SHA-3 (конкурс)
Из Википедии, свободной энциклопедии
«SHA-3» — конкурс Национального института стандартов и технологий (NIST) на новую криптографическую хеш-функцию, предназначенную для дополнения и замены SHA-1 и SHA-2. Проводился в течение в 2007—2012 годов, в результате был избран алгоритм для реализации SHA-3.

Официально объявлен в журнале Federal Register 2 ноября 2007 года[1]. Подобный конкурсный процесс алгоритма был использован ранее для шифрования Advanced Encryption Standard («AES»)[2]. 2 октября 2012 года объявлены результаты: хеш-алгоритмом под наименованием SHA-3 стал алгоритм Keccak[3].
Цели конкурса
Изначально организаторы конкурса предполагали заменить старые хеш-функции победителем, так как в 2006 году возникло предположение, что в будущем надежность хеш-функции SHA-2 значительно снизится из-за роста мощности и производительности устройств, а также из-за появления новых методов криптоанализа. Но к 2013 году так и не было предложено ни одной достаточно серьёзной атаки на SHA-2, и, по мнению Брюса Шнайера, переход на SHA-3 не являлся необходимым[4].
Процесс
Суммиров вкратце
Перспектива
Подача заявок была завершена 31 октября 2008 года. Список кандидатов, прошедших в первый раунд, был опубликован 9 декабря 2008 года[5]. В конце февраля 2009 года NIST провели конференцию, где представили заявленные в конкурс хеш-функции и обсудили критерии прохождения во второй раунд[6]. Список из 14 кандидатов, прошедших в раунд 2, был опубликован 24 июля 2009 года[7]. Ещё одна конференция состоялась 23 и 24 августа 2010 года в University of California, Santa Barbara, где были рассмотрены кандидаты, прошедшие во второй раунд[8]. О последнем туре кандидатов было объявлено 10 декабря 2010 года.[9] И только 2 октября 2012 года NIST объявил победителя — Keccak, его создатели: Guido Bertoni[англ.], Joan Daemen, Gilles Van Assche[англ.] из STMicroelectronics и Michaël Peeters[англ.] из NXP[3].
В отчётах NIST описывались критерии оценки конкурсантов; основными критериями оценки были безопасность, производительность и алгоритм хеш-функции[10][11][12].
Безопасность
Рассматривая безопасность алгоритмов-конкурсантов, NIST оценивал применимость хеш-функции, её устойчивость к атакам, соответствие общим для хеш-функций требованиям, а также соответствие требованиям для участников, использующих HMAC, псевдослучайные функции или рандомизированное хеширование. Этот критерий учитывался в первую очередь.
Производительность
Производительность — второй по важности критерий оценки после безопасности. При его проверке смотрели на скорость работы и требования к памяти. Сравнение происходило следующим образом:
- В тесте ECRYPT Benchmarking of All Submitted Hashes (сокращённо eBASH) производились замеры скорости вычисления для большого числа 32- и 64-битных платформ.
- Тест eXternal Benchmarking eXtension (сокращённо XBX) предоставил результаты для портативных устройств.
- Дополнительно проверялась производительность и возможность оптимизации на многоядерных архитектурах. Тесты производились на архитектурах Cell Broadband Engine (сокращённо Cell) и NVIDIA Graphics Processing Units (сокращённо GPU)[13].
Также оценивалась скорость работы на конечных устройствах: ПК, мобильных устройствах (точки доступа, роутеры, портативные медиаплееры, мобильные телефоны и терминалы оплаты) и виртуальных машинах[14].
Алгоритм и характеристики реализации
Основными параметрами оценки алгоритма были гибкость и простота дизайна. Гибкость включает в себя возможность использования хеш-функции на большом числе платформ и возможности расширения набора инструкций процессора и распараллеливания (для увеличения производительности). Простота дизайна оценивалась по сложности анализа и понимания алгоритма, таким образом простота дизайна дает больше уверенности в оценке безопасности алгоритма.
Участники
Суммиров вкратце
Перспектива
NIST выбрали 51 хеш-функцию в первый тур[5]. 14 из них прошло во второй раунд[7], из которых было выбрано 5 финалистов. Неполный список участников представлен ниже.
Победитель
Победитель был объявлен 2 октября 2012 года, им стал алгоритм Keccak[15]. Он стал самым производительным на аппаратной реализации среди финалистов, а также в нём был использован нераспространённый метод шифрования — функция губки. Таким образом, атаки, рассчитанные на SHA-2, не будут работать. Ещё одним существенным преимуществом SHA-3 является возможность его реализации на миниатюрных встраиваемых устройствах (например, USB-флеш-накопитель).
