4364Mb/s，助力SM4性能提升40倍的商密 SIG 还有哪些新进展？

龙蜥社区 - 2022-03-10 16:38:33

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商密软件栈SIG ：基于 Anolis OS，在整个系统软件层面（包括硬件，固件，bootloader，内核以及 OS）实现以国密算法为主的全栈国密操作系统，结束一直以来国密算法生态碎片化的状况，在技术方面打造社区和生态，在资质合规方面致力于为行业提供基于国密的信息安全标准。
作者：张天佳，商密软件栈 SIG Maintainer。

欢迎更多开发者加入商密软件栈SIG：
网址：https://openanolis.cn/sig/crypto
邮件列表：crypto@lists.openanolis.cn

SIG 近况摘要

1、商密 SM3/4 算法在 arm64 平台的指令集加速取得突破性进展，Arm 中国、蚂蚁BabaSSL、龙蜥商密软件栈 SIG 通力合作，SM4 性能最高达 4364Mb/s

2、统信软件与商密软件栈 SIG 深度合作，助力统信 UOS 在商密应用高速发展

3、SM4 aarch64 平台的 NEON 和 CE 指令集优化正式合入到 libgcrypt 社区，性能分别提升 260% 和 4050%

4、Linux 内核 x86 平台上 SM3 AVX 指令集优化经过四个版本迭代，已经进入 cryptodev subtree，会在下个合并窗口进入社区上游主线，性能提升最高达到 37%

5、BabaSSL 8.3.0 正式版发布

SIG 动态

1、Arm 公司贡献商密软件栈 SIG，助力 SM4 性能提升 40 倍
来自 Arm 的开发者为商密软件栈贡献了aarch64 平台 Crypto Extensions 指令集优化补丁，对商密 SM3、SM4 算法在 Armv8 架构上进行了深度优化，经过在平头哥倚天 710 机型上测试，数据非常亮眼。SM3 取得最高 74% 的性能提升，而 SM4 更是取得高达 40 倍的性能提升，从绝对性能数据来看，速率高达 4364Mb/s，从此性能不再是商密算法的瓶颈，这也将会大幅降低商密的产业化成本，使得大规模商用变得可能。

2、统信软件与商密软件栈 SIG 深度合作，助力统信 UOS 在商密应用高速发展
统信软件深度参与龙蜥社区商密软件栈 SIG，共同推动中国商用密码算法在基础软硬件环境的开发、优化及安全保障的体系化生态建设。统信 UOS 基于龙蜥社区商密软件栈，利用 BabaSSL 商密算法及社区内核国密支持能力，完成了 UOS 系统中 IMA 和内核模块签名两个场景的商密化实践，为 UOS 系统又添加了一层内核级安全保障。后续商密软件栈 SIG 的共建与发展中，统信软件会以龙蜥操作系统作为 UOS 系统的 upstream，以商密软件栈为基础，继续完善操作系统的商用密码生态。
未来，统信软件和商密软件栈 SIG 将在以下方面开展深度合作：

统信 UOS 积极参与贡献龙蜥社区商密软件栈 SIG，并借助社区 SIG，反哺完善自己的商密特性功能。BabaSSL 项目共建：龙蜥社区的开源项目 BabaSSL 很好地补充了 OpenSSL 中所欠缺的国密能力（如 SM2 的签名和验签支持、国密 X509 证书的签发和验证），比较全面地支持了商密算法以及基于商密的安全协议。体系化生态建设：通过更多的基础软件中支持和开发商用密码算法，并提供主要算法的优化加速，真正完成从无到有，从普通到卓越的商用密码生态。

3、libgcrypt 合入 SM4 arm64 架构 NEON 和 CE 优化，性能分别提升 260% 和 4050%
鉴于普通 ARMv8 架构 CPU 只有通用的 SIMD NEON 指令集，龙蜥商密软件栈也为 NEON 指令集实现了 SM4 的 8-way 并行优化，支持 CBC/CFB/CTR/GCM/OCB 模式，相比于纯软件纯软件实现，性能提升了 260%，这在一定程度上也缓解了没有 SM4 CE 指令集平台 CPU 应用商密的门槛，同时联合 CE 的优化同步贡献到了 libgcrypt 上游社区（链接见文末）。

SIG 其他进展

除此之外，商密软件栈 SIG 还有以下的开发和贡献：

Linux 内核 x86平台上 SM3 AVX 指令集优化经过四个版本迭代，已经进入 cryptodev subtree，会在下个合并窗口进入社区上游主线，性能提升最高达到 37%（代码查看链接见文末）SIG 开发者已向 nettle 社区提交了 SM4 算法实现，目前社区已经参与了一轮 review，整体给出了肯定的意见上游社区报告了内核 SM2 证书验签中一处潜在的缺陷，原因是引用了签名中的信息做为输入，而签名是可以被恶意攻击者控制的，另外社区也吐槽了 SM2 的不兼容的 Za 设计，给出了可选配置 Za 的建议，这是后续需要改进的方向当前商密软件栈的整体支持情况

当前相关的主要开源软件栈对国密的支持情况以及社区回馈统计：

链接地址：
1、商密软件栈SIG地址：
https://openanolis.cn/sig
2、libgcrypt 上游社区链接地址：
https://git.gnupg.org/cgi-bin...
3、Linux 内核 x86 平台上 SM3代码链接地址：
https://git.kernel.org/pub/sc...

致谢
衷心感谢为社区做出贡献的所有成员以及各方参与人员：

Arm 公司：方明、Daniel Hu、袁志昌统信 UOS：曹佩庆、唐逸群蚂蚁集团：杨洋、刻一、金九

—— 完 ——

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龙蜥社区（OpenAnolis）是由企事业单位、高等院校、科研单位、非营利性组织、个人等在自愿、平等、开源、协作的基础上组成的非盈利性开源社区。龙蜥社区成立于 2020 年 9 月，旨在构建一个开源、中立、开放的Linux 上游发行版社区及创新平台。

龙蜥社区成立的短期目标是开发龙蜥操作系统(Anolis OS)作为 CentOS 停服后的应对方案，构建一个兼容国际 Linux 主流厂商的社区发行版。中长期目标是探索打造一个面向未来的操作系统，建立统一的开源操作系统生态，孵化创新开源项目，繁荣开源生态。

目前，龙蜥OS 8.4已发布，支持 X86_64 、Arm64、LoongArch 架构，完善适配飞腾、海光、兆芯、鲲鹏、龙芯等芯片，并提供全栈国密支持。

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