कॉन्क्रिप्टर

Rust में निर्मित एक मल्टी-थ्रेडेड AEAD एन्क्रिप्शन इंजन। ट्रिपल-बफर्ड io_uring पाइपलाइन, Rayon के माध्यम से समानांतर चंक प्रोसेसिंग, और ring के माध्यम से असेंबली-ऑप्टिमाइज्ड सिफर का उपयोग करके गीगाबाइट-प्रति-सेकंड थ्रूपुट पर फ़ाइलों को एन्क्रिप्ट और डिक्रिप्ट करता है।

⚠️ अस्वीकरण: प्रयोगात्मक सॉफ्टवेयर ⚠️

यह प्रोजेक्ट अत्यंत नया है और वर्तमान में उत्पादन या मिशन-महत्वपूर्ण उपयोग के लिए अनुशंसित नहीं है। हालांकि क्रिप्टोग्राफिक प्राइमिटिव (AES-256-GCM, ChaCha20-Poly1305 via ring) और प्रारूप डिज़ाइन सुदृढ़ हैं, कोडबेस का औपचारिक सुरक्षा ऑडिट या व्यापक वास्तविक दुनिया परीक्षण नहीं हुआ है। अपने जोखिम पर उपयोग करें। संवेदनशील डेटा की सुरक्षा के लिए, इस प्रोजेक्ट के परिपक्व होने तक GnuPG, age, या OpenSSL जैसे युद्ध-परीक्षित टूल का उपयोग करने पर विचार करें।

विशेषताएँ

दोहरी सिफर सपोर्ट: AES-256-GCM (हार्डवेयर AES-NI) और ChaCha20-Poly1305 via ring (असेंबली-ऑप्टिमाइज्ड)
समानांतर एन्क्रिप्शन: Rayon-आधारित मल्टी-थ्रेडेड चंक प्रोसेसिंग सभी CPU कोर में
ट्रिपल-बफर्ड io_uring पाइपलाइन: तीन घूर्णन बफर पूल का उपयोग करके कर्नेल I/O और CPU-साइड क्रिप्टो को ओवरलैप करता है — जबकि एक बैच के राइट्स इन-फ़्लाइट होते हैं, अगले बैच को Rayon द्वारा एन्क्रिप्ट किया जा रहा होता है, और तीसरे बैच के रीड्स कर्नेल को सबमिट किए जा रहे होते हैं। कोई syscall-per-chunk ओवरहेड नहीं, कोई mmap सीमाएँ नहीं (कोई SIGBUS नहीं, कोई वर्चुअल एड्रेस स्पेस खत्म नहीं)
Argon2id कुंजी व्युत्पत्ति: उद्योग-मानक पासवर्ड-टू-की स्ट्रेचिंग (डिफ़ॉल्ट 256 MiB मेमोरी, 3 पुनरावृत्तियाँ, --memory के माध्यम से कॉन्फ़िगरेबल)
स्व-वर्णन KDF पैरामीटर: मेमोरी लागत, पुनरावृत्तियाँ और समानता एन्क्रिप्टेड फ़ाइल हैडर में संग्रहीत होते हैं ताकि डिक्रिप्शन उन्हीं पैरामीटर्स का उपयोग करे जो एन्क्रिप्शन समय पर चुने गए थे। लीगेसी फ़ाइलें (सभी-शून्य सेंटिनल) को पुराने 64 MiB डिफ़ॉल्ट के साथ पारदर्शी रूप से संभाला जाता है
चंक-इंडेक्स्ड नॉन्स: TLS 1.3-शैली XOR नॉन्स व्युत्पत्ति चंक रीऑर्डर हमलों को रोकती है
हैडर-प्रमाणित AAD: पूर्ण 4 KiB संरेखित हैडर प्रत्येक चंक के AAD में शामिल होता है, सभी हैडर फ़ील्ड्स (कोर, KDF पैरामीटर और आरक्षित बाइट्स) को प्रमाणित करता है और ट्रंकेशन, हैडर-फ़ील्ड हेरफेर और आरक्षित-बाइट तस्करी हमलों को रोकता है
STREAM-शैली अंतिम चंक: AAD में एक अंतिम-चंक फ़्लैग ट्रंकेशन और अपेंड हमलों को रोकता है (STREAM निर्माण से प्रेरित)
प्रति फ़ाइल ताज़ा यादृच्छिकता: प्रत्येक एन्क्रिप्शन के लिए क्रिप्टोग्राफिक रूप से यादृच्छिक 16-बाइट सॉल्ट और 12-बाइट बेस नॉन्स उत्पन्न होता है, हैडर में संग्रहीत
इन-प्लेस एन्क्रिप्शन: ring के माध्यम से seal_in_place_separate_tag / open_in_place हॉट लूप में आवंटन को कम करता है
पासवर्ड ज़ीरोइज़ेशन: कुंजियाँ और पासवर्ड उपयोग के बाद मेमोरी से सुरक्षित रूप से मिटा दिए जाते हैं
O_DIRECT + सेक्टर-संरेखित प्रारूप: 4 KiB-संरेखित हैडर और चंक स्लॉट O_DIRECT I/O को सक्षम करते हैं, NVMe पर DMA-स्पीड रीड/राइट के लिए कर्नेल पेज कैश को बायपास करते हैं। बफर पूल 4096-बाइट संरेखण के साथ std::alloc का उपयोग करते हैं
निर्देशिका एन्क्रिप्शन: पूरी निर्देशिकाओं को एक एकल एन्क्रिप्टेड आर्काइव के रूप में एन्क्रिप्ट करें। Tar-आधारित पैकिंग फ़ाइल नाम, अनुमतियाँ, टाइमस्टैम्प और निर्देशिका संरचना को सिफरटेक्स्ट के अंदर संरक्षित करती है। निष्कर्षण पथ ट्रैवर्सल और सिमलिंक एस्केप हमलों के खिलाफ मान्य करता है
स्व-वर्णन फ़ाइल प्रारूप: हैडर सिफर, चंक आकार, मूल फ़ाइल आकार, सॉल्ट, बेस नॉन्स और Argon2id KDF पैरामीटर संग्रहीत करता है

