AES指令集

高級加密標準指令集（或稱英特爾高級加密標準新指令，簡稱AES-NI）是一個x86 指令集架構的擴展，用於Intel和AMD 微處理器，由Intel在2008年3月提出。^[1]該指令集的目的是改進應用程序使用高級加密標準（AES）執行加密和解密的速度。

新指令[編輯]

指令	描述^[2]
`AESENC`	執行一輪AES加密流
`AESENCLAST`	執行最後一輪AES加密流
`AESDEC`	執行一輪AES解密流
`AESDECLAST`	執行最後一輪AES解密流
`AESKEYGENASSIST`	協助生成AES輪迴密鑰
`AESIMC`	協助AES逆列混合
`PCLMULQDQ`	無進位乘法（CLMUL（英語：CLMUL_instruction_set））^[3]

Intel和AMD x86架構[編輯]

Intel^[4]
- Intel Westmere架構處理器，具體如下：
  - Intel Westmere-EP (Xeon 56xx)（也稱Gulftown至強5600系列DP服務器型號）處理器。
  - Intel Clarkdale處理器（酷睿i3、奔騰和賽揚除外）。
  - Intel Arrandale處理器（賽揚、奔騰、酷睿i3、酷睿i5-4XXM除外）。
- Intel Sandy Bridge處理器。
  - 桌面：全部，奔騰、賽揚、酷睿i3除外^[5]^[6]
  - 移動：酷睿i7和酷睿i5全部。一些供應商發售的BIOS配置已禁用該擴展^[7]，需要更新BIOS才能啟用它。^[8]
- Intel Ivy Bridge處理器
  - 僅所有i5、i7、至強和i3-2115C^[9]。
- Intel Haswell處理器。（i3-4000m^[10]、奔騰和賽揚除外）
- Intel在其網站上有一個列表，寫明了支持AES-NI的處理器^[11]
- Skylake以後微架構的大部分Intel Core、Pentium、Celeron。
AMD
- AMD Ryzen架構處理器。
- AMD Bulldozer架構處理器。^[12]
- AMD Piledriver架構處理器。
- AMD Steamroller架構處理器。
- AMD Jaguar架構處理器。
- AMD Puma架構處理器。

其他架構中的硬件加速[編輯]

在最新的SPARC處理器（T4、T5、M5及之後）和最新的ARM處理器中也有非特權的處理器指令提供AES支持。2011年推出的SPARC T4處理器有用戶級指令實現AES輪迴。^[13]這些指令補充了更高級別的加密命令。2011年宣布的ARMv8-A處理器架構也有用戶級指令實現AES輪迴，這包括ARM Cortex-A53和A57，但不包括以前的v7處理器（如Cortex A5、7、8、9、11、15）。^[14]2012年8月，IBM宣布^[15]即將到來的Power7+架構有望提供AES支持。這些架構中的命令不能直接與AES-NI命令兼容，但可實現類似的功能。

IBM z9或更晚的主機處理器支持AES作為單操作碼（KM、KMC）AES ECB/CBC指令，使用IBM的CryptoExpress硬件。^[16]這些單指令的AES版本比Intel NI更容易使用，但不能被擴展實現為基於AES輪迴函數的其他算法，例如Whirlpool散列算法。

x86 CPU的支持[編輯]

VIA x86 CPU、AMD Geode和Marvell Kirkwood（ARM，mv_cesa在Linux中）使用基於驅動程序的AES加速處理（另見Crypto API (Linux)（英語：Crypto API (Linux)））。下列產品支持AES硬件加速，雖然不支持AES-NI指令集：

AMD Geode LX處理器。^[17]
VIA
- VIA PadLock。^[18] · ^[19]
  - VIA C3 Nehemiah C5P (Eden-N)處理器。^[20]
  - VIA C7 Esther C5J處理器。^[21]

ARM架構[編輯]

Allwinner
- 使用「安全系統」的A10和A20。^[22]
Broadcom
- 使用「安全處理器」的BCM5801/BCM5805/BCM5820。^[19]

其他架構[編輯]

