gcc - RDSEED 和 RDRAND 之间的性能差异可以忽略不计

Question

最近的英特尔芯片(Ivy Bridge 及更高版本)具有生成(伪)随机位的指令。 RDSEED输出从芯片上传感器收集的熵生成的“真实”随机位。 RDRAND输出由真随机数生成器播种的伪随机数生成器生成的比特。根据 Intel's documentation , RDSEED速度较慢，因为收集熵的成本很高。因此，RDRAND作为一种更便宜的替代方案提供，并且其输出对于大多数加密应用程序来说是足够安全的。 (这类似于 Unix 系统上的 /dev/random 与 /dev/urandom。)

我很好奇这两条指令的性能差异，所以我写了一些代码来比较它们。令我惊讶的是，我发现有 几乎没有区别在性能上。有人可以提供解释吗？代码和系统详细信息如下。

基准

/* Compare the performance of RDSEED and RDRAND.
 *
 * Compute the CPU time used to fill a buffer with (pseudo) random bits 
 * using each instruction.
 *
 * Compile with: gcc -mdrnd -mdseed
 */
#include <time.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <x86intrin.h>

#define BUFSIZE (1<<24)

int main() {

  unsigned int ok, i;
  unsigned long long *rand = malloc(BUFSIZE*sizeof(unsigned long long)), 
                     *seed = malloc(BUFSIZE*sizeof(unsigned long long)); 

  clock_t start, end, bm;

  // RDRAND (the benchmark)
  start = clock();
  for (i = 0; i < BUFSIZE; i++) {
    ok  = _rdrand64_step(&rand[i]);
  }
  bm = clock() - start;
  printf("RDRAND: %li\n", bm);

  // RDSEED
  start = clock();
  for (i = 0; i < BUFSIZE; i++) {
    ok = _rdseed64_step(&seed[i]);
  }
  end = clock();
  printf("RDSEED: %li, %.2lf\n", end - start, (double)(end-start)/bm);

  free(rand);
  free(seed);
  return 0;
}

系统详情

英特尔酷睿 i7-6700 CPU @ 3.40GHz

Ubuntu 16.04

gcc 5.4.0

Answer 1

您没有检查返回值，因此您不知道生成了多少实际随机数。重试，如弗洛里安 suggested RDSEED版本慢了 3 倍以上:

RDRAND: 1989817
RDSEED: 6636792, 3.34 

在幕后，硬件熵源可能仅以有限的速率生成，这导致 RDSEED当以比熵可以再生的速度更快的速度调用时失败。 RDRAND ，另一方面，只是基于定期重新播种生成伪随机序列，因此不太可能失败。

这是修改后的代码摘录:

  // RDRAND (the benchmark)
  start = clock();
  for (i = 0; i < BUFSIZE; i++) {
    while (!_rdrand64_step(&rand[i]))
        ;
  }
  bm = clock() - start;
  printf("RDRAND: %li\n", bm);

  // RDSEED
  start = clock();
  for (i = 0; i < BUFSIZE; i++) {
    while (!_rdseed64_step(&seed[i]))
        ;
  }
  end = clock();