CN110378109A - 降低链式哈希栈性能损耗的方法及系统 - Google Patents

降低链式哈希栈性能损耗的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种降低链式哈希栈性能损耗的方法及系统，该方法包括：在硬件上添加查找表，其中，查找表包括若干次历史哈希运算的输入和输出；将当前哈希运算的输入和查找表中包含的每一历史哈希运算的输入进行匹配，若查找表中存在目标历史哈希运算，将目标历史哈希运算的输出作为当前哈希运算的输出，目标历史哈希运算的输入与当前哈希运算的输入相同。本发明实施例在对目标函数进行哈希运算之前，先在查找表中进行查找，如果能在查找表中找到与当前哈希运算的输入相同的目标历史哈希运算，则直接将目标历史哈希运算的检验哈希值作为当前哈希运算的输出即可，就避免了本次哈希运算，从而降低了性能损耗。

Description

降低链式哈希栈性能损耗的方法及系统
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种降低链式哈希栈性能损耗的方法及系统。
背景技术
链式哈希栈是一种新型的保护函数返回地址的防御手段。它在硬件上添加了两个寄存器top和salt，top用来保存哈希值，salt用来保存哈希函数的密钥。当调用子函数时，把哈希值和返回地址依次压入栈中。然后把密钥、哈希值和返回地址一起做哈希运算，运算结果用来更新top寄存器的值。在函数返回时，把哈希值和返回地址一同弹出栈，并做哈希运算。运算结果与top寄存器中的值做对比。如果不同，则抛出一个异常；如果相同，则用栈中的哈希值更新top寄存器，返回到父函数中。
链式哈希栈的安全性极高，即使攻击者能任意读写内存地址空间，也无法绕过这种防御机制。然而，当哈希函数的运算周期增大时，它的性能损耗会急剧地加大。例如，当一次哈希运算需要80个时钟周期时，它的性能损耗大约为20％，限制了它的实用性。
因此，亟需一种降低链式哈希栈性能损耗的方法及系统。
发明内容
针对上述问题，本发明实施例提供一种降低链式哈希栈性能损耗的方法及系统。
第一方面，本发明实施例提供一种降低链式哈希栈性能损耗的方法，包括：
在硬件上添加查找表，其中，所述查找表包括若干次历史哈希运算的输入和输出；
将当前哈希运算的输入和所述查找表中包含的每一历史哈希运算的输入进行匹配，若所述查找表中存在目标历史哈希运算，将所述目标历史哈希运算的输出作为所述当前哈希运算的输出，所述目标历史哈希运算的输入与所述当前哈希运算的输入相同。
优选地，所述查找表包括若干次历史哈希运算的输入和输出，具体地：
对于任一历史哈希运算，所述任一历史哈希运算的输入为目标函数的初始哈希值和所述目标函数的返回地址，所述任一历史哈希运算的输出为检验哈希值。
优选地，所述当前哈希运算的输入为目标函数的初始哈希值和所述目标函数的返回地址，所述当前哈希运算的输出为检验哈希值。
优选地，还包括：
若所述当前哈希运算为所述目标函数头部的哈希运算，利用所述目标历史哈希函数的检验哈希值更新top寄存器。
优选地，还包括：
若所述当前哈希运算为所述目标函数尾部的哈希运算，将所述目标历史函数的检验哈希值与top寄存器的值进行比较，若相同，利用所述目标历史函数的初始哈希值更新所述top寄存器，若不同，抛出异常。
优选地，还包括：
若所述查找表中不存在所述目标历史哈希运算，对所述目标函数的初始哈希值、所述目标函数的哈希秘钥和所述目标函数的返回地址进行哈希运算，将计算结果作为所述当前哈希运算的输出。
优选地，还包括：
根据所述当前哈希运算的输入和输出，利用FIFO、LFU和LRU中的一种更新所述查找表。
第二方面，本发明实施例提供一种降低链式哈希栈性能损耗的系统，包括：
查找表模块，用于在硬件上添加查找表，其中，所述查找表包括若干次历史哈希运算的输入和输出；
匹配模块，用于将当前哈希运算的输入和所述查找表中包含的每一历史哈希运算的输入进行匹配，若所述查找表中存在目标历史哈希运算，将所述目标历史哈希运算的输出作为所述当前哈希运算的输出，所述目标历史哈希运算的输入与所述当前哈希运算的输入相同。
第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括：
