やっとこさVector Extensionも1.0になり、そろそろいろんなExtensionを実装したSoCも出てくるとは思うけど、年末の移動時間のなかでいろいろ現在のCrypto Extensionを勉強してた
Crypto ExtensioもScalar命令版とVector命令版の２つがあって、Scalar版は組み込みとか用途向けの、レジスタとかを増やしたくない実装用で、Vectorはその名の通りVectorレジスタを使ったもの。試しにAESのEncryptionを実装してみる
Scalar版
Scalar版は以下のようになる。
void
riscv64zkn_aes_encrypt_block_128(uint64_t* expandedKey,
uint8_t *output,
const uint8_t *input)
{
uint64_t state0 = *((uint64_t *)input);
uint64_t state1 = *((uint64_t *)(input + 8));
// Add round key 0 to initial state
state0 = state0 ^ *expandedKey++;
state1 = state1 ^ *expandedKey++;
for (int i = 1; i < 10; r++) {
uint64_t c0 = __riscv_aes64esm(state0, state1);
uint64_t c1 = __riscv_aes64esm(state1, state0);
state0 = c0 ^ *expandedKey++;
state1 = c1 ^ *expandedKey++;
}
// Final round
uint64_t c0 = __riscv_aes64es(state0, state1);
uint64_t c1 = __riscv_aes64es(state1, state0);
state0 = c0 ^ *expandedKey++;
state1 = c1 ^ *expandedKey;
*((uint64_t *)output) = state0;
*((uint64_t *)(output + 8)) = state1;
}
Vector版
Vector版。まだVector Crypto ExtensionのIntrinics命令はStableじゃないので、インラインアセンブラ使ってる。
static vuint32m4_t
vaesz_vs(vuint32m4_t rd, vuint32m4_t vs2)
{
__asm__("vaesz.vs %0, %1" : "+vr"(rd) : "vr"(vs2));
return rd;
}
static vuint32m4_t
vaesem_vs(vuint32m4_t rd, vuint32m4_t vs2)
{
__asm__("vaesem.vs %0, %1" : "+vr"(rd) : "vr"(vs2));
return rd;
}
static vuint32m4_t
vaesef_vs(vuint32m4_t rd, vuint32m4_t vs2)
{
__asm__("vaesef.vs %0, %1" : "+vr"(rd) : "vr"(vs2));
return rd;
}
SECStatus
riscv64zvkn_aes_encrypt_block_128(uint32_t* expandedKey,
uint8_t *output,
const uint8_t *input)
{
size_t vl = __riscv_vsetvl_e32m4(4);
vuint32m4_t state = __riscv_vle32_v_u32m4((const uint32_t *)input, vl);
// Add round key 0 to initial state
vuint32m4_t K = __riscv_vle32_v_u32m4(expandedKey, vl);
expandedKey += 4;
state = vaesz_vs(state, K);
for (int i = 1; i < 10; r++) {
K = __riscv_vle32_v_u32m4(expandedKey, vl);
expandedKey += 4;
state = vaesem_vs(state, K);
}
// Final round
K = __riscv_vle32_v_u32m4(expandedKey, vl);
state = vaesef_vs(state, K);
__riscv_vse32_v_u32m4((uint32_t *)output, state, vl);
}
Conclusion
- RISC-Vの場合Load/Restoreをまとめないとvlenの長さを指定するvsetvliが大量に利用することになるので、速さに直結するかもということと、コンパイラ (gcc、LLVM) の最適化もまだまだっぽい
- 両方ともx86のAES-NIに似た感じなので、AES-NIの経験値があれば、難しくないかも
