java - Java 9：AES-GCM 性能

Question

我运行了一个简单的测试来测量Java 9中的AES-GCM性能，方法是在循环中加密字节缓冲区。结果有些混乱。本机（硬件）加速似乎有效 - 但并非总是如此。进一步来说，

1. 在循环中加密 1MB 缓冲区时，前约 50 秒的速度为约 60 MB/秒。然后它跳到 1100 MB/秒，并保持在那里。JVM 是否决定在 50 秒（或 3GB 数据）后激活硬件加速？可以配置吗？我在哪里可以了解新的AES-GCM实施（除了这里）。
2. 加密 100MB 缓冲区时，硬件加速根本不会启动。速度为 60 MB/秒。

我的测试代码如下所示：

int plen = 1024*1024;
byte[] input = new byte[plen];
for (int i=0; i < input.length; i++) { input[i] = (byte)i;}
byte[] nonce = new byte[12];
...
// Uses SunJCE provider
Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/GCM/NoPadding");
byte[] key_code = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15};
SecretKey key = new SecretKeySpec(key_code, "AES");
SecureRandom random = new SecureRandom();

long total = 0;
while (true) {
  random.nextBytes(nonce);
  GCMParameterSpec spec = new GCMParameterSpec(GCM_TAG_LENGTH * 8, nonce);
  cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, spec);
  byte[] cipherText = cipher.doFinal(input);
  total += plen;
  // print delta_total/delta_time, once in a while
}

2019 年 2 月更新：已修改 HotSpot 以解决此问题。该修复适用于 Java 13，并且还向后移植到 Java 11 和 12。

https://bugs.java.com/bugdatabase/view_bug.do?bug_id=JDK-8201633 , https://hg.openjdk.java.net/jdk/jdk/rev/f35a8aaabcb9

2019 年 7 月 16 日更新：新发布的 Java 版本（Java 11.0.4）修复了这个问题。

Answer 1

感谢@Holger 指出正确的方向。预先cipher.doFinal添加多个cipher.update调用将几乎立即触发硬件加速。

基于此参考GCM Analysis，我在每次更新中使用4KB块。现在1MB和100MB缓冲区都以1100 MB/秒的速度加密（几十毫秒后）。

解决方法是更换

byte[] cipherText = cipher.doFinal(input);

和

int clen = plen + GCM_TAG_LENGTH;
byte[] cipherText = new byte[clen];

int chunkLen = 4 * 1024;
int left = plen;
int inputOffset = 0;
int outputOffset = 0;

while (left > chunkLen) {
  int written = cipher.update(input, inputOffset, chunkLen, cipherText, outputOffset);
  inputOffset += chunkLen;
  outputOffset += written;
  left -= chunkLen;
}

cipher.doFinal(input, inputOffset, left, cipherText, outputOffset);

Answer 2

关于这个问题的一些更新。

1. 3 月下旬发布的Java 10也有同样的问题，可以通过相同的解决方法绕过 - 仅用于数据加密。

2. 该解决方法基本上不适用于数据解密- 在 Java 9 和 Java 10 中。

我已经向 Java 平台提交了错误报告。它已被评估并发布为JDK-8201633。

Answer 3

此问题已在 Java 13 中修复。该修复程序也向后移植到 Java 11 和 12。

https://bugs.java.com/bugdatabase/view_bug.do?bug_id=JDK-8201633 , https://hg.openjdk.java.net/jdk/jdk/rev/f35a8aaabcb9

Answer 4

2019 年 7 月 16 日发布的 Java 版本（Java 11.0.4）修复了这个问题。