Java 9：AES-GCM性能

Question

我已经运行了一个简单的测试，通过加密循环中的字节缓冲区来测量Java 9中的AES-GCM性能。结果有点令人困惑。原生（硬件）加速似乎有效 - 但并非总是如此。进一步来说，

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秒后激活硬件加速（或3GB数据）？可以配置吗？我在哪里可以阅读有关新的AES-GCM实现（besides here）。
2. 加密100MB缓冲区时，硬件加速根本没有启动。速度是平坦的60 MB /秒。

我的测试代码如下所示：

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：HotSpot已被修改以解决此问题。该修复程序在Java 13中应用，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指向正确的方向。使用多个cipher.doFinal调用预先添加cipher.update将几乎立即触发硬件加速。

基于这个引用，GCM Analysis，我在每次更新时使用4KB块。现在，1MB和100MB缓冲区都以1100 MB /秒的速度加密（几十毫秒后）。

解决方案是更换

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

同

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);

Answer 2

关于这个问题的几个更新。

1. 在3月底发布的Java 10具有相同的问题，可以使用相同的解决方法绕过 - 仅用于数据加密。
2. 解决方法基本上不适用于数据解密 - 在Java 9和Java 10中都是如此。

我已经向Java平台提交了一个错误报告。它已被评估并发布为JDK-8201633。

Answer 3

这个问题在Java 13中得到修复。修复程序也被反向移植到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

Answer 4

Java版本于2019年7月16日发布（Java 11.0.4），修复了这个问题。