如何检查 OpenSSL 是否支持/使用 Intel AES-NI？

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请告诉我，如何检查 OpenSSL 是否支持/使用 Intel AES-NI？

openssl aes
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如何检查 OpenSSL 是否支持/使用 Intel AES-NI？

事情没那么简单，虽然应该如此。 OpenSSL 曾经提供了一个函数来获取 ia32 处理器检测到的功能，但它不再可用。请参阅 

OPENSSL_ia32cap_loc 手册页
 中对 
OPENSSL_ia32cap 的讨论。另请参阅 OpenSSL 邮件列表上的在运行时验证 AES-NI 使用？。



如果您要链接到 OpenSSL 静态库，那么您可以使用：



extern unsigned int OPENSSL_ia32cap_P[];
# define AESNI_CAPABLE (OPENSSL_ia32cap_P[1]&(1<<(57-32)))

if(AESNI_CAPABLE)
    /* AES-NI is available */




如果您要链接到 OpenSSL 共享对象，则符号 
OPENSSL_ia32cap_P
 不会导出。在这种情况下，您需要编写自己的检测代码。



我什至不关心 OpenSSL，因为它只适用于库的静态链接。我在下面分享了我用于检测的代码。我相信我从英特尔的戴夫·约翰斯顿（Dave Johnston）那里窃取了其中的很大一部分（他设计了 RDRAND 电路）。



注意：下面的代码可能会错误地拒绝具有 AES-NI 的 AMD 处理器。我没有可供测试的处理器，因此无法提供代码。



注意：下面的代码在 Valgrind 下不会按预期执行。没有针对 AES-NI 或 RDRAND 指令的模拟，因此 Valgrind 从 
CPUID
 返回一个“经过修改的”值，因此看起来它们不可用。请参阅邮件列表上的在 Valgrind 下运行时内联汇编的错误结果。






尽管 AES-NI 可用，但它不意味着您将使用它。



如果您使用像
AES_*
这样的低级原语，那么您将不会使用AES-NI，因为它是软件实现。



如果您使用高级
EVP_*
齿轮，那么您将使用AES-NI（如果可用）。库将自动切换到 AES-NI。






如果 AES-NI 可用但您不想使用它，请在启动程序之前执行以下操作：



$ export OPENSSL_ia32cap="~0x200000200000000"




您可以使用以下 OpenSSL 命令测试速度差异。切换上面的导出以查看差异：



$ openssl speed -elapsed -evp aes-128-ecb







struct CPUIDinfo {
    unsigned int EAX;
    unsigned int EBX;
    unsigned int ECX;
    unsigned int EDX;
};

int HasIntelCpu();
int HasAESNI();
int HasRDRAND();

void cpuid_info(CPUIDinfo *info, const unsigned int func,
        const unsigned int subfunc);

int HasIntelCpu() {
    CPUIDinfo info;
    cpuid_info(&info, 0, 0);
    if (memcmp((char *) (&info.EBX), "Genu", 4) == 0
            && memcmp((char *) (&info.EDX), "ineI", 4) == 0
            && memcmp((char *) (&info.ECX), "ntel", 4) == 0) {

        return 1;
    }

    return 0;
}

int HasAESNI() {
    if (!HasIntelCpu())
        return 0;

    CPUIDinfo info;
    cpuid_info(&info, 1, 0);

    static const unsigned int AESNI_FLAG = (1 << 25);
    if ((info.ECX & AESNI_FLAG) == AESNI_FLAG)
        return 1;

    return 0;
}

int HasRDRAND() {

    if (!HasIntelCpu())
        return 0;

    CPUIDinfo info;
    cpuid_info(&info, 1, 0);

    static const unsigned int RDRAND_FLAG = (1 << 30);
    if ((info.ECX & RDRAND_FLAG) == RDRAND_FLAG)
        return 1;

    return 0;
}

void cpuid_info(CPUIDinfo *info, unsigned int func, unsigned int subfunc) {
    __asm__ __volatile__ (
            "cpuid"
            : "=a"(info->EAX), "=b"(info->EBX), "=c"(info->ECX), "=d"(info->EDX)
            : "a"(func), "c"(subfunc)
    );
}


    

      

      
      
      

      

        

          

            

              
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根据jww提供的信息构建了几个快速衬里：



openssl 速度 -elapsed -evp aes-128-cbc
...
OPENSSL_ia32cap="~0x200000200000000" openssl 速度 -elapsed -evp aes-128-cbc
...




第一行的输出应该明显快于第二行。就我而言，在 i5 测试机上，几乎翻了一番。

    

      

      
      
      

      

        

          

            

              
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我制作了一个 Perl 脚本（见下文），它在默认模式下运行 OpenSSL，并通过环境变量显式禁用 AES-NI。它测试 CBC 模式（早期指令，如 
AESENC
）和 GCM 模式（后来的指令，如 
PCLMULQDQ
 或 
VPCLMULQDQ
）。如果 OpenSSL 的默认模式与通过环境变量显式禁用 AES-NI 的模式之间的增益大于 0%（实际上，应至少为 200%），则 OpenSSL 使用新指令。这是脚本的示例输出：


AES-CBC In default mode      :     1641669.67k bytes/second, on average
AES-CBC With AES-NI disabled :      448189.38k bytes/second, on average
AES-CBC Gain                 :         266.29%
AES-GCM In default mode      :     4112319.92k bytes/second, on average
AES-GCM With AES-NI disabled :      272767.79k bytes/second, on average
AES-GCM Gain                 :        1407.63%