Финалисты
NIST выбрал пять кандидатов, прошедших в третий (и последний) тур[16]:
Организаторами были опубликованы некоторые критерии, на которых основывался выбор финалистов[17]:
- Производительность: «Некоторые алгоритмы были уязвимы из-за очень больших требований к производительности.»[17]
- Безопасность: «Мы предпочли быть консервативными в безопасности и в некоторых случаях не выбрали алгоритмы с исключительной производительностью, потому что они менее безопасны в значительной степени.»[17]
- Анализ: «NIST устранено несколько алгоритмов из-за неполной проверки или незрелости проекта.»
- Разнообразие: «Хеш-функции, прошедшие в финал, основаны на различных режимах работы, в том числе и на принципе криптографической губки. С разными внутренними структурами, в том числе на основе AES, Bit slicing и на переменных XOR с дополнением.»[17]
Также был выпущен отчёт, поясняющий оценку алгоритмов[18][19].
Хеш-функции, не прошедшие в финал
Следующие хеш-функции попали во второй раунд, но не прошли в финал. Также было при объявлении финалистов: «Ни один из этих кандидатов не был явно взломан». В скобках указана причина, по которой хеш-функции не стала финалистом.
- Blue Midnight Wish[20][21] (возможны проблемы с безопасностью)
- CubeHash (Bernstein) (проблемы с производительностью)
- ECHO (France Telecom)[22] (проблемы с производительностью)
- Fugue (IBM) (возможны проблемы с безопасностью)
- Hamsi[23] (высокие требования к ПЗУ, возможны проблемы с безопасностью)
- Luffa[24] (возможны проблемы с безопасностью)
- Shabal[25] (возможны проблемы с безопасностью)
- SHAvite-3[26] (возможны проблемы с безопасностью)
- SIMD (проблемы с производительностью, возможны проблемы с безопасностью)
Хеш-функции, не прошедшие во второй раунд
Следующие представители хеш-функций были приняты для первого раунда, но не прошли во второй. У них не было существенных криптографических уязвимостей. Большинство из них имеют слабые места в дизайне компонентов или у них были замечены проблемы с производительностью.
Заявленные хеш-функции с существенными уязвимостями
Не прошедшие в первый раунд хеш-функции имели существенные криптографические уязвимости:
Отказавшиеся конкурсанты
На протяжении первого раунда некоторые конкурсанты сами отказались от участия в конкурсе, потому что были взломаны на веб-сайте первого раунда конкурса[59]:
Отклонённые участники
Некоторые хеш-функции не были приняты в качестве кандидатов после внутреннего обзора NIST[5]. NIST не сообщил подробностей относительно того, почему эти кандидаты были отклонены. NIST также не дал полный список отклонённых алгоритмов, но 13 из них известны[5][73], но только следующие из них были опубликованы.
Классификация кандидатов
Суммиров вкратце
Перспектива
В таблице перечислены известные участники конкурса с указанием основных атрибутов хеш-функций и найденных атак.[84] В ней используются следующие аббревиатуры:
- FN англ. A Feistel network — сеть Фейстеля;
- WP англ. Wide Pipe design — метод построения криптографических хеш-функций, похожий на структуру Меркла — Дамгора;
- KEY англ. Key schedule — алгоритм[англ.], получающий ключи для каждого раунда хеширования;
- MDS англ. MDS Matrix — размер MDS[англ.]-матрицы;
- OUT англ. Output Transformation — криптографическая операция, осуществляемая в последней выходной итерации;
- SBOX англ. S-box — S-блоки;
- FSR англ. Feedback Shift Register — регистр сдвига с линейной обратной связью;
- ARX англ. Addition Rotation XOR — сложение, циклический сдвиг и XOR;
