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【翻译】OpenSSL环境变量OPENSSL_ia32cap详解

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1 名称

OPENSSL_ia32cap：x86[_64]架构处理器能力向量（processor capabilities vector）

2 概要

env OPENSSL_ia32cap=... <application>

3 描述

OpenSSL支持一系列的x86[_64]指令集扩展。在以EAX=1作为输入值运行CPUID指令之后，这些扩展由处理器返回的位于EDX:ECX寄存器对能力向量的各个位表示（详情可参考Intel Application Note #241618）。这些向量在工具包初始化时被复制到内存中，被用来选择不同的代码路径以在一系列处理器之间提供最佳性能。在撰写本文时，以下位很重要：

  • 第4位：表示时间戳计数器（Time-Stamp Counter）的存在；
  • 第19位：表示CLFLUSH（flush cache line缓存线清除操作码指令）指令可用；
  • 第20位：由Intel保留，用于在RC4代码路径中进行选择；
  • 第23位：表示MMX（Multi Media eXtension，多媒体扩展指令集）支持；
  • 第24位：FXSR（FidelityFX™ Super Resolution）位，表示支持XMM寄存器；
  • 第25位：表示支持SSE（streaming simd extensions流式单指令多数据扩展）；
  • 第26位：表示支持SSE2；
  • 第28位：支持超线程（Hyperthreading），用于区分具有共享缓存的核心；
  • 第30位：由 Intel 保留，特指 Intel CPU；
  • 第33位：表明可以使用PCLMULQDQ（Carry-Less Multiplication Quadword，是对两个GF(2^128)域上的多项式相乘）指令；
  • 第41位：表明支持SSSE3和补充SSE3；
  • 第43位：表明支持AMD XOP（非AMD cpu上强制设置为0）；
  • 第54位：表明支持MOVBE（复制源操作数的数据，交换字节后，移动数据）指令；
  • 第57位：表明支持AES-NI指令集（高级加密标准指令集，或称英特尔高级加密标准新指令，目的是改进应用程序使用高级加密标准（AES）执行加密和解密的速度）扩展；
  • 第58位：XSAVE位，缺少该位与MOVBE结合用于识别Atom Silvermont 核心；
  • 第59位：OSXSAVE位，表明支持YMM寄存器；
  • 第60位：表明支持AVX（X86指令集的SSE延伸架构）扩展；
  • 第62位：表明支持RDRAND（用于从芯片上的硬件随机数生成器中获取随机数）指令；

例如，在32位应用程序上下文环境中将第26位清0，则在运行时会禁用crypto库里的高性能SSE2代码，将第24位清0将会禁用SSE2代码操作128位MMX寄存器组。如果目标OpenSSL应用程序运行在SSE2兼容的cpu上，但是操作系统却没有启用XMM寄存器，则必须执行后者将第24位清0。一般情况下，功能向量的地址通过OPENSSL_ia32cap_loc()函数暴露给应用程序，但并非全部情况下都是如此。现在唯一可以影响功能检测的方法就是在目标程序启动前，设置OPENSSL_ia32cap环境变量。例如，在Intel P4处理器中，设置env OPENSSL_ia32cap=0x16980010 apps/openssl，或者设置env OPENSSL_ia32cap=~0x1000000 apps/openssl都可以取得预期的效果。也可以重新配置no-sse2选项，并重新编译工具包。

不太直观的就是将第28位清零，或者在环境变量中设置为~0x10000000。事实是，它不是从CPUID输出逐字复制的，而是经过调整以反映数据缓存是否实际上在逻辑核心之间共享。这反过来又会影响是否应用针对缓存定时攻击的昂贵对策的决定，尤其是在AES汇编器模块中。

通过以EAX=7和ECX=0作为输入值获取CPUID返回的EBX数值，功能向量可以进一步扩展。下面的位很重要：

  • 第64+3位：表明支持BMI1（Bit Manipulation Instructions位操作指令）指令，例如ANDN（第一源操作数取反后与第二源操作数按位与操作，结果保存在目标操作数中）；
  • 第64+5位：表明支持AVX2指令；
  • 第64+8位：表明支持BMI2指令，如MULX和RORX；
  • 第64+16位：表明支持AVX512F扩展；
  • 第64+17位：表明支持AVX512DQ扩展；
  • 第64+18位：表明支持RDSEED指令；
  • 第64+19位：表明支持ADCX和ADOX指令；
  • 第64+21位：表明支持VPMADD52[LH]UQ指令，又名AVX512IFMA扩展；
  • 第64+29位：表明支持SHA扩展；
  • 第64+30位：表明支持AVX512BW扩展；
  • 第64+31位：表明支持AVX512VL扩展；
  • 第64+41位：表明支持VAES扩展；
  • 第64+42位：表明支持VPCLMULQDQ扩展；

要控制此扩展功能，请在设置OPENSSL_ia32cap环境变量时使用:作为分隔符。例如，分配:~0x20将禁用AVX2代码路径，而:0-禁用所有后AVX扩展。

4 返回值

不可用

原文地址：https://www.openssl.org/docs/man3.1/man3/OPENSSL_ia32cap.html