Most software domains rely on compilers to translate high-level code to multiple different machine languages, with performance not too much worse than what developers would have the patience to write directly in assembly language. However, cryptography has been an exception, where many performance-critical routines have been written directly in assembly (sometimes through metaprogramming layers). Some past work has shown how to do formal verification of that assembly, and other work has shown how to generate C code automatically along with formal proof, but with consequent performance penalties vs. the best-known assembly. We present CryptOpt, the first compilation pipeline that specializes high-level cryptographic functional programs into assembly code significantly faster than what GCC or Clang produce, with mechanized proof (in Coq) whose final theorem statement mentions little beyond the input functional program and the operational semantics of x86-64 assembly. On the optimization side, we apply randomized search through the space of assembly programs, with repeated automatic benchmarking on target CPUs. On the formal-verification side, we connect to the Fiat Cryptography framework (which translates functional programs into C-like IR code) and extend it with a new formally verified program-equivalence checker, incorporating a modest subset of known features of SMT solvers and symbolic-execution engines. The overall prototype is quite practical, e.g. producing new fastest-known implementations for the relatively new Intel i9 12G, of finite-field arithmetic for both Curve25519 (part of the TLS standard) and the Bitcoin elliptic curve secp256k1.


翻译:多数软件域依赖编译者将高级代码翻译成多种不同的机器语言, 其性能不会比开发者有直接以组装语言写成的耐心差得多。 然而, 加密是一个例外, 许多要求性能的常规程序都是直接在组装中( 有时通过元程序图解层) 。 过去的一些工作展示了如何对该组装进行正式的校验, 而其他工作则展示了如何与正式的校验同时自动生成 C 代码, 但随之而来, 与最知名的组装相比, 性能处罚。 我们展示了CLSPT, 这是第一个专门将高级加密功能功能程序专门化成组装成组装代码的编译管道, 比海合会或Clang 生成的程序要快得多得多。 其最终的理论说明很少提到投入功能程序以及x86- 64 组装的操作结构。 在最优化的一面, 我们通过组装程序空间进行随机搜索, 在目标的 CPU 上重复自动设定基准 。 在正式的校正方面, 我们将Fat 缩缩缩缩缩缩缩程序框架( 将功能程序转换成Clical- clical ) 校验制成一个正常程序, 和Sliformacal- crical 的系统, 和Slippilental 的Slipping cricolent cripolutalimcolutus

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