- BOOLангл. Boolean operations — булева алгебра;
- COL англ. Collision Attack — самая лучшая из известных атак на поиск коллизий, лучше чем атаке «дней рождения»;
- PRE англ. Preimage Attack — вторая лучшая атака на поиск коллизий, лучше чем атака удлинением сообщения;
Хеш-алгоритм | FN | WP | KEY | MDS | OUT | SBOX | FSR | ARX | BOOL | COL | PRE |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Abacus | - | X | - | 4 x 4 | X | 8 x 8 | X | - | - | ||
ARIRANG | X | X | X | 4 x 4, 8 x 8 | - | 8 x 8 | - | - | - | - | - |
AURORA | - | - | X | 4 x 4 | X | 8 x 8 | - | - | - | ||
BLAKE | X | - | X | - | - | - | - | X — | - | - | - |
Blender | - | X | - | - | - | - | - | X | - | ||
BMW | - | X | X | - | - | - | - | X | - | - | - |
*Boole | - | - | - | - | X | - | X | - | |||
Cheetah | - | - | X | 4 x 4, 8 x 8 | - | 8 x 8 | - | - | - | - | - |
Chi | X | X | X | - | - | 4 x 3 | - | - | , | - | - |
CRUNCH | X | - | X | - | - | 8 x 1016 | - | - | - | - | - |
CubeHash8/1 | - | - | - | - | - | - | - | X | - | - | |
*DHC | - | - | X | - | - | 8 x 8 | - | - | - | ||
DynamicSHA | X | - | X | - | - | - | - | - | , , | - | |
DynamicSHA2 | X | - | X | - | - | - | - | X | , , | - | - |
ECHO | - | X | - | 4 x 4 | - | 8 x 8 | - | - | - | - | - |
ECOH | - | - | X | - | - | - | - | - | - | - | - |
Edon-R | - | X | X | - | - | - | - | X | - | - | |
EnRUPT | - | X | - | - | - | - | - | X | - | - | |
Essence | - | - | - | - | - | - | X | - | - | - | - |
FSB | - | X | - | - | X | - | - | - | - | - | - |
Fugue | - | X | - | 4 x 4 | X | 8 x 8 | - | - | - | - | - |
Gr0stl | - | X | - | 8 x 8 | X | 8 x 8 | - | - | - | - | - |
Hamsi | - | - | X | - | - | 4 x 4 | - | - | - | - | - |
JH | X | X | - | 1.5 x 1.5 | - | 4 x 4 | - | - | - | ||
Keccak | - | X | - | - | - | - | - | - | , | - | - |
*Khichidi-1 | - | - | X | - | - | - | X | - | - | ||
LANE | - | - | X | 4 x 4 | X | 8 x 8 | - | - | - | - | - |
Lesamnta | X | - | X | 2 x 2, 4 x 4 | X | 8 x 8 | - | - | - | - | - |
Luffa | - | - | - | - | X | 4 x 4 | - | - | - | - | - |
Lux | - | X | - | 4 x 4 , 8 x 8 | X | 8 x 8 | - | - | - | - | - |
MCSSHA-3 | - | - | - | - | - | - | X | - | - | ||
MD6 | - | X | - | - | - | - | X | - | - | - | |
*MeshHash | - | - | - | - | X | 8 x 8 | - | - | - | - | |
NaSHA | X | - | - | - | - | 8 x 8 | X | - | - | - | |
SANDstorm | - | - | X | - | - | 8 x 8 | - | - | , | - | - |
Sarmal | X | - | - | 8 x 8 | - | 8 x 8 | - | - | - | - | |
Sgail | - | X | X | 8 x 8, 16 x 16 | - | 8 x 8 | - | X | - | - | - |
Shabal | - | - | X | - | - | - | X | - | , | - | - |
*SHAMATA | X | X | X | 4 x 4 | - | 8 x 8 | - | - | - | ||
SHAvite-3 | X | - | X | 4 x 4 | - | 8 x 8 | X | - | - | - | - |
SIMD | X | X | X | TRSC+ | - | - | - | - | , , | - | - |
Skein | X | X | X | - | X | - | - | X | - | - | - |
Spectral Hash | - | - | - | - | X | 8 x 8 | - | - | - | - | - |
*StreamHash | - | - | - | - | - | 8 x 8 | - | - | - | - | |
SWIFFTX | - | - | - | - | - | 8 x 8 | - | - | - | - | - |
*Tangle | - | X | X | - | - | 8 x 8 | - | X | , , | - | |
TIB3 | U | - | X | - | - | 3 x 3 | - | - | - | - | - |
Twister | - | X | - | 8 x 8 | X | 8 x 8 | - | - | - | ||
Vortex | - | - | - | 4 x 4 | X | 8 x 8 | - | - | - | ||
*WAMM | - | X | - | - | X | 8 x 8 | - | - | - | - | - |
*Waterfall | - | X | - | - | X | 8 x 8 | X | - | - | - |
Таблица классификации
— Ewan Fleischmann, Christian Forler и Michael Gorski. "Classifcation of the SHA-3 Candidates"
Примечания
Ссылки
Wikiwand - on
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.