至少一个处理器、至少一个存储器、通信接口和总线；其中，
所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；
所述通信接口用于该测试设备与显示装置的通信设备之间的信息传输；
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行第一方面提供的一种降低链式哈希栈性能损耗的方法。
第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行第一方面提供的一种降低链式哈希栈性能损耗的方法。
本发明实施例提供的一种降低链式哈希栈性能损耗的方法及系统，由于目标函数的调用比较频繁，在对目标函数进行哈希运算之前，先在查找表中进行查找，如果能在查找表中找到与当前哈希运算的输入相同的目标历史哈希运算，则直接将目标历史哈希运算的检验哈希值作为当前哈希运算的输出即可，就避免了本次哈希运算的计算过程，从而降低了性能损耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种降低链式哈希栈性能损耗的方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种降低链式哈希栈性能损耗的系统的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的一种降低链式哈希栈性能损耗的方法的流程图，该方法包括：
S1，在硬件上添加查找表，其中，所述查找表包括若干次历史哈希运算的输入和输出；
S2，将当前哈希运算的输入和所述查找表中包含的每一历史哈希运算的输入进行匹配，若所述查找表中存在目标历史哈希运算，将所述目标历史哈希运算的输出作为所述当前哈希运算的输出，所述目标历史哈希运算的输入与所述当前哈希运算的输入相同。
本发明实施例在硬件上添加了一个查找表，该查找表用来保存近几次历史哈希运算的输入和输出，供后续哈希运算查询使用。
哈希运算是指：将一段较长的数据映射为较短小的数据，这段小数据就是大数据的哈希值。哈希运算有这样一个特点，是唯一的，一旦大数据发生了变化，哪怕是一个微小的变化，哈希值也会发生变化。
将正在进行的哈希运算称作为当前哈希运算，将前几次进行的哈希运算称作为历史哈希运算，将几次历史哈希运算的输入和输出保存在查找表中，对于任意一次历史哈希运算，该历史哈希运算的输入和输出都保存在查找表中。
将当前哈希运算的输入与查找表中所包含的每个历史哈希运算的输入进行比较，如果能在查找表中找到与当前哈希运算的输入相同的输入，将该相同的输入对应的历史哈希运算作为目标历史哈希运算，由于进行哈希运算的输入都相同，因此，可以直接将目标历史哈希运算的输出作为当前哈希运算的输出。
本发明实施例提供的一种降低链式哈希栈性能损耗的方法，由于目标函数的调用比较频繁，在对目标函数进行哈希运算之前，先在查找表中进行查找，如果能在查找表中找到与当前哈希运算的输入相同的目标历史哈希运算，则直接将目标历史哈希运算的检验哈希值作为当前哈希运算的输出即可，就避免了本次哈希运算的计算过程，从而降低了性能损耗。
在上述实施例的基础上，优选地，所述查找表包括若干次历史哈希运算的输入和输出，具体地：
对于任一历史哈希运算，所述任一历史哈希运算的输入为目标函数的初始哈希值和所述目标函数的返回地址，所述任一历史哈希运算的输出为检验哈希值。
具体地，所述当前哈希运算的输入为目标函数的初始哈希值和所述目标函数的返回地址，所述当前哈希运算的输出为检验哈希值。
以任意一个历史哈希运算为例进行说明，该历史哈希运算的输入为目标函数的初始哈希值和目标函数的返回地址，该历史哈希运算的输出为校验哈希值。
表1为本发明实施例提供的一种查找表的结构，如表1所示：
表1
old_hash ret_addr new_hash
表1中包括old_hash、ret_addr和new_hash，其中，old_hash用来存储该历史哈希运算中目标函数的初始哈希值，ret_addr用来存储该历史哈希运算中目标函数的返回地址，new_hash存储校验哈希值，该校验哈希值是将目标函数的初始哈希值、哈希秘钥和返回地址进行哈希运算后得到的结果。