Atmel xmega ^[23]（並行執行的片上加速器，不是指令）

性能[編輯]

在《AES-NI 性能分析》中，Patrick Schmid和Achim Roos 指出：「...少數已使用英特爾 AES-NI 進行優化的應用程序表現出了傲人成績」。 ^[24] 一次使用Crypto++（英語：Crypto++）函式庫執行的性能分析顯示，相比沒有加速的Pentium 4, AES/GCM的吞吐量從大約每字節28.0周期顯著提升至每字節3.5周期。 ^[25]^[26]

軟件支持[編輯]

大多數現代編譯器能夠利用AES指令。

許多安全和加密軟件支持AES指令集，包括下列核心基礎設施：

Cryptography API: Next Generation (CNG)（需要Windows）^[27]
Linux的Crypto API（英語：Crypto_API_(Linux)）
Java 7 HotSpot
Network Security Services（NSS）3.13及更高版本 ^[28]（被Firefox和Google Chrome使用）
Solaris Cryptographic Framework（英語：Solaris Cryptographic Framework）^[29]從Solaris 10起。
FreeBSD的OpenCrypto API（aesni(4) 驅動程序）^[30]
OpenSSL 1.0.1及以上^[31]
FLAM®/FLUC® 5.1.08（2015-08-24發布）及以上

參考[編輯]

參考資料[編輯]

^ Intel Software Network. Intel. [2008-04-05]. （原始內容存檔於2008年4月7日）.
^ Shay Gueron. Intel Advanced Encryption Standard (AES) Instruction Set White Paper. Intel. 2010 [2012-09-20].
^ Carry-Less Multiplication. Intel.
^ ARK: Advanced Search
^ AnandTech - The Sandy Bridge Review: Intel Core i7-2600K, i5-2500K and Core i3-2100 Tested
^ Compare Intel® Products
^ AES-NI support in TrueCrypt (Sandy Bridge problem)
^ Some products can support AES New Instructions with a Processor Configuration update, in particular, i7-2630QM/i7-2635QM, i7-2670QM/i7-2675QM, i5-2430M/i5-2435M, i5-2410M/i5-2415M. Please contact OEM for the BIOS that includes the latest Processor configuration update..
^ [1]
^ http://ark.intel.com/products/75104/Intel-Core-i3-4000M-Processor-3M-Cache-2_40-GHz
^ Intel® Product Specification Advanced Search
^ Following Instructions. AMD. November 22, 2010 [2011-01-04]. （原始內容存檔於2010年11月26日）.
^ Dan Anderson. SPARC T4 OpenSSL Engine. Oracle. 2011 [2012-09-20].
^ Richard Grisenthwaite. ARMv8-A Technology Preview (PDF). ARM. 2011 [2012-09-20].
^ Timothy Prickett Morgan. All the sauce on Big Blue's hot chip: More on Power7+. The Register. 2012 [2012-09-20].
^ IBM System z10 cryptography. IBM. [2014-01-27].
^ AMD Geode™ LX Processor Family Technical Specifications. AMD.
^ VIA Padlock Security Engine. VIA. [2011-11-14].
^ ^19.0 ^19.1 Cryptographic Hardware Accelerators on OpenWRT.org
^ VIA Eden-N Processors. VIA. [2011-11-14]. （原始內容存檔於2011-11-11）.
^ VIA C7 Processors. VIA. [2011-11-14].
^ Security System driver status
^ Using the XMEGA built-in AES accelerator (PDF). [2014-12-03].
^ P. Schmid and A. Roos. AES-NI Performance Analyzed. Tom's Hardware. 2010 [2010-08-10].
^ T. Krovetz, W. Dai. How to get fast AES calls?. Crypto++ user group. 2010 [2010-08-11].
^ Crypto++ 5.6.0 Pentium 4 Benchmarks. Crypto++ Website. 2009 [2010-08-10]. （原始內容存檔於19 September 2010）.
^ Intel Advanced Encryption Standard Instructions (AES-NI). Intel. March 2, 2010 [2010-07-11]. （原始內容存檔於7 July 2010）.
^ AES-NI enhancements to NSS on Sandy Bridge systems. 2012-05-02 [2012-11-25].
^ System Administration Guide: Security Services, Chapter 13 Solaris Cryptographic Framework (Overview). Oracle. September 2010 [2012-11-27].
^ FreeBSD 8.2 Release Notes. FreeBSD.org. 2011-02-24 [2011-12-18].
^ OpenSSL: CVS Web Interface Archive.is的存檔，存檔日期2012-07-07

