encryption - 是否可以使用 BitSlice 方法在 GPU 上加速 AES 批量加密？

Question

我有兴趣在我的项目中使用位片方法在 GPU 上为 HPC 应用程序进行 AES 批量加密。在这方面，我找到了很多论文，讨论使用查找表方法在GPU上进行批量加密。我没有找到任何讨论使用 Bitslice 方法在 GPU 上进行批量加密的论文。 Jason Yang 和 James Goodman 发表了一篇题为“Symmetric Key Cryptography on Modern Graphics Hardware”的论文，其中讨论了用于 key 搜索应用程序的 GPU 上 AES 和 DES 的 Bitslice 实现。

一篇题为“GPU 上的快速、可扩展且安全的加密”的论文提到，Yang 的上述 Bitslice 实现需要大量依赖于输入的预处理，因此完全不适合 HPC 应用程序。看来使用Bitslice方法在GPU上进行AES批量加密并没有什么好处。

任何人都可以解释一下并向我保证使用 Bitslice 方法在 GPU 上进行批量加密是否可行？

提前致谢!

Answer 1

可以在 GPU 上使用位片方法进行批量加密，但在大多数情况下，它会比基于表的方法慢。通过位切片，每个线程将并行计算 32 个 AES block 。然而，主要计算可能非常快，正如已经提到的，预处理和后处理是这里的问题。

位切片的 AES-128 不会生成保存单个加密 block 的 4 个 32 位位置，而是会生成 128 个 32 位位置，其中位置 0 处的所有位都是 block 0 加密的结果，所有位位于位位置 1 是 block 1 的结果，依此类推。输入必须采用相同的格式。因此，您需要转置位矩阵才能以通常预期的方式获得结果。转置位矩阵是非常低效的。关键搜索应用可以避免位转置并在未转置域中进行比较。

如果您不关心兼容性，但绝对需要极高的加密率，您可以实现位切片 CTR 模式 AES 加密，并将生成的 AES 输出位与明文进行异或，而无需先转置输出位。这应该与常规 CTR 模式一样安全，但对于使用未进行位切片的 AES 实现的任何人来说，这将是非标准模式并且解密速度很慢。