Kůže

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 28. října 2015; kontroly vyžadují 18 úprav .

Kůže
Vytvořeno	2008
zveřejněno	2008
Velikost hash	proměnná, 0<d≤2 64 -1
Počet kol	proměnná, 72 pro 256/512bitový výstup, 80 pro 1024bitový výstup
Typ	hashovací funkce

Skein (angl. Skein) je hashovací algoritmus s proměnnou délkou vyvinutý skupinou autorů vedených Brucem Schneierem . Hašovací funkce Skein je implementována jako univerzální kryptografické primitivum založené na blokové šifře Threefish pracující v režimu hashování UBI. [1] Hlavními vývojovými požadavky byla optimalizace pro minimální využití paměti, kryptograficky bezpečné hashování malých zpráv, odolnost vůči všem existujícím útokům na hashovací funkce, optimalizace pro 64bitové procesory a aktivní využívání přístupů k tabulkám.

Historie

Skein byl vytvořen v roce 2008 skupinou autorů pod vedením Bruce Schneiera a přihlásil se do pěti nejlepších finalistů soutěže SHA-3 , v roce 2012 se však vítězem stal algoritmus Keccak , nejproduktivnější a nejcitlivější na zranitelnosti SHA-2 [ 2] . Název hashovací funkce Skein znamená "přadeno příze".

Algoritmus

Threefish Block

Threefish je vlastní bloková šifra definovaná pro 256, 512 a 1024 bitové bloky. Šifra je implementována jako substitučně-permutační síť . Šifra je založena na jednoduché funkci MIX, která přijímá dvě 64bitová slova jako vstup a skládá se z bloků sčítání, kruhového posunu o konstantu a sčítání modulo 2 (XOR). Pro 256bitové a 512bitové šifry se používá 72 kol a pro 1024bitové šifry 80 kol. Mezi koly se slova vyměňují a každé čtyři kola se přidává klíč, což vede k nelinearitě.

UBI

Threefish in Skein se používá v režimu hashování UBI (Unique Block Iteration). Režim UBI je variantou režimu Matyas-Meyer-Oseas .[1] Každý odkaz UBI kombinuje vstupní zprávy z předchozího článku v řetězci s libovolnou délkou sekvence a nastavuje výstup na hodnotu pevné velikosti. Zpráva odeslaná mezi odkazy (tweak) obsahuje informace o tom, kolik bajtů bylo zpracováno, příznaky pro začátek a konec řetězce a pole typu dat, které umožňuje rozlišovat mezi aplikacemi UBI. UBI garantuje nereprodukovatelnost výsledku hash stejné zprávy a dodatečnou ochranu díky tomu, že se na vstup hashovací funkce a šifry dostanou stejné zprávy. UBI je organizována následovně. Každý článek v řetězu je funkcí $f(G,M,T_{s})$

G

— počáteční hodnota -byte

N_{b}

M

- zpráva reprezentovaná řetězcem bajtů (délka tohoto řetězce může být libovolná, ale maximum je bitů)

2^{99} – 8

T_{s}

- počáteční hodnota tweaku celočíselného typu (128 bitů).

Tweak obsahuje následující pole:

Pozice – počet již zpracovaných bajtů.
Reserved - rezervované nulové bity
TreeLevel - pozice v hašovacím stromě, nebo nula, pokud se tato hašovací metoda nepoužívá.
BitPad – příznak, který se vyvolá, pokud blok zpracuje poslední bajt vstupní zprávy, která obsahuje neceločíselný počet bajtů. V opačném případě má pole hodnotu 0.
Typ je typ volání UBI. Možné hodnoty viz níže.
První je vlajka pro spuštění řetězu.
Finále je vlajka na konci řetězce.

Výpočty probíhají následovně. Pokud je počet bitů dělitelný 8, pak nastavíme a . Pokud počet bitů není dělitelný 8, doplníme poslední (neúplný) bajt následovně: nejvýznamnějšímu nepoužitému bitu přiřadíme hodnotu 1 a zbytek nastavíme na 0 s přihlédnutím k rozšířenému bajtu. . je počet bajtů v . Vstupní hodnota je omezená . Dále přidáme nuly, aby počet bitů byl násobkem a zavoláme výsledek . Pojďme si to každý rozdělit na bloky bajtů. Hodnota UBI se vypočítá takto: $M$ $B=0$ $M'=M$ $M$ $B=1$ $M'=M$ $N_M$ $M'$ $N_M < 2^{96}$ $M'$ $M'$ $N_{b}$ $M''$ $M''$ $k$ $N_{b}$

