使用OpenMP优化AES加密：性能与安全性并重

"这篇论文研究了如何使用OpenMP来缓解高级加密标准（AES）的开销，特别是针对一阶掩码方案的执行时间。作者Hesham Alhumyani在Taif University的计算机工程部门进行了这项研究。文章发表在2019年《计算机与通信》期刊的第7卷第7期，ISSN Online: 2327-5227，ISSN Print: 2327-5219，DOI: 10.4236/jcc.2019.77017。" 在现代信息安全领域，AES（高级加密标准）被广泛应用，以确保数据的安全传输和存储。然而，尽管AES提供了强大的加密能力，但它的某些实现方式可能会受到边信道攻击（Side Channel Attacks，SCA）的影响。这些攻击利用实施过程中产生的物理信息，如功耗或执行时间，来揭示加密过程中的秘密信息。 为应对SCA，研究人员提出了一系列的对策，其中一种常见的方法是掩码方案。在本文中，研究者专注于一阶掩码方案，该方案主要用于保护AES加密部分免受攻击。为了评估和减轻该方案的开销，他们首先在单个处理器上实现了一个顺序版本的AES算法。接着，他们利用OpenMP并行编程模型来改进这个实现，以降低掩码方案带来的额外计算负担。 OpenMP是一种在共享内存多处理器系统上进行并行计算的标准，通过使用特定的指令，可以让程序员轻松地将任务分解到多个处理器上。在实验中，研究者对比了使用2、4、6和8个处理器的并行AES实现与顺序非掩码AES实现的性能。结果显示，使用8个线程的一阶最佳掩码方案相比于顺序非掩码实现，其加速比大约为5倍，这表明并行化可以显著提高AES加密的效率，同时保持足够的灵活性以适应不同级别的安全需求。 这项研究的贡献在于，它不仅探讨了掩码方案对AES性能的影响，还展示了一种有效的方法来减轻这种影响，即通过OpenMP实现并行化。这种方法不仅可以提升加密速度，还有助于增强系统的安全性，因为它可以在提高性能的同时，抵御边信道攻击。这对于那些需要平衡性能和安全性的应用，如云计算、物联网设备和移动通信，具有重要的实践意义。 通过并行化处理和使用OpenMP，研究人员能够优化AES的执行效率，减轻掩码方案带来的额外计算成本。这一成果为进一步改进加密算法，特别是在资源有限的环境中提供了有价值的参考，并为未来的研究提供了新的方向，即如何更有效地结合安全性和性能优化策略。