CubeHash - CubeHash

CubeHash является криптографической хэш - функция представляется NIST хэш - функции конкуренции со стороны Daniel J. Bernstein . CubeHash имеет 128-байтовое состояние, использует широкую конвейерную структуру и основан на ARX . Блоки сообщений подвергаются операции XOR с начальными битами 128-байтового состояния, которое затем проходит через r- циклическое биективное преобразование между блоками. Первоначальное предложение NIST («Cubehash8 / 1») требовало около 200 циклов на байт . После разъяснений от NIST автор изменил предложение на Cubehash16 / 32, который «примерно в 16 раз быстрее, чем CubeHash8 / 1, легко догоняя как SHA-256, так и SHA-512 на эталонной платформе», сохраняя при этом «удобный маржа безопасности ».

CubeHash прошел во второй тур конкурса, но не был выбран в числе 5 финалистов. С тех пор Бернштейн дополнительно настроил параметры, и его основная рекомендация - CubeHash512, определяемый как CubeHash16 + 16/32 + 32–512.

Операция

Это описание относится к последней спецификации, а не к представлению NIST.

CubeHash имеет 5 параметров, конкретный экземпляр обозначается CubeHash i + r / b + f - h .

  • i - количество начальных раундов
  • r - количество раундов в блоке
  • b - размер блока в байтах, определенный для {1, 2, 3, ... 128}
  • f - количество финальных раундов
  • h - размер хеш-вывода в битах, определенный для {8, 16, 24, 32, ... 512}

В исходной документации NIST для i и f было установлено значение 10 r . Устаревшее обозначение CubeHash r / b - h указывает, что i и f неявно равны 10 r .

Внутреннее состояние определяется как пятимерный массив слов (четырехбайтовых целых чисел), 0-1 в обоих измерениях. Слова обозначаются своими координатами от [00000] до [11111]. Слова обрабатываются с прямым порядком байтов.

Внутреннее состояние инициализируется установкой первых трех слов ([00000], [00001], [00010]) на h / 8, b и r соответственно, все остальные слова на ноль. Затем состояние проходит через i раундов, и этап инициализации завершается. Состояние теперь является вектором инициализации (IV). IV может быть сохранен и повторно использован для данной комбинации h , b , r .

Сообщение дополняется и разбивается на блоки размером b байтов. Заполнение добавляет 1 бит, за которым следует столько 0 битов, сколько необходимо для создания полного блока.

Каждый блок вводится с помощью операции «исключающее ИЛИ» к первым b байтам состояния, а затем выполняется r раундов преобразования.

Наконец, 1 подвергается XOR слову состояния [11111], а затем выполняется f раундов преобразования.

Выходной хэш теперь содержится в первых h / 8 байтах этого конечного состояния.

Круглая функция

Иллюстрация функции смешивания
Десять шагов функции микширования. Раскрыты два из пяти измерений.

Функция раунда CubeHash состоит из следующих десяти шагов:

  1. Добавьте x [ 0 jklm] в x [ 1 jklm] по модулю 2 32 для каждого (j, k, l, m).
  2. Поверните x [ 0 jklm] вверх на 7 бит для каждого (j, k, l, m).
  3. Поменяйте местами x [ 00 klm] на x [ 01 klm] для каждого (k, l, m).
  4. Xor x [ 1 jklm] в x [ 0 jklm] для каждого (j, k, l, m).
  5. Поменяйте местами x [ 1 jk 0 m] на x [ 1 jk 1 m] для каждого (j, k, m).
  6. Добавьте x [ 0 jklm] в x [ 1 jklm] по модулю 2 32 для каждого (j, k, l, m).
  7. Поверните x [ 0 jklm] вверх на 11 бит для каждого (j, k, l, m).
  8. Поменяйте местами x [ 0 j 0 lm] на x [ 0 j 1 lm] для каждого (j, l, m).
  9. Xor x [ 1 jklm] в x [ 0 jklm] для каждого (j, k, l, m).
  10. Поменяйте местами x [ 1 jkl 0 ] на x [ 1 jkl 1 ] для каждого (j, k, l).

Примеры хешей

В этом примере используется CubeHash80 + 8/1 + 80-512. Вектор инициализации одинаков для всех хэшей 80 + 8/1 + f -512 и выглядит следующим образом: 

5df39869c73009fb108994600f1626e6f37c07360c0d8bb53d19cf57b8e74133\ 
5b8034a3eff9892014c4ff315038ef2a391812fe52a440e9a293527d12ca4570\ 
6e0958933470bf814aa4909adb3ec39384e9c314d0db874af21d45bcacb31252\ 
1ce5ab6a3bf6f05de88abbdd0fcfd3fafb8225d546242eada52540095c3da221

Хеширование сообщения ASCII «Hello» (шестнадцатеричное: 0x48, 0x65, 0x6c, 0x6c, 0x6f) использует 6 блоков сообщений. Сообщение состоит из 5 блоков, и, поскольку это ввод с выравниванием по байтам, имеется 1 блок для заполнения. 512-битное хеш-значение: 

7ce309a25e2e1603ca0fc369267b4d43f0b1b744ac45d6213ca08e7567566444\
8e2f62fdbf7bbd637ce40fc293286d75b9d09e8dda31bd029113e02ecccfd39b

Небольшое изменение в сообщении, такое как переворот одного бита, сильно изменит хеш-вывод из-за лавинного эффекта . Хеширование сообщения "hello" (которое отличается от "Hello" только 1-битной позицией) дает следующее значение хеш-функции: 

