在C语言中操作80位数据类型

Question

我正在用C语言实现一些涉及80位密钥的加密算法。其中一个操作涉及将密钥旋转移位x位。

我尝试了long double类型，如果我没记错的话是80位，但它不能使用位移运算符。

我能想到的唯一替代方案是使用一个有10个元素的char数组，并进行一些复杂的循环和if-else判断。

我的问题是是否有一种简单高效的方法来完成这个操作。

谢谢。

- gamerx

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只需使用字符数组并实现自己的移位/旋转-请参见此处的示例：https://dev59.com/jW865IYBdhLWcg3wOcDy - Paul R

谢谢，保罗。我会研究那个线程的。 - gamerx

如果您使用gcc或其衍生版本的64位平台，则具有实现128类型所有算术运算的_uint128_t。这些通常是合成操作，因此您可以查找源代码以了解如何完成此操作。 - Jens Gustedt

在GNU GCC for x86中，“long double”是80位，因为它得到了FPU的本地支持。并非所有编译器都会为x86 FPU做到这一点；例如，在MSVC++中，它是“double”的同义词。但正如您所说，这是学术性的，因为移位和其他位运算符是整数操作。我建议您在FPGA中实现必要的80位操作。 - Clifford

没必要使用 chars - 这只是浪费计算周期。使用你的计算机体系结构提供的最大整数数据类型，可能至少需要 64 位。 - Nick Johnson

Answer 1

很遗憾，您需要一个大数库。虽然C本地数据类型支持80位浮点数，但实际上并不能满足您的需求。

可以链接类似GMP这样的库，或者使用不太理想的方法，如10个字符数组或两个数字(长整型和短整型，64位和16位整数)。

两种方法都不是特别美观，但它们确实可行，如果您打算将其用于非课堂用途，GMP是最好的选择。否则，您可能会遇到一堆计时攻击，虽然可以通过编码解决，但可能会变得非常麻烦。

- Ben

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你的目标是追求极致效率还是只是相对高效？ - Ben

你既然有FPGA，为什么要用C来实现这个？ - blueshift

我正在尝试比较和评估FPGA实现与相当高效的C实现之间的加速比。 - gamerx

这没有多少意义。如果C代码在FPGA上运行，那么C实现保证比FPGA慢。这是因为软处理器执行额外的任务（例如读取代码）。另一种选择是将x86与FPGA进行比较，这样会更有意义一些。 - Mikhail

感谢各位的回复。我知道FPGA实现会快得多。然而，这是学校项目，我需要提出两种实现方案进行比较。 - gamerx

Answer 2

这里有一些混乱的地方。如果我理解正确的话，您正在FPGA上使用软件CPU。

1. 传统上，人们使用VHDL / Verilog在FPGA上制作自己的移位寄存器。这种算法很容易实现且速度非常快。在大学时，我为一个加密项目做过类似的工作。

2. 此外，您提到的论文讨论了128位密钥。这会更容易实现吗？

- Mikhail

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该论文还提到该算法适用于80位和128位密钥。前者是轻量级版本，我正在尝试在这里实现它。 - gamerx

这是一个很好的点：如果您正在使用FPGA，您可以将算法直接构建在其中，而不是在软CPU上运行它。 - Nick Johnson