首页
/ liboqs项目中HQC-128算法性能下降的技术分析

liboqs项目中HQC-128算法性能下降的技术分析

2025-07-03 04:53:11作者:蔡丛锟

背景介绍

在量子安全密码学领域,liboqs是一个重要的开源项目,它实现了多种后量子密码算法。其中HQC(Hamming Quasi-Cyclic)是一种基于编码的后量子密钥封装机制。近期有用户报告,在liboqs 0.10.0版本中,HQC-128算法的性能相比0.9.2版本出现了显著下降。

性能对比测试

测试环境配置为x86_64架构的Linux系统,使用gcc 13.3.0编译器,OpenSSL 3.4.0作为底层密码库。测试结果显示:

在0.9.2版本中:

  • 密钥生成平均耗时34.28微秒
  • 封装操作平均耗时65.90微秒
  • 解封装操作平均耗时116.28微秒

而在0.10.0版本中:

  • 密钥生成平均耗时增加到1733.83微秒
  • 封装操作平均耗时增加到3400.41微秒
  • 解封装操作平均耗时增加到5501.27微秒

性能下降幅度达到数十倍,这引起了开发团队的重视。

问题定位过程

开发团队通过一系列对比测试来定位性能下降的原因:

  1. 首先验证了是否与AVX2指令集优化有关。HQC算法在0.10.0版本中移除了AVX2优化实现,这确实会导致性能下降,但不应有如此大的幅度。

  2. 测试了不同构建配置下的性能表现:

    • 关闭OQS_DIST_BUILD选项后,性能有所提升但仍不及0.9.2版本
    • 禁用OpenSSL的AES硬件加速后,0.9.2版本的性能也出现下降
  3. 对比了不同HQC规范版本的实现:

    • 2020-10-01版本(0.9.2使用)
    • 2023-04-30版本(0.10.0使用)
  4. 测试了原始参考实现与PQClean补丁版本的差异

根本原因分析

通过详尽的测试对比,开发团队得出以下结论:

  1. 算法规范变更:HQC从2020-10-01到2023-04-30版本中,将种子扩展函数从AES改为SHA3实现。由于测试环境中AES有硬件加速支持,这一变更导致显著性能差异。

  2. 安全修复影响:新版本中修复了一些非恒定时间操作的漏洞,这些安全补丁不可避免地会带来一定的性能开销。

  3. 优化代码移除:0.10.0版本移除了AVX2指令集优化的实现,这也是性能下降的一个因素。

  4. PQClean补丁影响:测试表明PQClean的安全补丁对性能影响很小,主要性能差异来自算法规范本身的变更。

解决方案与建议

对于需要高性能HQC实现的用户,可以考虑以下方案:

  1. 等待优化实现:开发团队计划在未来集成HQC的AVX2优化实现,但这需要等待上游修复当前存在的安全问题。

  2. 使用旧版本:如果不需要最新规范的安全特性,可以暂时使用0.9.2版本,但需要注意这不符合最新的算法标准。

  3. 自行实现优化:有能力的开发者可以尝试基于最新规范实现优化版本,但需要注意正确处理安全补丁。

技术启示

这一案例为密码学实现提供了重要经验:

  1. 算法规范的变更可能带来意想不到的性能影响,特别是在涉及底层原语替换时。

  2. 安全修复与性能优化之间存在权衡,需要在两者之间找到平衡点。

  3. 性能测试应该成为密码学实现发布流程中的重要环节,确保不会引入意外的性能退化。

  4. 硬件加速支持对算法性能有重大影响,在评估算法性能时需要明确测试环境配置。

对于后量子密码学的实际部署,开发者和用户都需要关注算法规范的演进及其对实现性能的影响,做出合理的技术选择。

登录后查看全文
热门项目推荐
相关项目推荐

热门内容推荐

最新内容推荐

项目优选

收起
docsdocs
OpenHarmony documentation | OpenHarmony开发者文档
Dockerfile
144
1.93 K
kernelkernel
deepin linux kernel
C
22
6
ohos_react_nativeohos_react_native
React Native鸿蒙化仓库
C++
192
274
openGauss-serveropenGauss-server
openGauss kernel ~ openGauss is an open source relational database management system
C++
145
189
RuoYi-Vue3RuoYi-Vue3
🎉 (RuoYi)官方仓库 基于SpringBoot,Spring Security,JWT,Vue3 & Vite、Element Plus 的前后端分离权限管理系统
Vue
930
553
nop-entropynop-entropy
Nop Platform 2.0是基于可逆计算理论实现的采用面向语言编程范式的新一代低代码开发平台,包含基于全新原理从零开始研发的GraphQL引擎、ORM引擎、工作流引擎、报表引擎、规则引擎、批处理引引擎等完整设计。nop-entropy是它的后端部分,采用java语言实现,可选择集成Spring框架或者Quarkus框架。中小企业可以免费商用
Java
8
0
openHiTLSopenHiTLS
旨在打造算法先进、性能卓越、高效敏捷、安全可靠的密码套件,通过轻量级、可剪裁的软件技术架构满足各行业不同场景的多样化要求,让密码技术应用更简单,同时探索后量子等先进算法创新实践,构建密码前沿技术底座!
C
423
392
金融AI编程实战金融AI编程实战
为非计算机科班出身 (例如财经类高校金融学院) 同学量身定制,新手友好,让学生以亲身实践开源开发的方式,学会使用计算机自动化自己的科研/创新工作。案例以量化投资为主线,涉及 Bash、Python、SQL、BI、AI 等全技术栈,培养面向未来的数智化人才 (如数据工程师、数据分析师、数据科学家、数据决策者、量化投资人)。
Jupyter Notebook
75
66
CangjieCommunityCangjieCommunity
为仓颉编程语言开发者打造活跃、开放、高质量的社区环境
Markdown
1.11 K
0
openHiTLS-examplesopenHiTLS-examples
本仓将为广大高校开发者提供开源实践和创新开发平台,收集和展示openHiTLS示例代码及创新应用,欢迎大家投稿,让全世界看到您的精巧密码实现设计,也让更多人通过您的优秀成果,理解、喜爱上密码技术。
C
64
511