x86 中是否有任何指令可以加速 SHA (SHA1/2/256/512) 编码？

Question

一个例子，在x86 are Instruction Set to hardware acceleration AES。但是在 x86 中是否有任何指令可以加速 SHA（SHA1/2/256/512）编码，在 x86 上编码 SHA 的最快库是什么？

Answer 1

Intel has upcoming instructions 用于加速计算 SHA1 /256 哈希。

您可以阅读有关它们的更多信息，如何检测您的 CPU 是否支持它们以及如何使用它们here。

（但不是 SHA-512，您仍然需要使用常规 SIMD 指令手动对其进行矢量化。AVX512 应该有助于 SHA-512（以及在具有 AVX512 但不是 SHA 扩展的 CPU 上的 SHA-1 / SHA-256） ，提供 SIMD 旋转和移位，例如 https://github.com/minio/sha256-simd)

希望英特尔的Skylake microarchitecture 拥有它们，但它没有。 Intel CPU 2016 年是低功耗Goldmont，然后是 2017 年 Goldmont Plus。Intel 第一个带有 SHA 扩展的主流 CPU 将是 Cannon Lake。 Skylake / Kaby Lake / Coffee Lake 没有。

AMD Ryzen (2017) 具有 SHA 扩展。

C/C++ 程序员可能最好使用OpenSSL，它将使用它可以快速散列的任何 CPU 功能。 （如果您的 OpenSSL 版本足够新，包括 CPU 上的 SHA 扩展。）

Answer 2

x86 中是否有任何指令可以加速 SHA (SHA1/2/256/512) 编码？

现在是 2016 年 11 月，答案终于是肯定的。但它只有 SHA-1 和 SHA-256（以及扩展的 SHA-224）。

Intel CPUs with SHA extensions 最近上市。看起来支持它的处理器是Goldmont microarchitecture：

• 奔腾 J4205（台式机）
• 奔腾 N4200（移动）
• 赛扬 J3455（桌面）
• 赛扬 J3355（桌面）
• 赛扬 N3450（移动）
• 赛扬 N3350（移动）

我查看了亚马逊提供的具有架构或处理器编号的机器，但我没有找到任何可用的（还）。我相信 HPAcer 有一台配备 Pentium N4200 的笔记本电脑预计将在 2016 年 11 月 2016 年 12 月上市，以满足测试需求。

有关为什么它只有 SHA-1、SHA-224 和 SHA-256 的一些技术细节，请参阅内核加密邮件列表上的 crypto: arm64/sha256 - add support for SHA256 using NEON instructions。简短的回答是，在 SHA-256 之上，事情不容易并行化。

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您可以在Noloader GitHub | SHA-Intrinsics 找到英特尔 SHA 内在函数和 ARMv8 SHA 内在函数的源代码。它们是 C 源文件，并提供 SHA-1、SHA-224 和 SHA-256 的压缩功能。基于内在的实现将 SHA-1 的吞吐量提高了大约 3 倍到 4 倍，SHA-224 和 SHA-256 提高了大约 6 倍到 12 倍。

Answer 3

2019 年更新：

OpenSSL 在存在时确实使用硬件加速。

在 Intel 方面，Goldmont µarch 支持（Atom 系列），从Cannonlake（桌面/移动，10nm）开始支持 SHA-NI，Cascade Lake 服务器 CPU 和更早的 do not support 它。是的，由于存在并行 CPU/µarch 线，因此支持在时间线上是非线性的。

2017 年 AMD 发布了他们的 Zen µarch，因此当前所有基于 Zen 的服务器和桌面 CPU 都完全支持它。

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我的OpenSSL speed SHA256 基准测试显示，在块大小为 8KiB 时速度提高了 550%。

对于加载到 RAM 的实际 1GB 和 5GB 文件，散列速度大约快 3 倍。

（在 Ryzen 1700 @ 3.6 GHz、2933CL16 RAM 上进行基准测试；OpenSSL：1.0.1 不支持 vs 1.1.1 支持）

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与其他哈希函数比较的绝对值：

sha1   (1.55GHz):  721,1 MiB/s
sha256 (1.55GHz):  668.8 MiB/s
sha1   (3.8GHz) : 1977,9 MiB/s
sha256 (3.8GHz) : 1857,7 MiB/s

See this for details 直到有办法在 SO 上添加表格。

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CPUID identification，第 298 页：EAX 中的 07h → EBX 位 29 == 1。

Intel's Instruction Set Reference，第 1264 页。

Agner Fog's Instruction tables 他对指令延迟/微操作等进行基准测试（目前 Zen、Goldmont、Goldmont Plus 可用）

代码示例，SIMD 比较：minio/sha256-simd

Answer 4

尝试一些开源的东西，例如OpenSSL 我亲自使用过他们的 MD5 散列函数，并且效果很好。 您可能还想看看hashlib2++。

据我所知，英特尔还没有为 SHA-1 或 2 制定专用指令集。正如 CodesInChaos 在评论中指出的那样，它们可能会出现在即将到来的架构中。大多数哈希算法的主要组成部分是指令集中已经存在的 XOR 操作。