形式化验证提升RSA性能与部署效率

性能优化技术实现

大多数在线安全交易依赖RSA等公钥加密方案，其安全性基于大数分解难题。公钥加密虽提升安全性，但大整数模幂运算带来显著计算开销。某中心自动化推理团队结合以下技术实现性能突破：

1. 算法优化

   • 采用Montgomery模乘法与Karatsuba算法，将大数乘法分解为更小乘法单元，减少乘法指令数
   • 针对2048/4096比特等2的幂次密钥长度专门优化，相比原始代码实现31-49%加速

2. 微架构优化

   • 利用Neon SIMD指令并行化64位乘法运算，与标量UMULH指令形成流水线并行
   • 创新性双内存加载策略减少寄存器传输瓶颈
   • 向量化常数时间查表加速模幂运算

3. 指令调度

   • 手动调度使2048/4096位签名吞吐量提升80-94%
   • 实验性采用SLOTHY超优化器实现95-120%加速（尚未投产）

形式化验证体系

为确保优化代码的正确性，团队构建了分层验证体系：

1. s2n-bignum验证框架

   • 每个汇编函数配备前置/后置条件规范（如bignum_mul_4_8需满足输出缓冲区存储输入参数的数学乘积）
   • 通过MAYCHANGE规则限定可变状态范围

2. HOL Light定理证明

   • 结合符号执行与Floyd-Hoare逻辑中间断言
   • 验证汇编代码与数学规范的严格等价性
   • 已覆盖x86-64/Arm架构的密码学原语

3. 侧信道防护

   • 恒定时间编码风格（无秘密依赖分支/内存访问模式）
   • 静态检查与运行时比特密度分析

当前验证局限包括未覆盖时序侧信道等非功能性属性，相关研究正在进行中。优化后的代码已集成至某机构加密库AWS-LC及其衍生组件。
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