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VAESEM.VS

RISC-V VAESEM.VS 指令详解

指令手册OP-VE vector-scalar form

向量 AES 中间轮加密:所有 128 位状态组使用 vs2 中一个标量轮密钥组。

指令语法

vaesem.vs vd, vs2

vd 读取旧状态并接收新状态;vs2 提供轮密钥,二者均为向量寄存器 v0–v31。没有第三个源、立即数或 v0.t 掩码操作数;v0 作为数据寄存器时可以写入。

32 位 OP-VE:opcode=1110111,funct6=101001,vm=1,vs1=00010,funct3=010;vs1 是固定选择字段,不是源操作数。

要求启用 Zvkned 与向量状态,SEW=32、EGW=128、EGS=4。SubBytes → ShiftRows → MixColumns → round-key XOR;所有活动状态组使用 vs2 元素组 0;vd 与此标量密钥组重叠的编码保留。

从元素组 vstart/4 处理至 vl/4−1。vl、vstart 不是 4 的整数倍时编码保留;其它 SEW 也保留。LMUL*VLEN<128 时,即使 vl=0 也引发非法指令异常。执行延迟必须与操作数据无关。

Zvkned向量密码AES

指令行为说明

vaesem.vs 执行 AES 中间轮加密操作。它以 128 位 element group 为单位读取 vd 中的状态,依次应用 SubBytes、ShiftRows、MixColumns,再与 vs2 中一个标量 128 位轮密钥 element group 异或,并将新状态写回 vd。SEW 必须为 32。

VAESEM.VS 指令解析与执行动画

受限教学模型只展示官方 ISA 可见字段、状态与条件,不模拟完整密码协议或微架构。

vaesem.vs
fixed 101001 / vm=1 / vs1=00010vs2=v16vs1=00010funct3=010vd=v8opcode=1110111
执行数据路径

state -> SubBytes, ShiftRows, MixColumns, then AddRoundKey -> vd

结果待定

快速理解与检索要点

向量 AES 中间轮加密:所有 128 位状态组使用 vs2 中一个标量轮密钥组。

执行 AES 中间轮加密:依次为 SubBytes、ShiftRows、MixColumns 和轮密钥异或。
该 element-group 密码指令没有 vm 掩码操作数,按 element group 粒度执行。
SEW=32、EGW=128、EGS=4;vl 和 vstart 不是 4 的倍数时编码保留。LMUL*VLEN<128 时,即使 vl=0 也引发非法指令异常。

向量执行上下文

vd 读取旧状态并接收新状态;vs2 提供轮密钥,二者均为向量寄存器 v0–v31。没有第三个源、立即数或 v0.t 掩码操作数;v0 作为数据寄存器时可以写入。

32 位 OP-VE:opcode=1110111,funct6=101001,vm=1,vs1=00010,funct3=010;vs1 是固定选择字段,不是源操作数。

要求启用 Zvkned 与向量状态,SEW=32、EGW=128、EGS=4。SubBytes → ShiftRows → MixColumns → round-key XOR;所有活动状态组使用 vs2 元素组 0;vd 与此标量密钥组重叠的编码保留。

从元素组 vstart/4 处理至 vl/4−1。vl、vstart 不是 4 的整数倍时编码保留;其它 SEW 也保留。LMUL*VLEN<128 时,即使 vl=0 也引发非法指令异常。执行延迟必须与操作数据无关。

The RISC-V Instruction Set Manual, Volume I: Unprivileged Architecture — Version 20260120, Chapter 33

常见使用场景

加密与密码

启用 Zvkned 与向量状态,VLEN=128、LMUL=1、SEW=32、vl=4、vstart=0;v8 旧状态与 v16 轮密钥均为零。按本指令轮函数计算并写回 v8=0x63636363636363636363636363636363,仅更新此活动组。

向量化加速

启用 Zvkned 与向量状态,VLEN=128、LMUL=1、SEW=32、vl=4、vstart=0;v8 旧状态与 v16 轮密钥均为零。按本指令轮函数计算并写回 v8=0x63636363636363636363636363636363,仅更新此活动组。

使用前检查清单

语法检查
  • vd 读取旧状态并接收新状态;vs2 提供轮密钥,二者均为向量寄存器 v0–v31。没有第三个源、立即数或 v0.t 掩码操作数;v0 作为数据寄存器时可以写入。
  • 32 位 OP-VE:opcode=1110111,funct6=101001,vm=1,vs1=00010,funct3=010;vs1 是固定选择字段,不是源操作数。
语义检查
  • 要求启用 Zvkned 与向量状态,SEW=32、EGW=128、EGS=4。SubBytes → ShiftRows → MixColumns → round-key XOR;所有活动状态组使用 vs2 元素组 0;vd 与此标量密钥组重叠的编码保留。
  • 从元素组 vstart/4 处理至 vl/4−1。vl、vstart 不是 4 的整数倍时编码保留;其它 SEW 也保留。LMUL*VLEN<128 时,即使 vl=0 也引发非法指令异常。执行延迟必须与操作数据无关。

容易混淆 / 常见误区

没有 vm 操作数;该 element-group crypto 指令不可掩码执行。
`.vs` 标量操作数是向量寄存器 vs2 中的 element group,不是 GPR 或 FP 标量寄存器。
对于 `.vs` 形式,vd 不得与 vs2 标量 element group 重叠。
SEW=32、EGW=128、EGS=4;vl 和 vstart 必须是 4 的整数倍,且 LMUL*VLEN 至少覆盖 128 位 element group。

常见问题

VAESEM.VS 是否总能带 v0.t 掩码?

不能。该类 element-group 密码指令没有 vm 操作数;不要把普通 RVV 掩码语法套到页面示例中。

VAESEM.VS 的元素宽度由什么决定?

该指令固定 SEW=32 并以 128 位 element group 执行;其它 SEW 的编码为保留编码。