Benchmark bảo mật và mật mã

Chỉ số hiệu năng chi tiết cho các nguyên thủy bảo mật của Nalix, bao gồm cipher mã hóa, tính toán handshake và thuật toán băm.

Bộ cipher envelope#

So sánh các stream cipher (Salsa20 và ChaCha20) và các bộ AEAD (Salsa20-Poly1305 và ChaCha20-Poly1305) trên payload 64 B và 1024 B. Mọi thao tác đều chạy trên span không cấp phát bộ nhớ.

Hiệu năng cipher envelope (Payload Size = 64)#

Phương thức	PayloadSize	Mean	Error	StdDev	P95	Cấp phát
Encrypt_Salsa20	64	331.0 ns	10.13 ns	11.66 ns	342.7 ns	0 B
Decrypt_Salsa20	64	260.2 ns	5.27 ns	6.07 ns	265.0 ns	0 B
Encrypt_Chacha20	64	343.4 ns	4.49 ns	5.17 ns	347.8 ns	0 B
Decrypt_Chacha20	64	260.1 ns	6.18 ns	7.12 ns	263.5 ns	0 B
Encrypt_Salsa20Poly1305	64	734.6 ns	27.18 ns	31.30 ns	752.7 ns	0 B
Decrypt_Salsa20Poly1305	64	712.0 ns	95.41 ns	109.87 ns	773.4 ns	0 B
Encrypt_Chacha20Poly1305	64	511.2 ns	5.81 ns	6.69 ns	520.5 ns	0 B
Decrypt_Chacha20Poly1305	64	484.0 ns	3.58 ns	4.13 ns	492.0 ns	0 B

Hiệu năng cipher envelope (Payload Size = 1024)#

Phương thức	PayloadSize	Mean	Error	StdDev	P95	Cấp phát
Encrypt_Salsa20	1024	1,895.6 ns	25.27 ns	28.09 ns	1,940.0 ns	0 B
Decrypt_Salsa20	1024	1,887.3 ns	21.79 ns	25.09 ns	1,928.4 ns	0 B
Encrypt_Chacha20	1024	1,127.3 ns	265.28 ns	305.50 ns	1,419.2 ns	0 B
Decrypt_Chacha20	1024	1,301.6 ns	59.30 ns	68.29 ns	1,334.3 ns	0 B
Encrypt_Salsa20Poly1305	1024	4,526.5 ns	64.45 ns	74.22 ns	4,583.9 ns	0 B
Decrypt_Salsa20Poly1305	1024	4,606.4 ns	12.49 ns	14.39 ns	4,623.0 ns	0 B
Encrypt_Chacha20Poly1305	1024	2,695.9 ns	59.62 ns	68.66 ns	2,743.3 ns	0 B
Decrypt_Chacha20Poly1305	1024	2,736.3 ns	60.69 ns	69.89 ns	2,788.0 ns	0 B

Đằng sau thiết kế#

• Stream cipher hiệu quả trên phần mềm: Salsa20 và ChaCha20 thực hiện mã hóa với tốc độ gần bằng phần cứng. Trạng thái được giữ trong bộ nhớ stackalloc, đảm bảo không cấp phát.
• AEAD một lượt: Các cipher kết hợp với Poly1305 thực hiện xác thực và giải mã trong một lượt duy nhất trên khối bộ nhớ, giảm thiểu cache miss.

---

Giao thức Handshake#

Chỉ số hiệu năng cho giai đoạn handshake mật mã, thiết lập danh tính phiên.

Phương thức	Mean	Error	StdDev	P95	Cấp phát
ComputeMasterSecret	2.513 μs	0.1719 μs	0.1980 μs	2.614 μs	0 B
ComputeServerProof	2.194 μs	0.2906 μs	0.3346 μs	2.609 μs	0 B
ComputeClientProof	2.368 μs	0.3165 μs	0.3645 μs	2.654 μs	0 B
DeriveSessionKey	2.619 μs	0.0755 μs	0.0869 μs	2.675 μs	0 B

Đằng sau thiết kế#

• Khóa không cấp phát: Các phép tính khóa tốn kém, mỗi phép mất khoảng ~2–2.6 μs và chạy hoàn toàn không cấp phát (0 B), tách biệt các handshake mật mã khỏi tác động của garbage collection.

---

Băm và mật mã#

So sánh các thuật toán băm mật mã, cipher xác minh và dẫn xuất khóa.

Hiệu năng băm (Payload Size = 64)#

Phương thức	PayloadSize	Mean	Error	StdDev	P95	Cấp phát
Keccak256_Hash	64	605.3 ns	11.16 ns	12.85 ns	615.0 ns	0 B
HmacKeccak256_Compute	64	2,518.4 ns	45.27 ns	52.13 ns	2,553.1 ns	0 B
Poly1305_Compute	64	111.5 ns	0.95 ns	1.09 ns	112.3 ns	0 B
Pbkdf2_Hash	64	2,561,666.8 ns	43,716.23 ns	50,343.68 ns	2,609,432.4 ns	312 B
Pbkdf2_Verify	64	2,548,772.0 ns	39,314.36 ns	45,274.48 ns	2,590,398.3 ns	256 B

Hiệu năng băm (Payload Size = 1024)#

Phương thức	PayloadSize	Mean	Error	StdDev	P95	Cấp phát
Keccak256_Hash	1024	4,862.0 ns	64.07 ns	71.22 ns	4,967.1 ns	0 B
HmacKeccak256_Compute	1024	6,591.5 ns	140.27 ns	161.54 ns	6,758.3 ns	0 B
Poly1305_Compute	1024	888.9 ns	57.31 ns	66.00 ns	940.5 ns	0 B
Pbkdf2_Hash	1024	2,545,073.2 ns	49,667.27 ns	57,196.90 ns	2,608,114.0 ns	312 B
Pbkdf2_Verify	1024	2,552,527.7 ns	49,817.62 ns	57,370.04 ns	2,601,772.5 ns	256 B

Đằng sau thiết kế#

• Tối ưu Keccak: Triển khai Keccak256 tự phát triển băm các cấu trúc nhỏ trong khoảng ~605 ns và cấu trúc 1 KB trong 4.86 μs mà không cấp phát bộ nhớ.
• Chi phí PBKDF2 và cách ly: PBKDF2 là hàm dẫn xuất khóa an toàn, được thiết kế cố ý tốn kém về mặt tính toán (khoảng ~2.5 ms mỗi thao tác). Do tính chất phụ thuộc CPU, các kiểm tra PBKDF2 được tách khỏi hot path mạng để tránh làm đói thread pool của listener.