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<install_dir>为C:/Program files (x86)/IntelSWTools/compilers_and_libraries_2018.x.xxx/<target_os
  2. 默认的Intel IPP密码库主文件目录<ipp cryptography directory>为<install_dir>/ippcp/.

添加环境变量

  1. 环境变量（执行如下文件）

    1. <install_dir>\ipp\bin\ippvars.bat
    2. <install_dir>\ippcp\bin\ippcpvars.bat
  2. 手动添加Path
    1. <install_dir>\redist\ ia32_win\ipp
    2. <install_dir>\redist\ intel64_win\ippcp

然后分别运行

  1. <install_dir>\ippcp\tools\ia32\perfsys\ps_ippcp.exe
  2. <install_dir>\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

<ipp cryptography directory>/lib/<arch>

  1. 多线程库需单独下载，安装后路径为

<ipp cryptography directory>/lib/<arch>/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. <install_dir>\ipp\include
    2. <install_dir>\ippcp\include
  2. Lib
    1. <install_dir>\ipp\lib\<arch>_win，<arch> 为ia32或者intel64
    2. <install_dir>\ippcp\lib\<arch>_win，<arch> 为ia32或者intel64
  3. bin（是否需要添加，因为环境变量已经添加）
    1. <install_dir>\redist\<arch>_win\ipp，<arch> 为ia32或intel64
    2. <install_dir>\redist\<arch>_win\ippcp，<arch> 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. <install_dir>\ippcp\tools\ia32\perfsys\ps_ippcp.exe
  2. <install_dir>\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<Alg>指具体的密码算法，<Mode>指ECB、CBC、OFB、CFB、CTR模式。

执行步骤：

步骤1. 获取ctx大小：ipps<Alg>GetSize(int* pSize)；其中<Alg>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）：ipps<Alg>Init，需指定密钥。

步骤4. 加解密：调用ipps<Alg>Encrypt<Mode>或者ipps<Alg>Decrypt<Mode>，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ipps<Alg>Init，但让key置为NULL。

步骤6. 内存释放：free(pCtx)。

注：

1. 还有个ipps<Alg>SetKey用于重新设定密钥，功能与ipps<Alg>Init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 4790@3.6GHz，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 4790@3.4GHz，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 6300U@2.4GHz，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. 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。

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