H_{0}=G

H_{i+1} = E(H_i; ToBytes(T_s + min(N_M;(i + 1)N_b) + a_i2^{126} + b_i(B2^{119} + 2^{127}); 16) M_i)\bigoplus M_i

kde je funkce výpočtu blokové šifry, , zbytek $E$ $a_{0}=b_{{k-1}}=1$ $a_{i}=b_{i}=0$

Tweak se vypočítá podle vzorce:

T_s + min(N_M;(i + 1)N_b) + a_i2^{126} + b_i(B2^{119} + 2^{127})

První termín definuje pole TreeLevel a Type, druhý definuje pole Position, třetí nastavuje příznak First, čtvrtý nastavuje příznaky Final a BitPad.

Další argumenty

Následující parametry lze nastavit v poli Typ přiřazením příslušné hodnoty $T_{s}$

Klíč (Klíč) . Používá se, pokud Skein funguje jako MAC nebo KDF. Volání UBI s touto možností proběhne jako první, aby se využily další funkce zabezpečení.
Konfigurace . Vždy používané. Určuje velikost výstupní hodnoty a parametry pro podporu hash stromu.
Personalizace . Parametr, který se použije, pokud různí uživatelé vyžadují různé funkce.
Veřejný klíč . Používá se k hašování veřejného klíče k podepsání zprávy.
Identifikátor odvození klíče .
Nikdy . Používá se pro práci v režimu proudové šifry
Zpráva (Zpráva) . Zpráva pro hash
výstup . Vždy se používá, označuje transformaci výstupu.

skin

Ve finální verzi je Skein vypočítán následovně. Skein má následující vstupní argumenty:

$N_{b}$ Vnitřní velikost v bajtech. Může nabývat hodnot 32, 64 nebo 128.
$N_{0}$ Velikost výstupní hodnoty v bitech.
$K$ Klíč je dlouhý bajtů. Může to být prázdný řetězec. $N_{k}$
$Y_{l}$ Velikost listu hash tree.
$Y_{f}$ Faktor větvení stromů.
$Y_{m}$ Maximální výška stromu
$L$ Seznam sad ( , ) kde je hodnota pole Typ , je řetězec bajtů. $t$ $T_{i}$ $M_{i}$ $T_{i}$ $M_{i}$

Nejprve se vygeneruje klíč . Pokud je prázdný řetězec, pak počáteční hodnota je: . Pokud ne, vypočítá se takto: $K'$ $K$ $K'=0^{{N_{b}}}$ $K'$

K'=UBI(0^{{N_{b}}};K;T_{{cfg}}2^{{120}})

Další výpočty probíhají podle následujícího schématu:

G_{0}=UBI(K',C,T_{{cfg}}2^{{120}})

Zde je konfigurační řetězec, který obsahuje identifikátor (je potřeba pro rozlišení různých funkcí vytvořených na základě UBI), informace o verzi, délku výstupní hodnoty, parametry stromu. $C$

G_{{i+1}}=UBI(G_{i},M_{i},T_{{i}}2^{{120}})

Konečný výsledek je určen tzv. funkcí , která je definována jako úvodní bajty výrazu $Výstup(G_{t},N_{0})$ $N_{0}/8$

UBI (G, ToBytes(0, 8), T_{out}2^{120})\|UBI (G, ToBytes(1, 8), T_{out}2^{120})\|...

Pokud jsou parametry , , nenulové, pak se výpočty provádějí jinak. Velikost listu stromu je definována jako velikost uzlu jako . $Y_{l}$ $Y_{f}$ $Y_{m}$ $N_{l}=N_{b}2^{{Y_{l}}}$ $N_{n}=N_{b}2^{{Y_{f}}}$

Zpráva l -té úrovně je rozdělena do bloků velikosti a další úroveň stromu je vypočítána jako sloučení přes všechny $M_{l}$ $M_{{li}}$ $8N_{l}$ $i\in(0,k-1)$

M_{{1+1}}=UBI(G,M_{{li}},iNn+(l+1)2^{{112}}+T_{{msg}}2^{{120}})

Pokud je délka , je hash u konce a jeho výsledkem je . Pokud je délka větší než ale , bylo dosaženo maximální výšky stromu, v takovém případě je výsledek hash . $M_{l}$ $N_{b}$ $G_{0}=M_{l}$ $M_{l}$ $N_{b}$ $l=Y_{m}-1$ $G_{0}=UBI(G,M_{l},Y_{m}2^{{112}}+T_{{msg}}2^{{120}})$

Existuje také zjednodušená verze Skein s argumenty , , . Pole Typ může nabývat pouze hodnot Cfg a Msg $N_{b}$ $N_{0}$ $M$

Kryptoanalýza

V roce 2009 tým autorů [3] zkoumal Threefish jako důležitou součást Skein pro kryptografickou stabilitu. Společně s výzkumem tvůrců [1] došli k výsledku uvedenému v tabulce.

