Hardware offload van decryptie in het QUIC-protocol op een Xilinx Zynq-7000 SoC

Abstract

De derde en recentste HTTP-versie maakt gebruik van het QUIC-protocol. Omdat QUIC een geëncrypteerd, connection-oriented protocol is, vereist het veel processorintensieve berekeningen. Hierdoor kunnen servers slechts een beperkt aantal QUIC-connecties bedienen. Deze masterproef tracht dat te verbeteren d.m.v. hardware offloading.

De voornaamste bottleneck is het kopiëren van gegevens tussen user space en kernel space. Op de tweede plaats staan de cryptografische berekeningen. Controleoperaties, als derde, kunnen best in software blijven gezien de complexiteit van QUIC. Daarom is er gekozen voor een architectuur waarbij de cryptografie geoffload wordt. De proefopstelling ontleedt inkomende 1-RTT-QUIC-pakketten en controleert of er sleutels beschikbaar zijn op basis van de destination connection ID. Deze lookup gebeurt met behulp van een probabilistic data structure. Vervolgens worden de sleutels uitgelezen zodat het pakket gedecrypteerd kan worden. Tot slot wordt het ontcijferde pakket doorgegeven aan het operating system.

De maximale klokfrequentie van de proefoptelling, bepaald voor een Zync-7000 SoC, is 83,33 MHz. Dit levert een throughput van 2,67 Gbit/s op. De proefopstelling introduceert 756 ns extra latency. Verder duurt de decryptie van een 88 bytes lang QUIC-pakket in hardware 1,16 µs, terwijl de geteste softwaresystemen er gemiddeld 1,59 µs en 5,69 µs over doen. Er kan dus besloten worden dat de proefopstelling aantoont dat een hardware offload voor decryptie van 1-RTT-QUIC-pakketten een snelheidswinst oplevert.