高性能椭圆曲线加密算法 25519 优化解析

椭圆曲线密码学是在线安全的核心技术。某机构在其开源密码库 AWS-LC 中实现了基于 curve25519 椭圆曲线的 x25519（密钥交换）和 Ed25519（数字签名）算法。通过结合自动化推理和微架构优化技术，新实现较原有版本获得显著性能提升：

核心技术优化

1. 微架构级优化：

2. x86_64 架构：采用 MULX/ADCX/ADOX 指令并行处理双进位链，性能提升达 30%

3. Arm64 架构：针对 Graviton2/3 不同乘法器特性，分别采用 Karatsuba 减法和标准教科书乘法

4. 三级操作模型优化（域运算→椭圆曲线群运算→顶层运算）

5. 形式化验证：

6. 使用 HOL Light 定理证明器对 s2n-bignum 算术库进行机器码级验证

7. 通过 CI 持续集成确保每次代码变更都通过形式化验证

8. 对 CPU 指令语义进行模糊测试验证

9. 时序安全：

10. 恒定时序设计确保所有分支路径执行相同指令序列

11. 避免使用数据依赖时序的 CPU 指令

性能数据

应用集成

优化后的算法已集成至多语言绑定环境：

• Java（Amazon Corretto 加密提供程序）

• Rust（aws-lc-rs）

• Python 标准库密码学模块

该工作同时为后量子密码学混合方案提供了经典算法支撑，相关优化技术可推广至其他密码算法实现。所有代码已在 AWS-LC 开源库发布。更多精彩内容 请关注我的个人公众号 公众号（办公 AI 智能小助手）公众号二维码

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