最快的 SHA1 实施是什么？

Question

我正在寻找最快的 SHA1 实现，因为我必须对其进行数百万次计算。我尝试了boost::uuids::detail::sha1和OpenSSL SHA1，我发现 OpenSSL 比 boost 快 2.5 倍。我还检查了Crypto++，它比其他两个慢得多。以下是我检查他们表现的方法：

OpenSSL SHA1：

#include "openssl/sha.h"

void sha1_ossl (const unsigned char* data) {
    unsigned char  hash[20];
    for (long i=0; i<100000000; ++i) {
      SHA1(data, 64, hash);
    
      if ((unsigned int)hash[0]==0 && (unsigned int)hash[1]==0 && (unsigned int)hash[2]==0 && (unsigned int)hash[3]==0)
          break;
    }
}

提升::SHA1:

#include <boost/uuid/detail/sha1.hpp>

void sha1_boost (const unsigned char* data) {
    boost::uuids::detail::sha1 sha1;
    unsigned hash[5];
    for (long i=0; i<100000000; ++i) {
        sha1.process_bytes(data, 64);
        sha1.get_digest(hash);
        sha1.reset();
        if (hash[0]==0) break;
    }
}

加密PP::SHA1:

#include <cryptopp/sha.h>
#include <cryptopp/hex.h>

void sha1_cryptoPP (const unsigned char* data) {
    std::string data_s (reinterpret_cast<char const*>(data));
    std::string hash_hex;
    CryptoPP::SHA1 sha1;
    for (long i=0; i<100000000; ++i) {
        CryptoPP::StringSource ss(data_s, true, new CryptoPP::HashFilter(sha1, new CryptoPP::HexEncoder(new CryptoPP::StringSink(hash_hex))));
        if (hash_hex.starts_with("00000000")) break;
    }
}

然后我用随机数据测试这些函数：

int main() {
  const unsigned char data[65] = "tJQVfvcjGMNIvJfowXBjmSRcKtSjCcyQvaAdakfEJtgSNZHnOHCjkzGFwngiLFPm";
  sha1_boost (data);
  sha1_ossl (data);
  sha1_cryptoPP (data);
}

绩效结果

我编译了所有代码以g++ -O3 -std=c++2a获得以下结果。我发现 OpenSSL 比其他实现更快，而 Crypto++ 最慢：

问题

• 最快的 SHA1 实施是什么？
• 如何改进我的 Crypto++ 功能？

任何有助于提高性能的反馈都将受到赞赏。

Answer 1

我最近的实验证实 openssl 是几个中最快的（包括 Crypto++ 和一些丢失的单源 C 实现，我忘记了是哪一个）

回复：问题的代码审查类型部分：

• boost“实现”来自详细名称空间，不应依赖。

• CryptoPP 可能会受益于使用过程接口而不是每次动态组合管道。具体来说，您不应该转换为字符串来检查摘要的前 n 个字节。由于重复分配，这可能是运行时的主要部分。

  遵循程序接口还可以允许您使用重置/清除成员（引用内存）

    if ((unsigned int)hash[0] == 0 && (unsigned int)hash[1] == 0 &&
        (unsigned int)hash[2] == 0 && (unsigned int)hash[3] == 0)
        break;

应该是一个简单的

    if (!(hash[0] || hash[1] || hash[2] || hash[3]))
        break;

甚至

    if (!std::any_of(hash+0, hash+4, std::identity{}))
        break;

改进的基准代码

结合上述一些内容和更多内容（主要围绕良好的风格，避免指针错误，显示有效的迭代并允许dump检查摘要的准确性）：

实时编译器资源管理器

#include "openssl/sha.h"
#include <boost/uuid/detail/sha1.hpp>
#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <iomanip>
using byte = unsigned char;

#ifndef ONLINE_DEMO
auto constexpr iterations = 100'000'000;
#else
auto constexpr iterations = 10000;
#endif

static void dump(byte const (&a)[20]) {
    for (unsigned b : a) {
        std::cout << std::setw(2) << std::setfill('0') << std::hex << b;
    }
    std::cout << std::dec << std::endl;
}

static void dump(uint32_t const (&a)[5]) {
    for (auto b : a) {
        std::cout << std::setw(8) << std::setfill('0') << std::hex << b;
    }
    std::cout << std::dec << std::endl;
}

long sha1_ossl(std::string_view data) {
    byte hash[20];
    for (long i = 0; i < iterations; ++i) {
        SHA1(reinterpret_cast<byte const*>(data.data()), data.size(), hash);

        //dump(hash);
        if (!std::any_of(hash+0, hash+4, std::identity{}))
            return i;
    }
    return iterations;
}

long sha1_boost(std::string_view data) {
    boost::uuids::detail::sha1 sha1;
    uint32_t hash[5];
    for (long i = 0; i < iterations; ++i) {
        sha1.process_bytes(reinterpret_cast<byte const*>(data.data()), data.size());
        sha1.get_digest(hash);
        sha1.reset();
        //dump(hash);
        if (hash[0] == 0)
            return i;
    }
    return iterations;
}

#ifndef ONLINE_DEMO
#include <cryptopp/hex.h>
#include <cryptopp/sha.h>
long sha1_cryptoPP(std::string_view data) {
    byte digest[20];

    CryptoPP::SHA1 sha1;
    for (long i = 0; i < iterations; ++i) {
        sha1.Restart();
        sha1.Update(reinterpret_cast<byte const*>(data.data()), data.size());
        sha1.Final(digest);

        //dump(digest);
        if (!std::any_of(digest+0, digest+4, std::identity{}))
            return i;
    }
    return iterations;
}
#endif

#include <chrono>
using namespace std::chrono_literals;

int main() {
    static auto now = std::chrono::high_resolution_clock::now;
    constexpr static std::string_view data =
        "tJQVfvcjGMNIvJfowXBjmSRcKtSjCcyQvaAdakfEJtgSNZHnOHCjkzGFwngiLFPm";

    auto timed = [](auto caption, auto f) {
        auto const start = now();
        auto n = f(data);
        std::cout << caption << ": " << n << " in " << (now()-start)/1.0ms << "ms\n";
    };

    timed("sha1_boost", sha1_boost);
    timed("sha1_ossl", sha1_ossl);
#ifndef ONLINE_DEMO
    timed("sha1_cryptoPP", sha1_cryptoPP);
#endif
}

印刷：

sha1_boost: 100000000 in 85660.5ms
sha1_ossl: 100000000 in 24652.6ms
sha1_cryptoPP: 100000000 in 34921.3ms

或在线（没有 Crypto++）：

sha1_boost: 10000 in 8.71938ms
sha1_ossl: 10000 in 2.32025ms

这是一个显着的进步，但同样是赢家。