SM4算法在天河新一代超算上的实现和优化

罗圳; 肖晟

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SM4算法在天河新一代超算上的实现和优化

首发时间：2023-05-12

罗圳 ¹
罗圳（1996-），男，硕士研究生，主要研究方向：高性能密码破解。
肖晟 ¹
肖晟（1980-），男，副教授，主要研究方向：自安全通信和网络，数据分析和可视化，HPC应用程序。

1、湖南大学信息科学与工程学院，长沙　410082

摘要：SM4 是由我国国家密码管理局发布的分组密码算法，它具有安全性高以及高效性等特点，被广泛应用于各个安全领域，因此对SM4 算法的性能需求不断提高，SM4 算法的软硬件快速实现受到了广泛的关注和研究。天河新一代超算是由我国自主研发生产，搭载了由我国研发设计的加速器 MT-3000 芯片。本文主要在超算平台对 SM4 算法进行优化实现，并对优化后的SM4 算法进行效率分析。本文主要对 SM4 算法提出了并行化优化。在分组密码算法 ECB 模式下，对 SM4 算法进行并行化，将并行任务映射到计算节点，通过 MPI 消息通信机制实现节点间的通信，相较于串行算法加速比为 1.1 ~ 11.92，优化后的并行算法能显著提高SM4 算法的性能。

关键词：计算机应用技术 HPC MPI 超算平台 SM4

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Implementation and optimization of SM4 on the next-generation Tianhe supercomputer

LUO Zhen ¹
罗圳（1996-），男，硕士研究生，主要研究方向：高性能密码破解。
XIAO Sheng ¹
肖晟（1980-），男，副教授，主要研究方向：自安全通信和网络，数据分析和可视化，HPC应用程序。

1、College of Computer Science and Electronic Engineering,Hunan University,Changsha,410082

Abstract：SM4 is a block cipher algorithm published by the National Cryptography Administration of China. It has the characteristics of high security and high efficiency, and it is widely used in various security fields. Therefore, the demand for the performance of SM4 algorithm is constantly improving, and the fast implementation of SM4 algorithm software and hardware has been widely concerned and researched. The new generation of Tianhe Supercomputer is independently developed and produced by China, and is equipped with the MT-3000 accelerator chip developed and designed by China. This paper mainly optimizes SM4 algorithm on the supercomputer platform, and analyzes the efficiency of the optimized SM4 algorithm. In this paper, the parallel optimization of SM4 algorithm is proposed. In the ECB mode, SM4 algorithm is parallelized, parallel tasks are mapped to compute nodes, and communication between nodes is realized through MPI message communication mechanism. Compared with the serial algorithm, the acceleration ratio of 1.1 to 11.92, the optimized parallel algorithm can significantly improve the performance of SM4 algorithm.

Keywords： Computer Application Technology；HPC；MPI；Supercomputer platform；SM4

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罗圳，肖晟. SM4算法在天河新一代超算上的实现和优化[EB/OL]. 北京：中国科技论文在线 [2023-05-12]. http://www.yfrlel.com/releasepaper/content/202305-71.

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论文编号	202305-71
论文题目	SM4算法在天河新一代超算上的实现和优化
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