相应地，对于当前哈希运算，当前哈希运算的输入为目标函数的初始哈希值和目标函数的返回地址，该初始哈希值存储在top寄存器中，该返回地址存储在ra寄存器中。当前哈希运算的输出为校验哈希值，校验哈希值需要对目标函数的初始哈希值、返回地址和哈希秘钥进行哈希运算才能得到。然而哈希运算会带来较大的损耗，所以当在查找表中找到目标历史哈希运算后，直接将目标历史哈希运算的校验哈希值作为当前哈希运算的校验哈希值即可，省去了当前哈希运算的校验哈希值的计算过程，从而降低了损耗。
在上述实施例的基础上，优选地，还包括：
若所述当前哈希运算为所述目标函数头部的哈希运算，利用所述目标历史哈希运算的检验哈希值更新top寄存器。
具体地，如果当前哈希运算为目标函数头部的哈希运算，所谓目标函数头部的哈希运算，是指在进入目标函数时，将目标历史哈希运算的检验哈希值存入top寄存器中，以对top寄存器进行更新。
在上述实施例的基础上，优选地，还包括：
若所述当前哈希运算为所述目标函数尾部的哈希运算，将所述目标历史哈希运算的检验哈希值与top寄存器的值进行比较，若相同，利用所述目标历史函数的初始哈希值更新所述top寄存器，若不同，抛出异常。
具体地，如果当前哈希运算为目标函数尾部的哈希运算，所谓目标函数尾部的哈希运算，是指退出目标函数时，将目标历史哈希运算的检验哈希值与top寄存器中的值进行比较，如果两者相同，利用目标历史哈希运算的初始哈希值存入到top寄存器中，以对top寄存器进行更新。如果不同，则抛出异常。
本发明实施例在进入函数时更新top寄存器的运算被存入查找表，退出函数时校验top寄存器的哈希运算命中率很高，甚至多次调用同一个函数时，调用和返回时的哈希运算都在查找表中找到，从而减少了大量的流水线停顿。
在上述实施例的基础上，优选地，还包括：
若所述查找表中不存在所述目标历史哈希运算，对所述目标函数的初始哈希值、所述目标函数的哈希秘钥和所述目标函数的返回地址进行哈希运算，将计算结果作为所述当前哈希运算的输出。
另外地，如果查找表中不存在目标历史哈希运算，也就是在查找表中没有找到与当前哈希运算相同的输入，所以直接进行哈希运算，将当前哈希运算的目标函数的哈希值、目标函数的返回地址和哈希秘钥进行哈希运算的结果，作为当前哈希运算的检验哈希值，也就是当前哈希运算的输出。
在上述实施例的基础上，优选地，根据所述当前哈希运算的输入和输出，利用FIFO、LFU和LRU中的一种更新所述查找表。
如果不能在查找表中找到目标历史哈希运算，说明当前哈希运算为一次新的哈希运算，需要将当前哈希运算的结果保存在查找表中，以供下一次哈希运算进行查找。
具体地，在更新查找表的时候，利用FIFO、LFU和LRU中的一种更新策略来更新查找表。
不同查找表的更新策略在实现上会略有不同。
FIFO更新策略只需要一个head寄存器指向下一个要替换的项，每替换一次，head加1即可。
LFU更新策略需要增加一列计数值，记录每一项的命中次数，当需要更新查找表时，选择命中次数最小的那一项写入。
LRU更新策略也需要加一列，其存储的值用来表示最近命中的查找表的历史记录，当需要更新查找表时，写入最早被命中的那一项。
图2为本发明实施例提供的一种降低链式哈希栈性能损耗的系统的结构示意图，如图2所示，该系统包括：查找表模块201和匹配模块202，其中：
查找表模块201用于在硬件上添加查找表，其中，所述查找表包括若干次历史哈希运算的输入和输出；
匹配模块202用于将当前哈希运算的输入和所述查找表中包含的每一历史哈希运算的输入进行匹配，若所述查找表中存在目标历史哈希运算，将所述目标历史哈希运算的输出作为所述当前哈希运算的输出，所述目标历史哈希运算的输入与所述当前哈希运算的输入相同。
具体地，查找表模块201在硬件上添加查找表，该查找表中包括多次历史哈希运算的输入和输出。匹配模块202将当前哈希运算的输入与查找表中包含的每次历史哈希运算的输入逐个进行匹配，如果能找到相同的，说明查找表中存在目标历史哈希运算，将目标历史哈希运算的输出直接作为当前哈希运算的输出，也就是不需要计算当前哈希运算，从而减小损耗。
本系统实施例的执行过程与上述方法实施例的执行过程相同，详情请参考上述方法实施例，本系统实施例在此不再赘述。
