Java 9 : AES-GCM performance

Question

我已经运行了一个简单的测试来测量 AES-GCM Java 9 中的性能，通过在循环中加密字节缓冲区。结果有些困惑。 native (硬件)加速似乎有效 - 但并非总是如此。更具体地说，

1. 在循环中加密 1MB 缓冲区时，前 50 秒的速度约为 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？我在哪里可以阅读有关新的 AES-GCM 实现的信息 ( besides here )。
2. 加密 100MB 缓冲区时，硬件加速根本不会启动。速度是 60 MB/秒。

我的测试代码是这样的:

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。该修复程序应用于 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 指出了正确的方向。在 cipher.doFinal 前加上多个 cipher.update 调用将几乎立即触发硬件加速。

基于此引用，GCM Analysis ，我在每次更新中使用 4KB block 。现在 1MB 和 100MB 缓冲区都以 1100 MB/秒 的速度加密(在几十毫秒之后)。

解决办法是更换

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

与

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);