प्रदर्शन

cargo bench (Criterion, 10 नमूने प्रति माप) के साथ बेंचमार्क किया गया। कुंजी व्युत्पत्ति शामिल नहीं है - संख्याएँ केवल शुद्ध क्रिप्टो थ्रूपुट दर्शाती हैं।

हार्डवेयर:

CPU: AMD Ryzen 5 5600X (6c/12t @ 3.7 GHz बेस)
RAM: 2x 8 GiB DDR4-2666 (डुअल चैनल, कुल 16 GiB)
OS: Linux

I/O पर नोट: Criterion अस्थायी फ़ाइलें /tmp में लिखता है, जो इस सिस्टम पर tmpfs (RAM-समर्थित) है। O_DIRECT के साथ, कर्नेल tmpfs पर वास्तविक अतुल्यकालिक DMA का उपयोग नहीं कर सकता, इसलिए ये संख्याएँ सिफर थ्रूपुट + io_uring ओवरहेड को DMA बायपास लाभ के बिना दर्शाती हैं। एक वास्तविक Gen4 NVMe ड्राइव पर, O_DIRECT पेज-कैश डबल-बफ़रिंग को समाप्त करता है और DMA को सीधे संरेखित बफर पूल में सक्षम करता है, जिससे काफी अधिक थ्रूपुट मिलना चाहिए।

फ़ाइल आकार	AES-256-GCM एन्क्रिप्ट	ChaCha20 एन्क्रिप्ट	AES-256-GCM डिक्रिप्ट	ChaCha20 डिक्रिप्ट
64 KiB	244 MiB/s	233 MiB/s	233 MiB/s	234 MiB/s
1 MiB	1.08 GiB/s	882 MiB/s	1010 MiB/s	876 MiB/s
16 MiB	1.10 GiB/s	923 MiB/s	1.06 GiB/s	988 MiB/s
64 MiB	984 MiB/s	935 MiB/s	988 MiB/s	973 MiB/s
256 MiB	1.00 GiB/s	1015 MiB/s	1.01 GiB/s	1.02 GiB/s

चंक आकार स्वीप (AES-256-GCM, 64 MiB फ़ाइल):

चंक आकार	थ्रूपुट
64 KiB	1.01 GiB/s
256 KiB	1.05 GiB/s
1 MiB	1.07 GiB/s
4 MiB	988 MiB/s
8 MiB	988 MiB/s
16 MiB	1.00 GiB/s

