Водоворот (хеш-функция) - Whirlpool (hash function)

В информатике и криптография , Whirlpool (иногда стилизованной WHIRLPOOL ) является криптографической хэш - функция . Он был разработан Винсентом Рейменом (соавтором Advanced Encryption Standard ) и Пауло SLM Баррето , который впервые описал его в 2000 году.

Хэш рекомендован проектом NESSIE . Он также был принят Международной организацией по стандартизации (ISO) и Международной электротехнической комиссией (IEC) как часть совместного международного стандарта ISO / IEC 10118-3 .

Особенности дизайна

Галактика Водоворот (M51), который вдохновил название алгоритма.

Whirlpool - это хэш, разработанный после блочного шифра Square , и считается, что он принадлежит к этому семейству функций блочного шифра.

Whirlpool - это конструкция Miyaguchi-Preneel, основанная на существенно модифицированном стандарте Advanced Encryption Standard (AES).

Whirlpool принимает сообщение любой длины менее 2 ²⁵⁶ бит и возвращает 512-битный дайджест сообщения .

Авторы заявили, что

«WHIRLPOOL не запатентован (и никогда не будет) запатентован. Его можно использовать бесплатно для любых целей».

Изменения версии

Оригинальный Whirlpool будет называться Whirlpool-0 , первая версия Whirlpool будет называться Whirlpool-T, а последняя версия будет называться Whirlpool в следующих тестовых векторах.

• В первой редакции 2001 года S-блок был изменен с генерируемого случайным образом блока с хорошими криптографическими свойствами на блок с лучшими криптографическими свойствами, который легче реализовать на оборудовании.
• Во второй редакции (2003 г.) был обнаружен недостаток в матрице диффузии, который снизил оценочную безопасность алгоритма ниже его потенциального уровня. Изменение констант вращающейся матрицы 8x8 с (1, 1, 3, 1, 5, 8, 9, 5) на (1, 1, 4, 1, 8, 5, 2, 9) решило эту проблему.

Внутренняя структура

Хеш-функция Whirlpool - это конструкция Меркла-Дамгарда, основанная на AES- подобном блочном шифре W в режиме Миягути-Пренеля .

Блочный шифр W состоит из состояния матрицы 8 × 8 байт, в общей сложности на 512 бит. ${\ displaystyle S}$

Процесс шифрования состоит из обновления состояния с помощью четырех раундовых функций в течение 10 раундов. Четыре функции раунда: SubBytes (SB), ShiftColumns (SC), MixRows (MR) и AddRoundKey (AK). Во время каждого раунда новое состояние вычисляется как . ${\ Displaystyle S = AK \ CIRC MR \ CIRC SC \ CIRC SB (S)}$

SubBytes

Операция SubBytes применяет нелинейную перестановку (S-блок) к каждому байту состояния независимо. 8-битный S-блок состоит из 3 меньших 4-битных S-блоков.

ShiftColumns

Операция ShiftColumns циклически сдвигает каждый байт в каждом столбце состояния. Байты столбца j сдвинуты вниз на j позиций.

MixRows

Операция MixRows - это правое умножение каждой строки на матрицу 8 × 8 . Матрица выбирается так, чтобы число ветвей (важное свойство при рассмотрении устойчивости к дифференциальному криптоанализу ) было 9, что является максимальным. ${\ displaystyle GF ({2 ^ {8}})}$

AddRoundKey

Операция AddRoundKey использует побитовый xor для добавления ключа, рассчитанного по расписанию ключей, к текущему состоянию. Расписание ключей идентично самому шифрованию, за исключением того, что функция AddRoundKey заменена функцией AddRoundConstant, которая добавляет заранее определенную константу в каждом раунде.

Хеши Whirlpool

Алгоритм Whirlpool претерпел две модификации с момента его первоначальной спецификации 2000 года.

Люди, использующие Whirlpool, скорее всего, будут использовать самую последнюю версию Whirlpool; хотя в более ранних версиях Whirlpool нет известных слабых мест в системе безопасности, последняя версия имеет лучшие характеристики эффективности аппаратной реализации и, вероятно, будет более безопасной. Как упоминалось ранее, это также версия, принятая в международном стандарте ISO / IEC 10118-3 .