Počet kol	Čas	Paměť	Typ kryptoanalýzy
osm	jeden	-	511bitová pseudokolize
16	26 _	-	459bitová pseudokolize
17	2 24	-	434bitová pseudokolize
17	2 8.6	-	Odlišovač souvisejících klíčů
21	2 3.4	-	Odlišovač souvisejících klíčů
21	-	-	Související klíč nemožný rozdíl
25	?	-	Obnovení souvisejícího klíče (předpokládá se)
25	2 416,6	-	Obnovení souvisejícího klíče
26	2507,8 _	-	Obnovení souvisejícího klíče
32	2312 _	2 71	Obnovení bumerangového klíče souvisejícího klíče
34	2 398	-	Související klíčový rozlišovač bumerangů
35	2478 _	-	Známý rozlišovač bumerangů souvisejících s klíčem

Kromě toho jiný tým autorů [4] v roce 2010 ukázal, že pomocí kryptoanalýzy typu round-robin je možné provést útok uhádnutým klíčem na Threefish, ale pouze pokud je použito 53/57 kol místo 72. To nestačí k útok Skein, takže se navrhuje kombinovat cyklickou kryptoanalýzu s diferenciální kryptoanalýzou.

Výkon

Existují implementace Skein pro tři možnosti hodnoty vnitřního stavu: 256, 512 a 1024 bitů. Za hlavní možnost je považován Skein-512, který lze v dohledné době bezpečně používat pro všechny kryptografické aplikace. 1024bitová verze je ještě bezpečnější a běží dvakrát rychleji ve stávajících hardwarových implementacích. Skein-256 je nejlepší volbou pro použití v zařízeních s nízkou pamětí (jako jsou čipové karty), protože vyžaduje pouze 100 bajtů RAM, na rozdíl od Skein-512, který vyžaduje 200 bajtů. Díky zařízení Threefish běží Skein nejrychleji na 64bitových procesorech. Níže uvedená tabulka porovnává výkon algoritmů Skein a SHA. Tabulka ukazuje rychlost (v hodinách na bajt) implementace C na 64bitovém procesoru.

Algoritmus/délka zprávy (bajty)	jeden	deset	100	1000	10 000	100 000
Kůže-256	774	77	16.6	9.8	9.2	9.2
Kůže-512	1086	110	15.6	7.3	6.6	6.5
Kůže-1024	3295	330	33.2	14.2	12.3	12.3
SHA-1	677	74,2	14.0	10.4	10,0	10,0
SHA-224	1379	143,1	27.4	20.7	20.1	20,0
SHA-256	1405	145,7	77,6	20.7	20.1	20,0
SHA-384	1821	187,3	19.6	13.7	13.4	13.3
SHA-512	1899	192,5	20.6	13.8	13.4	13.3

Jak můžete vidět z tabulky, Skein je dvakrát rychlejší než SHA-512.

Aplikace

Rozsah Skein je poměrně široký. Pomocí zprávy a klíče jako příslušných vstupů lze vypočítat MAC . Může být použit jako hashovací funkce pro výpočet HMAC . Chcete-li použít Skein v režimu proudové šifry, použijte argument Nonce. Je také možné jej použít jako generátor pseudonáhodných čísel, například v algoritmech Fortuna a Yarrow , jako funkci odvození klíče a funkci odvození klíče na základě hesla (s použitím argumentů Klíč a identifikátor derivace klíče ), jako hashovací funkce pro výpočet elektronického podpisu (předpokládá se pomocí argumentu Public Key ).

S argumentem Personalizace lze všechny aplikace Skein personalizovat pro konkrétního uživatele. Například pro aplikaci FOO může personalizační řetězec v UTF8 Unicode vypadat takto

20081031 někdo@example.com FOO/bar,

kde pruh je personifikace uvnitř aplikace.

Příklady hash přadena

Hodnoty různých variant hash z prázdného řetězce.