图3为本发明实施例提供的一种电子设备的实体结构示意图，如图3所示，该服务器可以包括：处理器(processor)310、通信接口(Communications Interface)320、存储器(memory)330和总线340，其中，处理器310，通信接口320，存储器330通过总线340完成相互间的通信。处理器310可以调用存储器330中的逻辑指令，以执行如下方法：
在硬件上添加查找表，其中，所述查找表包括若干次历史哈希运算的输入和输出；
将当前哈希运算的输入和所述查找表中包含的每一历史哈希运算的输入进行匹配，若所述查找表中存在目标历史哈希运算，将所述目标历史哈希运算的输出作为所述当前哈希运算的输出，所述目标历史哈希运算的输入与所述当前哈希运算的输入相同。
此外，上述的存储器330中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的传输方法，例如包括：
在硬件上添加查找表，其中，所述查找表包括若干次历史哈希运算的输入和输出；
将当前哈希运算的输入和所述查找表中包含的每一历史哈希运算的输入进行匹配，若所述查找表中存在目标历史哈希运算，将所述目标历史哈希运算的输出作为所述当前哈希运算的输出，所述目标历史哈希运算的输入与所述当前哈希运算的输入相同。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种降低链式哈希栈性能损耗的方法，其特征在于，包括：
在硬件上添加查找表，其中，所述查找表包括若干次历史哈希运算的输入和输出；
将当前哈希运算的输入和所述查找表中包含的每一历史哈希运算的输入进行匹配，若所述查找表中存在目标历史哈希运算，将所述目标历史哈希运算的输出作为所述当前哈希运算的输出，所述目标历史哈希运算的输入与所述当前哈希运算的输入相同。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述查找表包括若干次历史哈希运算的输入和输出，具体地：
对于任一历史哈希运算，所述任一历史哈希运算的输入为目标函数的初始哈希值和所述目标函数的返回地址，所述任一历史哈希运算的输出为检验哈希值。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述当前哈希运算的输入为目标函数的初始哈希值和所述目标函数的返回地址，所述当前哈希运算的输出为检验哈希值。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，还包括：
若所述当前哈希运算为所述目标函数头部的哈希运算，利用所述目标历史哈希运算的检验哈希值更新top寄存器。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，还包括：
若所述当前哈希运算为所述目标函数尾部的哈希运算，将所述目标历史哈希运算的检验哈希值与top寄存器的值进行比较，若相同，利用所述目标历史哈希运算的初始哈希值更新所述top寄存器，若不同，抛出异常。
6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，还包括：
若所述查找表中不存在所述目标历史哈希运算，对所述目标函数的初始哈希值、所述目标函数的哈希秘钥和所述目标函数的返回地址进行哈希运算，将计算结果作为所述当前哈希运算的输出。
7.根据权利要求6所述方法，其特征在于，还包括：
根据所述当前哈希运算的输入和输出，利用FIFO、LFU和LRU中的一种更新所述查找表。
8.一种降低链式哈希栈性能损耗的系统，其特征在于，包括：
查找表模块，用于在硬件上添加查找表，其中，所述查找表包括若干次历史哈希运算的输入和输出；
匹配模块，用于将当前哈希运算的输入和所述查找表中包含的每一历史哈希运算的输入进行匹配，若所述查找表中存在目标历史哈希运算，将所述目标历史哈希运算的输出作为所述当前哈希运算的输出，所述目标历史哈希运算的输入与所述当前哈希运算的输入相同。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述降低链式哈希栈性能损耗的方法的步骤。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述降低链式哈希栈性能损耗的方法的步骤。
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