प्रदर्शन विशेषताएँ

यह इंजन सिफर संचालन के लिए ring (असेंबली-ऑप्टिमाइज्ड AES-NI / NEON / ARMv8-CE) और I/O के लिए ट्रिपल-बफर्ड io_uring पाइपलाइन का उपयोग करता है। तीन पूर्व-आवंटित बफर पूल पाइपलाइन के माध्यम से घूमते हैं: जबकि पूल A के राइट्स कर्नेल में पूरे हो रहे हैं, पूल B को Rayon द्वारा CPU पर एन्क्रिप्ट किया जा रहा है, और पूल C के रीड्स कर्नेल को सबमिट किए जा रहे हैं। यह I/O विलंबता को क्रिप्टो गणना के साथ ओवरलैप करता है।

क्यों AES-256-GCM छोटी फ़ाइलों पर ChaCha20-Poly1305 से तेज़ है: ring का AES-GCM बैकएंड x86-64 पर उपलब्ध AES-NI + CLMUL हार्डवेयर निर्देशों का शोषण करता है, जो इसे ChaCha20 (जो एक सॉफ्टवेयर सिफर है) पर हार्डवेयर लाभ देता है। बड़े आकारों पर दोनों सिफर ~1.0 GiB/s पर अभिसरित होते हैं, जो दर्शाता है कि बाधा सिफर थ्रूपुट से I/O सबमिशन ओवरहेड में स्थानांतरित हो जाती है।

क्यों पीक थ्रूपुट 1-16 MiB पर है, 256 MiB पर नहीं: छोटी फ़ाइलों (1-16 MiB) में कुछ चंक होते हैं, इसलिए Rayon समानांतरता कुशल है और कार्यशील सेट कैश में फिट होता है। 64-256 MiB पर, io_uring पाइपलाइन पूरी तरह से सक्रिय है (तीन बैच इन-फ़्लाइट), लेकिन प्रति-SQE सबमिशन और CQE पूर्णता ओवरहेड चंक गणना के साथ स्केल होता है। ट्रिपल-बफर डिज़ाइन सुनिश्चित करता है कि I/O और क्रिप्टो ओवरलैप हों, इस लागत को आंशिक रूप से छिपाते हुए।

क्यों ~1.0 GiB/s, न कि 10+ GiB/s: आधुनिक AES-NI प्रति कोर 2-4 GiB/s धक्का दे सकता है। 12 थ्रेड्स के साथ, कच्चा सिफर थ्रूपुट 10 GiB/s से अधिक हो सकता है। तीन कारक अंतर की व्याख्या करते हैं:

io_uring प्रति-SQE ओवरहेड: प्रत्येक चंक को एक रीड SQE और एक राइट SQE की आवश्यकता होती है। 256 MiB फ़ाइल के लिए 256 चंकों के साथ, यह 512 SQEs सबमिट और 512 CQEs प्राप्त होते हैं। जबकि io_uring pread/pwrite के प्रति-syscall कर्नेल संक्रमण लागत से बचाता है, फिर भी इसमें प्रति SQE रिंग-बफर और मेमोरी-बैरियर ओवरहेड होता है।
पाइपलाइन गहराई: PIPELINE_DEPTH=3 के साथ, किसी भी समय केवल तीन बैच पाइपलाइन के माध्यम से घूमते हैं। स्थिर-अवस्था ओवरलैप के लिए कम से कम तीन बैचों की आवश्यकता होती है; जो फ़ाइलें एक या दो बैचों में फिट होती हैं, उन्हें पाइपलाइनिंग से लाभ नहीं होता है।
कैश पदानुक्रम प्रभाव: 5600X में प्रति कोर 512 KiB L2 और 32 MiB साझा L3 है। डिफ़ॉल्ट 4 MiB चंक L2 से अधिक है, और लगभग 21 चंकों का एक बैच (84 MiB सक्रिय कार्यशील सेट) L3 से काफी अधिक है। छोटे चंक आकार (64-256 KiB) चंक स्वीप में बेहतर थ्रूपुट दिखाते हैं क्योंकि कार्यशील सेट का अधिक भाग कैश में रहता है।

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