Java 9: AES-GCM性能

Question

我已经运行了一个简单的测试，通过在循环中加密字节缓冲区来度量AES-GCM在Java9中的性能。结果有点令人困惑。本机(硬件)加速似乎起作用了--但并非总是如此。更确切地说，

1. 在一个循环中加密1MB缓冲区时，第一个~50秒的速度是~60 MB/秒。然后它跳转到1100 MB/秒，并停留在那里。JVM决定在50秒(或3GB的数据)之后激活硬件加速吗？它可以配置吗？我在哪里可以读到新的AES-GCM实现(除了这里)。
2. 在加密100 at缓冲区时，硬件加速根本不起作用。速度是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。修复在Java 13中应用，也支持Java 11和12。

id=JDK-8201633，https://hg.openjdk.java.net/jdk/jdk/rev/f35a8aaabcb9

2019年7月16日更新:新发布的版本(Java11.0.4)修复了这个问题。

Answer 1

谢谢霍格指出了正确的方向。预先使用多个cipher.doFinal调用的cipher.update将几乎立即触发硬件加速。

基于这个参考，GCM分析，我在每次更新中使用4KB块。现在，1MB和100 MB缓冲区都以1100 MB/秒速度加密(几十毫秒后)。

解决办法是替换

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

使用

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. 3月底发布的Java 10也有同样的问题，可以用相同的方法绕过--仅用于数据加密。
2. 这种解决方案基本上不适用于数据解密--在Java9和Java 10中都是如此。

我已经向Java平台提交了一个bug报告。它被评价并作为JDK-8201633出版。

Answer 3

这个问题在Java 13中得到了解决，修复也被移植到Java 11和12中。

id=JDK-8201633，https://hg.openjdk.java.net/jdk/jdk/rev/f35a8aaabcb9