512-битные (64-байтовые) хэши Whirlpool (также называемые дайджестами сообщений ) обычно представлены как 128-значные шестнадцатеричные числа.
Ниже показан 43-байтовый ввод ASCII (без кавычек) и соответствующие хэши Whirlpool:

 4F8F5CB531E3D49A61CF417CD133792CCFA501FD8DA53EE368FED20E5FE0248C
 3A0B64F98A6533CEE1DA614C3A8DDEC791FF05FEE6D971D57C1348320F4EB42D

 3CCF8252D8BBB258460D9AA999C06EE38E67CB546CFFCF48E91F700F6FC7C183
 AC8CC3D3096DD30A35B01F4620A1E3A20D79CD5168544D9E1B7CDF49970E87F1

 B97DE512E91E3828B40D2B0FDCE9CEB3C4A71F9BEA8D88E75C4FA854DF36725F
 D2B52EB6544EDCACD6F8BEDDFEA403CB55AE31F03AD62A5EF54E42EE82C3FB35

Даже небольшое изменение в сообщении приведет (с чрезвычайно высокой вероятностью ) к другому хешу, который обычно будет выглядеть совершенно иначе, как два несвязанных случайных числа. Следующее демонстрирует результат изменения предыдущего ввода одной буквой (даже одним битом в кодировках, совместимых с ASCII), заменяя d на e : ${\ displaystyle 1-10 ^ {- 154}}$

 228FBF76B2A93469D4B25929836A12B7D7F2A0803E43DABA0C7FC38BC11C8F2A
 9416BBCF8AB8392EB2AB7BCB565A64AC50C26179164B26084A253CAF2E012676

 C8C15D2A0E0DE6E6885E8A7D9B8A9139746DA299AD50158F5FA9EECDDEF744F9
 1B8B83C617080D77CB4247B1E964C2959C507AB2DB0F1F3BF3E3B299CA00CAE3

 C27BA124205F72E6847F3E19834F925CC666D0974167AF915BB462420ED40CC5
 0900D85A1F923219D832357750492D5C143011A76988344C2635E69D06F2D38C

Хеш строки нулевой длины:

 B3E1AB6EAF640A34F784593F2074416ACCD3B8E62C620175FCA0997B1BA23473
 39AA0D79E754C308209EA36811DFA40C1C32F1A2B9004725D987D3635165D3C8

 470F0409ABAA446E49667D4EBE12A14387CEDBD10DD17B8243CAD550A089DC0F
 EEA7AA40F6C2AAAB71C6EBD076E43C7CFCA0AD32567897DCB5969861049A0F5A

 19FA61D75522A4669B44E39C1D2E1726C530232130D407F89AFEE0964997F7A7
 3E83BE698B288FEBCF88E3E03C4F0757EA8964E59B63D93708B138CC42A66EB3

Реализации

Авторы предоставляют эталонные реализации алгоритма Whirlpool, включая версию, написанную на C, и версию, написанную на Java . Эти эталонные реализации были выпущены в общественное достояние.

Принятие

Двумя из первых широко используемых основных криптографических программ, которые начали использовать Whirlpool, были FreeOTFE , за которыми в 2005 году последовала TrueCrypt .

VeraCrypt (ответвление TrueCrypt ) включил Whirlpool (окончательную версию) в качестве одного из поддерживаемых алгоритмов хеширования.

Смотрите также

• Цифровая отметка времени

Рекомендации

Внешние ссылки

• Хеш-функция WHIRLPOOL на Wayback Machine (архивировано 29 ноября 2017 г.)
• Jacksum на SourceForge.net , Java-реализация всех трех версий Whirlpool
• whirlpool на GitHub - реализация последней версии Whirlpool на Go с открытым исходным кодом
• Реализация в Matlab функции хеширования Whirlpool
• RHash , инструмент командной строки с открытым исходным кодом , который может вычислять и проверять хэш Whirlpool.
• Модуль Perl Whirlpool на CPAN
• Модуль дайджеста, реализующий алгоритм хеширования Whirlpool в Ruby
• Ironclad - пакет криптографии Common Lisp , содержащий реализацию Whirlpool.
• Стандарт ISO / IEC 10118-3: 2004
• Тестовые векторы для хэша Whirlpool из проекта NESSIE
• Управляемая реализация C #
• Модуль Python Whirlpool