外部連結[編輯]

Intel®高級加密標準指令（AES-NI）
AES指令集白皮書 (4.4 Mbyte, pdf) // Intel

[1] Intel Software Network. Intel. [2008-04-05]. （原始內容存檔於2008年4月7日）.

[2] Shay Gueron. Intel Advanced Encryption Standard (AES) Instruction Set White Paper. Intel. 2010 [2012-09-20].

[3] Carry-Less Multiplication. Intel.

[4] ARK: Advanced Search

[5] AnandTech - The Sandy Bridge Review: Intel Core i7-2600K, i5-2500K and Core i3-2100 Tested

[6] Compare Intel® Products

[7] AES-NI support in TrueCrypt (Sandy Bridge problem)

[8] Some products can support AES New Instructions with a Processor Configuration update, in particular, i7-2630QM/i7-2635QM, i7-2670QM/i7-2675QM, i5-2430M/i5-2435M, i5-2410M/i5-2415M. Please contact OEM for the BIOS that includes the latest Processor configuration update..

[9] [1]

[10] ttp://ark.intel.com/products/75104/Intel-Core-i3-4000M-Processor-3M-Cache-2_40-GHz

[11] Intel® Product Specification Advanced Search

[12] Following Instructions. AMD. November 22, 2010 [2011-01-04]. （原始內容存檔於2010年11月26日）.

[13] Dan Anderson. SPARC T4 OpenSSL Engine. Oracle. 2011 [2012-09-20].

[14] Richard Grisenthwaite. ARMv8-A Technology Preview (PDF). ARM. 2011 [2012-09-20].

[15] Timothy Prickett Morgan. All the sauce on Big Blue's hot chip: More on Power7+. The Register. 2012 [2012-09-20].

[16] IBM System z10 cryptography. IBM. [2014-01-27].

[17] AMD Geode™ LX Processor Family Technical Specifications. AMD.

[18] VIA Padlock Security Engine. VIA. [2011-11-14].

[openwrt-19] 19.0 ^19.1 Cryptographic Hardware Accelerators on OpenWRT.org

[20] VIA Eden-N Processors. VIA. [2011-11-14]. （原始內容存檔於2011-11-11）.

[21] VIA C7 Processors. VIA. [2011-11-14].

[22] Security System driver status

[23] Using the XMEGA built-in AES accelerator (PDF). [2014-12-03].

[24] P. Schmid and A. Roos. AES-NI Performance Analyzed. Tom's Hardware. 2010 [2010-08-10].

[25] T. Krovetz, W. Dai. How to get fast AES calls?. Crypto++ user group. 2010 [2010-08-11].

[26] Crypto++ 5.6.0 Pentium 4 Benchmarks. Crypto++ Website. 2009 [2010-08-10]. （原始內容存檔於19 September 2010）.

[27] Intel Advanced Encryption Standard Instructions (AES-NI). Intel. March 2, 2010 [2010-07-11]. （原始內容存檔於7 July 2010）.

[28] AES-NI enhancements to NSS on Sandy Bridge systems. 2012-05-02 [2012-11-25].

[29] System Administration Guide: Security Services, Chapter 13 Solaris Cryptographic Framework (Overview). Oracle. September 2010 [2012-11-27].

[30] FreeBSD 8.2 Release Notes. FreeBSD.org. 2011-02-24 [2011-12-18].

[31] OpenSSL: CVS Web Interface Archive.is的存檔，存檔日期2012-07-07

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]

[23]

[24]

[25]

[26]

[27]

[28]

[29]

[30]

[31]