基于 SIMD 指令集的 SM2 数字签名算法快速实现

SM2 数字签名算法是国家密码管理局发布的首个数字签名标准, 已广泛应用于网上银行、电子政务等领域. 本文提出一种基于高级矢量扩展指令集 (advanced vector extension 512, AVX512) 的 SM2 数字签名算法实现方案, 有效提升了 SM2 数字签名算法的性能. 结合单指令多数据集 (single instruction multiple data, SIMD) 运算特性, 设计了一种新的冗余基数表示形式与数据排列方式, 利用 3 比特冗余空间减少进位传播的次数, 构建高效的并行素域运算模块. 进而提出一种可变基点标量乘法的并行优化算法, 在算法分支加入虚拟操作...

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Published inJournal of Cryptologic Research Vol. 10; no. 4; p. 720
Main Authors Wei, WEI, LUO, Min, BAI Ye, PENG Cong, De-Biao, HE, 韦薇, 罗敏, 白野, 彭聪, 何德彪
Format Journal Article
LanguageChinese
Published Beijing Chinese Association for Cryptologic Research, Journal of Cryptologic Research 01.01.2023
Subjects
Algorithms
Cryptography
Digital signatures
Electronic government
Multiplication
Online banking
Performance enhancement
SIMD (computers)
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Summary:SM2 数字签名算法是国家密码管理局发布的首个数字签名标准, 已广泛应用于网上银行、电子政务等领域. 本文提出一种基于高级矢量扩展指令集 (advanced vector extension 512, AVX512) 的 SM2 数字签名算法实现方案, 有效提升了 SM2 数字签名算法的性能. 结合单指令多数据集 (single instruction multiple data, SIMD) 运算特性, 设计了一种新的冗余基数表示形式与数据排列方式, 利用 3 比特冗余空间减少进位传播的次数, 构建高效的并行素域运算模块. 进而提出一种可变基点标量乘法的并行优化算法, 在算法分支加入虚拟操作, 按需存储点加与倍点的计算结果, 结合底层数据表示形式消除 8 路分支的差异性. 利用 AVX512 指令与分步点加方法加速固定基点标量乘法. 签名与验签算法的性能比最新的 SIMD 实现分别提升了196% 和 69%.
ISSN:2097-4116
DOI:10.13868/j.cnki.jcr.000622