我已经在 Windows、Linux 和 MacOS 上测试了该脚本。在 Windows 上，默认情况下不安装 Perl，但您可以下载并安装任何 Perl 实现，例如 Strawberry Perl。在 Linux 和 MacOS 中，Perl 应该已经安装。对于 MacOS，可以通过“brew install perl”并按照此命令给出的说明安装更高版本的 Perl；但是，对于我的脚本，不需要更高版本的 Perl。


尽管如此，无论操作系统如何，此脚本都会使用 Intel 兼容处理器（x86/IA-32 或 x86-64/IA-64）的环境变量。因此，此脚本不会在 ARM 处理器（例如 Mac Mini M1 上使用的处理器）上给出正确的结果，因为它将无法启用/禁用特殊的 AES 指令。


您的问题仍然是如何检查 OpenSSL 是否支持/使用 Intel AES-NI。因此，您的问题仅限于应该具有 Intel AES-NI 指令的 Intel 兼容处理器。


这是脚本：


#!/usr/bin/perl
use strict;

my $formatstr = 'The OpenSSL output does not match the regular expression.\nRegEx: %s\n---output begin---\n%s\n---output end---:';
my $regex_cbc = qr/^\s*AES-128-CBC\s+(\d+\.\d+)k\s+(\d+\.\d+)k\s+(\d+\.\d+)k\s+(\d+\.\d+)k\s+(\d+\.\d+)k\s+(\d+\.\d+)k\s*$/m;
my $regex_gcm = qr/^\s*AES-128-GCM\s+(\d+\.\d+)k\s+(\d+\.\d+)k\s+(\d+\.\d+)k\s+(\d+\.\d+)k\s+(\d+\.\d+)k\s+(\d+\.\d+)k\s*$/m;
my $command_cbc = 'openssl speed -elapsed -seconds 1 -evp aes-128-cbc';
my $command_gcm = 'openssl speed -elapsed -seconds 1 -evp aes-128-gcm';
my $env_var_name = 'OPENSSL_ia32cap';
my $env_var_value_disable_aes_ni = '~0x200000200000000';


# Test the CBC mode

delete $ENV{$env_var_name};
print "Running OpenSSL for AES-128-CBC in default mode...\n";
sleep(1); # Cooldown for the CPU before the benchmark
my $defaultrun_cbc = `$command_cbc`;
chomp $defaultrun_cbc;

print "Running OpenSSL for AES-128-CBC with AES-NI explicityly disabled...\n";
sleep(1); # Cooldown for the CPU before the benchmark
$ENV{$env_var_name}=$env_var_value_disable_aes_ni;
my $disabledrun_cbc = `$command_cbc`;
chomp $disabledrun_cbc;


# Test the GCM mode

delete $ENV{$env_var_name};
print "Running OpenSSL for AES-128-GCM in default mode...\n";
sleep(1); # Cooldown for the CPU before the benchmark
my $defaultrun_gcm = `$command_gcm`;
chomp $defaultrun_gcm;

print "Running OpenSSL for AES-128-GCM with AES-NI explicityly disabled...\n";
sleep(1); # Cooldown for the CPU before the benchmark
$ENV{$env_var_name}=$env_var_value_disable_aes_ni;
my $disabledrun_gcm = `$command_gcm`;
chomp $disabledrun_gcm;


# Calculate the results

my $total_default_cbc; my $total_disabled_cbc; my $total_default_gcm; my $total_disabled_gcm;

if ( $defaultrun_cbc =~ $regex_cbc )  {$total_default_cbc =  ( $1 + $2 + $3 + $4 + $5 + $6 ) / 6;} else {die sprintf( $formatstr, $regex_cbc, $defaultrun_cbc );}
if ( $disabledrun_cbc =~ $regex_cbc ) {$total_disabled_cbc = ( $1 + $2 + $3 + $4 + $5 + $6 ) / 6;} else {die sprintf( $formatstr, $regex_cbc, $disabledrun_cbc);}
my $percentage_gain_cbc = 100 * ( $total_default_cbc - $total_disabled_cbc ) / $total_disabled_cbc;

if ( $defaultrun_gcm =~ $regex_gcm )  {$total_default_gcm =  ( $1 + $2 + $3 + $4 + $5 + $6 ) / 6;} else {die sprintf( $formatstr, $regex_gcm, $defaultrun_gcm );}
if ( $disabledrun_gcm =~ $regex_gcm ) {$total_disabled_gcm = ( $1 + $2 + $3 + $4 + $5 + $6 ) / 6;} else {die sprintf( $formatstr, $regex_gcm, $disabledrun_gcm);}
my $percentage_gain_gcm = 100 * ( $total_default_gcm - $total_disabled_gcm ) / $total_disabled_gcm;


# Print the results

print "\n\n";
print "AES-CBC In default mode      : " . sprintf( "\%14.2f", $total_default_cbc  ) . "k bytes/second, on average\n";
print "AES-CBC With AES-NI disabled : " . sprintf( "\%14.2f", $total_disabled_cbc ) . "k bytes/second, on average\n";
print "AES-CBC Gain                 : " . sprintf( "\%14.2f", $percentage_gain_cbc) . "%\n";
print "AES-GCM In default mode      : " . sprintf( "\%14.2f", $total_default_gcm  ) . "k bytes/second, on average\n";
print "AES-GCM With AES-NI disabled : " . sprintf( "\%14.2f", $total_disabled_gcm ) . "k bytes/second, on average\n";
print "AES-GCM Gain                 : " . sprintf( "\%14.2f", $percentage_gain_gcm) . "%\n";



    

      

      
    

  

  

    
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