集的设计，转向了软硬件协同的、使用密码学硬件原语的设计，例如Intel SGX、ARM PA。一方面，基于加密引擎的设计通过领域专用架构提高了密码学运算的效率，让此前由于性能开销过高而不能在主流商业处理器上运用的安全机制得以普及。另一方面，加密引擎不易泄露中间加密结果，且可以安置在片上系统的不同位置，提供了更强大、更全面的安全保护。

在某些运行时的保护场景中，加密和解密运算会成对出现或重复出现。例如使用ARM PA保护指针完整性，由于对函数指针的摘要和验证往往成对出现，因此相同的加密运算也会重复出现；此外，当同一函数在循环中被多次调用时，ARM PA也需要多次执行相同的加密操作。虽然集成在处理器中的加密引擎加速了密码学运算，但是相比普通的算术和逻辑运算，仍然需要数倍的周期才能够完成。在经常调用的运行时保护中，上述性能开销仍然有必要优化。因此，为了降低重复执行的密码学运算的性能开销，本发明提出了一种基于高速缓存的加密引擎加速方法。

发明内容

本发明的目的在于，针对背景技术中所描述的加密引擎重复执行相同密码学运算的性能开销问题，提供一种基于高速缓存的加密引擎加速方法。

本发明公开了一种基于高速缓存的加密引擎加速方法，包括：

1)使用高速缓存存储加密引擎的密码学运算的历史记录；

2)在加密引擎需要执行新的密码学运算操作时，首先查询高速缓存以快速得到运算结果，若缓存未命中，则通过加密引擎的运算单元执行相应的密码学运算操作。

作为进一步地改进，本发明在高速缓存中查询指定的密码学运算的结果，速度高于使用运算单元计算得到结果。

作为进一步地改进，本发明所述的密码学运算历史记录包括：

1)时间上，历史记录来自加密引擎上电以来通过运算单元执行的部分或全部密码学运算操作；

2)结构上，高速缓存的每一历史记录条目都包括加密引擎所使用的密码学算法的输入和输出或输入和输出的等价表示。

作为进一步地改进，本发明所述的输入和输出根据密码学算法的不同，包括：明文、密文、密钥、初始化向量、可调参数(可调分组密码中的tweak)、密码学算法每轮的中间结果。

作为进一步地改进，本发明所述的输入和输出的等价表示，等价表示不直接包含加密引擎所使用的密码学算法的全部输入或输出，当需要执行新的密码学运算且缓存命中时，加密引擎能够通过高速缓存中的等价表示，得到相应的密码学运算的结果。

作为进一步地改进，本发明所述的查询高速缓存包括以下步骤：

1)通过加密引擎需要执行的新的密码学运算，确定高速缓存的查询操作需要匹配缓存中历史记录的哪些项，若缓存命中，需要为加密引擎提供历史纪录的哪个项作为输出结果；