Extremadamente lento incorporada cifrado AES con Java

Lukas Nothhelfer:

Tengo una gran cantidad de datos muy pequeña (19 bytes) que necesitan ser encriptada y enviada a un servidor remoto a través de TCP en formato encriptado. Estoy utilizando el código de abajo para hacer esto.

package aesclient;

import java.io.OutputStream;
import java.net.Socket;

import java.security.SecureRandom;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.spec.IvParameterSpec;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;

public class AESClient {
    static byte[] plaintext = new byte[] {0x41, 0x42, 0x43, 0x44, 0x45, 0x46, 0x47, 0x48, 0x49, 0x4a, 0x4b, 0x4c, 0x4d, 0x4e, 0x4f, 0x50, 0x51, 0x52, 0x53};
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 1337); // connecting to server on localhost
            OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CBC/PKCS5PADDING");
            String s_key = "Random09" + "Random09"; // 16 Byte = 128 Bit Key
            byte[] b_key = s_key.getBytes();
            SecretKeySpec sKeySpec = new SecretKeySpec(b_key, "AES");
            SecureRandom random = SecureRandom.getInstanceStrong();
            byte[] IV = new byte[16]; // initialization vector
            int num = 10000;
            long start = System.nanoTime();
            for (int i = 0; i < num; ++i) {
                random.nextBytes(IV);
                IvParameterSpec ivSpec = new IvParameterSpec(IV);
                cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, sKeySpec, ivSpec);
                byte[] msg = new byte[16 + 32];
                System.arraycopy(IV, 0, msg, 0, IV.length);
                byte[] encrypted = cipher.doFinal(plaintext);
                System.arraycopy(encrypted, 0, msg, IV.length, encrypted.length);
                outputStream.write(msg);
                outputStream.flush();      
            }
            long end = System.nanoTime();
            long duration = end - start;
            double drate = ((double)plaintext.length*(double)num)/((double)duration/1000000000);
            System.out.println("Verschlüsselung:\n" + num + " mal 19 Bytes in " + ((double)duration/1000000000) + " s\nData Rate = " + drate/1000.0 + " kBytes/s");
        }
        catch (Exception e) {
            System.err.println(e.getMessage());
        }
    } 
}

Me pregunto por qué es extremadamente lento. Consigo una salida como esta:

Verschlüsselung:
10000 mal 19 Bytes in 2.566016627 s
Data Rate = 74.04472675694785 kBytes/s

lo que significa que tienen una tasa de datos de 74 kByte / s de los datos originales (sin cifrar). La velocidad de datos sólo aumenta insignificante si omito el envío a través de TCP (entonces se trata de 100KByte / s). He leído acerca de las tasas de datos que están alrededor 20MByte / s o incluso más. Tengo un portátil con Windows 10 e i5 procesador. Estaría agradecido por cualquier ayuda. Como ya he dicho, sólo hay que transferir una gran cantidad de pequeños paquetes de datos (19 byte) cifrados.

rustyx:

SecureRandom es lento incluso en el modo de PRNG e incluso puede bloquear cuando no hay suficiente entropía está disponible.

Recomiendo abastecimiento de la IV aleatorio una vez y incrementándolo entre iteraciones similares a modo de CTR. O simplemente utilizar el modo CTR.

public class Test {
    static byte[] plaintext = new byte[] { 0x41, 0x42, 0x43, 0x44, 0x45, 0x46, 0x47, 0x48, 0x49, 0x4a, 0x4b, 0x4c, 0x4d, 0x4e, 0x4f, 0x50, 0x51,
            0x52, 0x53 };

    public static void main(String[] args) {
        try {
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/CTR/PKCS5PADDING");
            String s_key = "Random09" + "Random09"; // 16 Byte = 128 Bit Key
            byte[] b_key = s_key.getBytes();
            SecretKeySpec sKeySpec = new SecretKeySpec(b_key, "AES");
            SecureRandom random = SecureRandom.getInstance("SHA1PRNG");
            byte[] IV = new byte[16]; // initialization vector
            random.nextBytes(IV);
            int num = 10000;
            long start = System.nanoTime();
            for (int i = 0; i < num; ++i) {
                IvParameterSpec ivSpec = new IvParameterSpec(IV);
                cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, sKeySpec, ivSpec);
                byte[] msg = new byte[16 + 32];
                System.arraycopy(IV, 0, msg, 0, IV.length);
                byte[] encrypted = cipher.doFinal(plaintext);
                System.arraycopy(encrypted, 0, msg, IV.length, encrypted.length);
                increment(IV);
            }
            long end = System.nanoTime();
            long duration = end - start;
            double drate = ((double) plaintext.length * (double) num) / ((double) duration / 1000000000);
            System.out.println("Verschlüsselung:\n" + num + " mal 19 Bytes in " + ((double) duration / 1000000000) + " s\nData Rate = " + drate
                    / 1000.0 + " kBytes/s");
        } catch (Exception e) {
            System.err.println(e.getMessage());
        }
    }

    private static void increment(byte[] iv) {
        for (int i=0; i<4; ++i) {
            if (++iv[i] != 0)
                break;
        }
    }
}

Huellas dactilares:

Verschlüsselung:
10000 mal 19 Bytes in 0.0331898 s
Data Rate = 5724.650344382912 kBytes/s

Por lo menos 30 veces más rápido en mi máquina.