Skin256-224("") 0x 0fadf1fa39e3837a95b3660b4184d9c2f3cfc94b55d8e7a083278bf8
Skein256-256("") 0x c8877087da56e072870daa843f176e9453115929094c3a40c463a196c29bf7ba
Skein512-224("") 0x 1541ae9fc3ebe24eb758ccb1fd60c2c31a9ebfe65b220086e7819e25
Skein512-256("") 0x 39ccc4554a8b31853b9de7a1fe638a24cce6b35a55f2431009e18780335d2621
Skein512-384("") 0x
dd5aaf4589dc227bd1eb7bc68771f5baeaa3586ef6c7680167a023ec8ce26980f06c4082c488b4ac9ef313f8cbe70808 0x bc5b4c50925519c290cc634277ae3d6257212395cba733bbad37a4af0fa06af4 1fca7903d06564fea7a2d3730dbdb80c1f85562dfcc070334ea4d1d9e72cba7a
Skein1024-384("") 0x 1fdb081963b960e89eaa11b87dda55e8a55a3e1066b30e38d8ae2a45242f7dadfaf06d80ca8a73cd8242ce5eab84c164
"-511" 0x e2943eb0bc0efabd49503a76edf7cfcf072db25bad94ed44fe537284163f3119 c47ac6f78699b4272255966e0aba65c75a0a64bd23df6996d1bc3174afd9fa8b
Skein1024-1024("") 0x 0fff9563bb3279289227ac77d319b6fff8d7e9f09da1247b72a0a265cd6d2a62 645ad547ed8193db48cff847c06494a03f55666d3b47eb4c20456c9373c86297 d630d5578ebd34cb40991578f9f52b18003efa35d3da6553ff35db91b81ab890 bec1b189b7f52cb2a783ebb7d823d725b0b4a71f6824e88f68f982eefc6d19c6

Malá změna ve zprávě pravděpodobně povede k velké změně hodnoty hash v důsledku lavinového efektu , jak ukazuje následující příklad:

Skein512-256 („Rychlá hnědá liška skáče přes líného psa“) 0x b3250457e05d3060b1a4bbc1428bc75a3f525ca389aeab96cfa34638d96e492a
Skein512-256("Rychlá hnědá liška skáče přes líného psa.") 0x 41e829d7fca71c7d7154ed8fc8a069f274dd664ae0ed29d365d919f4e575eebb

Odkazy

Oficiální stránka přadena

Poznámky

↑ 1 2 Dokumentace přadena, verze 1.3 (2010-10-01) . Datum přístupu: 17. prosince 2013. Archivováno z originálu 24. srpna 2014. (neurčitý)
↑ NIST vybírá vítěze soutěže Secure Hash Algorithm (SHA-3) . NIST . Získáno 2. října 2012. Archivováno z originálu 5. října 2012. (neurčitý)
↑ Jean-Philippe Aumasson1, C¸ a˘gda¸s C¸ alık, Willi Meier1, Onur Ozen, Raphael C.-W. a Kerem VarIcI,. Vylepšená kryptoanalýza přadena (neopr.) . — Lucemburská univerzita, 2009.
↑ Dmitrij Chovratovič a Ivica Nikolić. Rotační kryptoanalýza ARX (neopr.) . — Lucemburská univerzita, 2010.

Hashovací funkce
obecný účel	Adler-32 CRC Fletcherův kontrolní součet FNV MurmurHash2 MurmurHash2A MurmurHash3 PJW-32 TTH - Hash Tree jenkins hash hash sum
Kryptografický	Stribog GOST R 34.11-94 Pás BLAKE bmw CubeHash ECHO edonkey2k FSB Fuga Grostl HAVAL Hamsi JH Kupyna LM hash Luffa MD2 MD4 MD5 MD6 N-hash RIPEMD-128 RIPEMD-160 RIPEMD-256 RIPEMD-320 SHA-1 SHA-2 keccak (SHA-3) SHABAL SHAvite-3 SIMD SWIFFT Kůže Snefru Tygr vířivá vana
Funkce generování klíčů	bcrypt PBKDF2 scrypt Argon2 Lyra2
Kontrolní číslo ( srovnání )	Kontrolní součet Verhouffův algoritmus Algoritmus Měsíce Sakra algoritmus čárový kód bankovní účty bankovních karet ISIN SNILS OKPO CÍN OKATO ISBN OGRN a OGRNIP VIN
Hashe	Porovnání kontrolních čísel Autentizační protokoly Porovnání čárových kódů Kryptografie Magnetický odkaz Merkle podpis ed2k URNA