01ee7f4eb0e0ebfdb8bf77460f64993faf13afce01b55b0d3d2a63690d25010f\
7127109455a7c143ef12254183e762b15575e0fcc49c79a0471a970ba8a66638

Изменения параметров

CubeHash позволяет использовать множество различных параметров для определения хеш-вывода. Пользователь сам решает, какие параметры он хочет использовать. Вот несколько примеров хэшей разных сообщений с разными параметрами. Все сообщения в формате ASCII. 

message: ""  (the zero-length string)
CubeHash160+16/32+160-512: 4a1d00bbcfcb5a9562fb981e7f7db3350fe2658639d948b9d57452c22328bb32\
                           f468b072208450bad5ee178271408be0b16e5633ac8a1e3cf9864cfbfc8e043a

CubeHash80+8/1+80-512: 90bc3f2948f7374065a811f1e47a208a53b1a2f3be1c0072759ed49c9c6c7f28\
                       f26eb30d5b0658c563077d599da23f97df0c2c0ac6cce734ffe87b2e76ff7294

CubeHash10+1/1+10-512: 3f917707df9acd9b94244681b3812880e267d204f1fdf795d398799b584fa8f1\
                       f4a0b2dbd52fd1c4b6c5e020dc7a96192397dd1bce9b6d16484049f85bb71f2f

CubeHash160+16/32+160-256: 44c6de3ac6c73c391bf0906cb7482600ec06b216c7c54a2a8688a6a42676577d

CubeHash80+8/1+80-256: 38d1e8a22d7baac6fd5262d83de89cacf784a02caa866335299987722aeabc59

CubeHash10+1/1+10-256: 80f72e07d04ddadb44a78823e0af2ea9f72ef3bf366fd773aa1fa33fc030e5cb

message: "Hello"
CubeHash160+16/32+160-512: dcc0503aae279a3c8c95fa1181d37c418783204e2e3048a081392fd61bace883\
                           a1f7c4c96b16b4060c42104f1ce45a622f1a9abaeb994beb107fed53a78f588c

CubeHash80+8/1+80-512: 7ce309a25e2e1603ca0fc369267b4d43f0b1b744ac45d6213ca08e7567566444\
                       8e2f62fdbf7bbd637ce40fc293286d75b9d09e8dda31bd029113e02ecccfd39b

CubeHash10+1/1+10-512: 13cf99c1a71e40b135f5535bee02e151eb4897e4de410b9cb6d7179c677074eb\
                       6ef1ae9a9e685ef2d2807509541f484d39559525179d53838eda95eb3f6a401d

CubeHash160+16/32+160-256: e712139e3b892f2f5fe52d0f30d78a0cb16b51b217da0e4acb103dd0856f2db0

CubeHash80+8/1+80-256: 692638db57760867326f851bd2376533f37b640bd47a0ddc607a9456b692f70f

CubeHash10+1/1+10-256: f63041a946aa98bd47f3175e6009dcb2ccf597b2718617ba46d56f27ffe35d49

message: "The quick brown fox jumps over the lazy dog"
CubeHash160+16/32+160-512: bdba44a28cd16b774bdf3c9511def1a2baf39d4ef98b92c27cf5e37beb8990b7\
                           cdb6575dae1a548330780810618b8a5c351c1368904db7ebdf8857d596083a86

CubeHash80+8/1+80-512: ca942b088ed9103726af1fa87b4deb59e50cf3b5c6dcfbcebf5bba22fb39a6be\
                       9936c87bfdd7c52fc5e71700993958fa4e7b5e6e2a3672122475c40f9ec816ba

CubeHash10+1/1+10-512: eb7f5f80706e8668c61186c3c710ce57f9094fbfa1dbdc7554842cdbb4d10ce4\
                       2fce72736d10b152f6216f23fc648bce810a7af4d58e571ec1b852fa514a0a8e

CubeHash160+16/32+160-256: 5151e251e348cbbfee46538651c06b138b10eeb71cf6ea6054d7ca5fec82eb79

CubeHash80+8/1+80-256: 94e0c958d85cdfaf554919980f0f50b945b88ad08413e0762d6ff0219aff3e55

CubeHash10+1/1+10-256: 217a4876f2b24cec489c9171f85d53395cc979156ea0254938c4c2c59dfdf8a4

Векторы инициализации для четырех показанных вариантов также различны. Например, вектор инициализации для CubeHash80 + 8/1 + 80-512 можно увидеть выше, а IV для CubeHash80 + 8/1 + 80-256: 

830b2bd5273d616fd785876a4a500218a5388963eeb702fb47547842459f8d89\
8727a1c8ba40bd48cef47fe82543c2735c033052ae9fcd632d4541bde6b6cb0d\
cb8a9cdf579f5b67b2ae00968180af6e51ebdf0ca597cd2bf91f981f7ab29a62\
01ad72d946e6c075c6d1337e0a293d6f90c438ac38be153f32aa288ffc5eca8a

Безопасность

Сила этой функции увеличивается при уменьшении b до 1 и при увеличении r . Таким образом, CubeHash 8 / 1-512 сильнее (безопаснее), чем CubeHash 1 / 1-512, а CubeHash 1 / 1-512 сильнее, чем CubeHash 1 / 2-512. Самая слабая версия этого алгоритма - CubeHash 1/128- h . Однако есть компромисс между безопасностью и временем. Более безопасная версия потребует больше времени для вычисления хеш-значения, чем ослабленная версия.

Рекомендации

внешние ссылки