百度云RSA解密加速服務

RSA算法是一種最廣為使用的“非對稱加密算法”，一般公鑰/私鑰長度越長，安全性就越好，計算也越復雜。百度云https改造中應用了RSA 2048加解密算法，針對高計算復雜度的RSA解密任務，我們運用FPGA上的并行計算資源和定制化的數(shù)據通路，提供了高達45000QPS的解密能力(是CPU單線程吞吐率的75倍以上，媲美商用ASIC加解密卡的吞吐率)，同時還將提供獨具特色的私鑰管理方案，令系統(tǒng)安全性得到了質的提升。

軟件調用API執(zhí)行

編譯

執(zhí)行l(wèi)spci | grep -i Xilinx，輸出非空，證實FPGA已被正確透傳給虛擬機。

編譯驅動，進入rsa-driver目錄，執(zhí)行make。

如提示“No such file or directory”，請修改Makefile中的KERNELDIR變量，使之指向正確的內核編譯目錄，一般為/usr/src/kernels/$(uname -r)。

如編譯時提示符號重定義，請刪除源文件中的PDE_DATA、file_inode、kvalloc、kvfree等符號。

加載驅動，執(zhí)行insmod fpga_drive.ko。

檢查/dev/fpga0的權限是否為0666，如過不是，請執(zhí)行chmod 666 /dev/fpga0。

在openssl系統(tǒng)engine目錄創(chuàng)建到rsa-api/output/so/libfpga_rsa_cpp.so的軟鏈接，即執(zhí)行l(wèi)n -s /path/to/rsa-api/so/libfpga_rsa_cpp.so /usr/lib64/openssl/engines/libfpga_rsa_cpp.so。

通過openssl標準engine接口使用RSA加速功能，在正確加載并初始化engine后即可通過RSA_private_encrypt、RSA_private_decrypt進行RSA私鑰加解密。

FPGA支持密鑰長度在2048 bits以下的RSA私鑰加解密。如給定密鑰長度超出此范圍，engine會轉交CPU計算，此時性能等同于直接使用CPU處理。

#include ‹openssl/rsa.h›

#include ‹openssl/engine.h›

#include ‹openssl/err.h›

OpenSSL_add_all_algorithms();

ERR_load_crypto_strings();

ENGINE_load_dynamic();

/* load engine */

ENGINE *engine = ENGINE_by_id(fpga_rsa_cpp);

if (engine == NULL) {

LOG(WARNING) ‹‹ Could not Load fpga_rsa_cpp Engine!;

return 1;

}

LOG(INFO) ‹‹ fpga_rsa_cpp Engine successfully loaded;

/* init engine */

int init_ret = ENGINE_init(engine);

int set_ret = ENGINE_set_default_RSA(engine);

LOG(INFO) ‹‹ engine name = ‹‹ ENGINE_get_name(engine);

LOG(INFO) ‹‹ init_ret = ‹‹ init_ret;

LOG(INFO) ‹‹ set_ret = ‹‹ set_ret;

if ((init_ret != 1) || (set_ret != 1)) {

LOG(WARNING) ‹‹ Failed to init engine;

return 1;

}

/* use engine */

RSA_private_decrypt(flen, from, to, rsa, padding);

性能測試

qps

執(zhí)行openssl speed rsa2048 -engine fpga_rsa_cpp -multi 36，在sign/s一欄中可以看到qps。正常情況應在40000/s以上。

latency

執(zhí)行openssl speed rsa2048 -engine fpga_rsa_cpp -multi 1，在sign一欄中可以看到latency。正常情況應在700us左右。

RSA私鑰解密QPS對比

FPGA解決方案與使用雙路Intel Xeon E5-2620 v2服務器(超線程開啟，共24核)進行純CPU計算相比，性能優(yōu)勢十分明顯，如下圖所示。當RSA密鑰長度為512 bits、1024 bits和2048 bits時，前者的私鑰解密QPS分別是后者的2.13、4.52和9.36倍，latency僅為后者的89%、50%和27%。