39、英特尔AES - NI指令程序生成器解析

英特尔AES - NI指令程序生成器解析

1. 背景与动机

近年来，英特尔扩展了其流行的x86架构，以支持高级加密标准（AES）。新的指令能在单条指令中执行完整的AES轮加密，但这些指令有几周期的延迟，要充分利用它们并不容易。良好的性能依赖于在处理器流水线中重叠执行多条AES指令，同时还要仔细管理寄存器等资源。现有的编译器在这方面表现不佳，因此英特尔提供了一个高度优化的汇编例程库来实现各种AES模式。

不过，汇编代码理解、维护和修改都很困难且成本高。而且，汇编编程也难以将多种算法组合到一段代码中。为了解决这些问题，我们提出了一个程序生成器，它可以从简单的、带注释的C版本代码自动创建优化的AES代码。

2. 英特尔AES - NI指令

英特尔高级加密标准新指令（AES - NI）是6条新的x86指令，用于支持AES加密、解密和密钥扩展，首次出现在英特尔Westmere架构上。 aesenc 指令能在单条指令中执行完整的一轮加密。AES算法由10、12或14轮加密组成，分别对应128、192或256位的密钥大小。

以下是使用AES - NI指令的AES CTR（第1轮）加密的C代码实现：

#include <wmmintrin.h>
#include "aes - table.h"
void AES_CTR_Encrypt( __m128i * plaintext , __m128i * ciphertext ,
                      __m128i * key , long long ivec , lon