AES指令集

高级加密标准指令集现已经集成到许多处理器中。应用程序执行高级加密标准（AES）时，使用该指令集提高加密和解密的速度（以及对侧信道攻击的抵抗能力）。

x86架构

高级加密标准指令集（或称英特尔高级加密标准新指令，简称AES-NI）是一个x86指令集架构的扩展，用于Intel和AMD微处理器，由Intel在2008年3月提出。^[1]该指令集的目的是改进应用程序使用高级加密标准（AES）执行加密和解密的速度。

指令

Intel

Intel支持AES-NI的处理器^[4]：

• Intel Westmere架构处理器，具体如下：
  • Intel Westmere-EP (Xeon 56XX)（也称Gulftown至强5600系列DP服务器型号）处理器。
  • Intel Clarkdale处理器（酷睿i3、奔腾和赛扬除外）。
  • Intel Arrandale处理器（赛扬、奔腾、酷睿i3、酷睿i5-4XXM除外）。
• Intel Sandy Bridge处理器。
  • 桌面：全部，奔腾、赛扬、酷睿i3除外^[5][6]
  • 移动：酷睿i7和酷睿i5全部。一些供应商发售的BIOS配置已禁用该扩展^[7]，需要更新BIOS才能启用它。^[8]
• Intel Ivy Bridge处理器
  • 仅所有i5、i7、至强和i3-2115C^[9]。
• Intel Haswell处理器。（i3-4000M^[10]、奔腾和赛扬除外）
• Intel Skylake（和以後）處理器。

AMD

• AMD
  • AMD Ryzen处理器。
  • AMD Bulldozer处理器。^[11]
  • AMD Piledriver处理器。
  • AMD Steamroller处理器。
  • AMD Jaguar处理器。
  • AMD Puma（英语：Puma (microarchitecture)）处理器。

其他架构中的硬件加速

在最新的SPARC处理器（T4、T5、M5及之后）和最新的ARM处理器中也有非特权的处理器指令提供AES支持。2011年推出的SPARC T4处理器有用户级指令实现AES轮回。^[12]这些指令补充了更高级别的加密命令。2011年宣布的ARMv8-A处理器架构也有指令实现AES轮回，这包括ARM Cortex-A53和A57，但不包括以前的v7处理器（如Cortex A5、7、8、9、11、15）。^[13]2012年8月，IBM宣布^[14]即将到来的Power7+架构有望提供AES支持。这些架构中的命令不能直接与AES-NI命令兼容，但可实现类似的功能。

IBM z9或更晚的主机处理器支持AES作为单操作码（KM、KMC）AES ECB/CBC指令，使用IBM的CryptoExpress硬件。^[15]这些单指令的AES版本比Intel NI更容易使用，但不能被扩展实现为基于AES轮回函数的其他算法，例如Whirlpool散列算法。

x86 CPU的支持

VIA x86 CPU、AMD Geode和Marvell Kirkwood（ARM，mv_cesa在Linux中）使用基于驱动程序的AES加速处理（另见Crypto API (Linux)（英语：Crypto API (Linux)））。下列产品支持AES硬件加速，虽然不支持AES-NI指令集：

• AMD Geode LX处理器。^[16]
• VIA
  • VIA PadLock。^[17] · ^[18]
    • VIA C3 Nehemiah C5P (Eden-N)处理器。^[19]
    • VIA C7 Esther C5J处理器。^[20]

ARM架构

• Allwinner
  • 使用“安全系统”的A10和A20。^[21]
• Broadcom
  • 使用“安全处理器”的BCM5801/BCM5805/BCM5820。^[18]
• 高通
  • Snapdragon 805（和以後）。
• 三星電子
  • Exynos 3系列（和以後）。

其他架构

• Atmel xmega ^[22]（并行执行的片上加速器，不是指令）

性能

在《AES-NI 性能分析》中，Patrick Schmid和Achim Roos 指出：“...少数已使用英特尔 AES-NI 进行优化的应用程序表现出了傲人成绩”。 ^[23] 一次使用Crypto++函式庫执行的性能分析显示，相比没有加速的Pentium 4, AES/GCM（英语：Galois/Counter_Mode）的吞吐量从大约每字节28.0周期显著提升至每字节3.5周期。 ^[24][25]

软件支持

大多数现代编译器能够利用AES指令。

许多安全和加密软件支持AES指令集，包括下列核心基础设施：

• Cryptography API: Next Generation (CNG)（Windows）^[26]
• Linux的Crypto API（英语：Crypto API (Linux)）
• Java 7 HotSpot
• Network Security Services（NSS）3.13及更高版本 ^[27]（被Firefox和Google Chrome使用）
• Solaris Cryptographic Framework（英语：Solaris Cryptographic Framework）^[28]从Solaris 10起。
• FreeBSD的OpenCrypto API（aesni(4) 驱动程序）^[29]
• OpenSSL 1.0.1及以上^[30]
• FLAM®/FLUC®（页面存档备份，存于互联网档案馆） 5.1.08（2015-08-24发布）及以上
• Bloombase Cryptographic Module ^[31]

参考

• 高级矢量扩展（AVX）
• CLMUL指令集（英语：CLMUL instruction set）
• FMA指令集（FMA3、FMA4）
• RdRand

参考资料

外部链接

• Intel®高级加密标准指令（AES-NI）（页面存档备份，存于互联网档案馆）
• AES指令集白皮书（页面存档备份，存于互联网档案馆） (4.4 Mbyte, pdf) // Intel