Выпуск эталонной реализации криптографической хеш-функции BLAKE3 1.0
26 июля 2021 года
Состоялся релиз эталонной реализации криптографической хеш-функции BLAKE3 1.0, примечательной очень высокой производительностью вычисления хеша при обеспечении надёжности на уровне SHA-3. В тесте на генерацию хеша для файла, размером 16 КБ, BLAKE3 с 256-битным ключом опережает SHA3-256 в 15 раз, SHA-256 - в 12 раз, SHA-512 - в 8 раз, SHA-1 - в 6 раз, а BLAKE2b - в 4 раза. Значительный отрыв сохраняется и при обработке очень больших объёмов данных, например, BLAKE3 оказался быстрее SHA-256 в 8 раз при вычислении хеша для 1ГБ случайных данных. Код эталонной реализация BLAKE3 поставляется в вариантах на языках Си и Rust под двойной лицензией - общественное достояние (CC0) и Apache 2.0.
Хэш-функция рассчитана на такое применение, как проверка целостности файлов, аутентификация сообщений и формирование данных для криптографических цифровых подписей. BLAKE3 не предназначена для хеширования паролей, так как нацелена на максимально быстрое вычисление хешей (для паролей рекомендуется использовать медленные хеш-функции yescrypt, bcrypt, scrypt или Argon2). Рассматриваемая хеш-функция нечувствительна к размеру хешируемых данных и защищена от атак по подбору коллизий и нахождению прообраза.
Алгоритм разработан известными специалистами по криптографии ( Jack O'Connor, Jean-Philippe Aumasson, Samuel Neves, Zooko Wilcox-O'Hearn) и продолжает развитие алгоритма BLAKE2 и применяет для кодирования дерева цепочек блоков механизм Bao. В отличие от BLAKE2 (BLAKE2b, BLAKE2s), в BLAKE3 для всех платформ предложен единый алгоритм, не привязанный к разрядности и размеру хеша.
Повышения производительности удалось добиться благодаря сокращению числа раундов с 10 до 7 и раздельному хешированию блоков кусочками по 1 Кб. По заявлению создателей, они нашли убедительное математическое доказательство, что можно обойтись 7 раундами вместо 10 при сохранении того же уровня надёжности (для наглядности можно привести пример с перемешиванием фруктов в миксере - через 7 секунд фрукты уже полностью перемешаны, и дополнительные 3 секунды не скажутся на консистенции смеси). При этом некоторые исследователи выражают сомнение, полагая, что даже если в настоящее время 7 раундов достаточно для противостояния всем известным атакам на хеши, то дополнительные 3 раунда могут оказаться полезны в случае выявления новых атак в будущем.
Что касается разделения на блоки, то в BLAKE3 поток разбивается на кусочки по 1 Кб и каждый кусочек хешируется независимо. На основе хешей кусочков на базе бинарного дерева Меркла формируется один большой хеш. Указанное разделение позволяет решить проблему с распараллеливанием обработки данных при вычислении хеша - например, можно использовать 4-поточные SIMD-инструкции для одновременного вычисления хешей 4 блоков. Традиционные хеш-функции SHA-* обрабатывают данные последовательно.
Особенности BLAKE3:
- Высокая производительность, BLAKE3 значительно быстрее MD5, SHA-1, SHA-2, SHA-3 и BLAKE2.
- Безопасность, в том числе стойкость к атаке удлинением сообщения, которой подвержен SHA-2;
- Доступны варианты на языке Rust, оптимизированные для использования инструкций SSE2, SSE4.1, AVX2, AVX-512 и NEON.
- Обеспечение распараллеливания вычислений на любое число потоков и SIMD-каналов.
- Возможность инкрементального обновления и верифицированной обработки потоков;
- Применение в режимах PRF, MAC, KDF, XOF и как обычный хеш;
- Единый алгоритм для всех архитектур, быстрый как на системах x86-64, так и на 32-разрядных процессорах ARM.
Основные отличия BLAKE3 от BLAKE2:
- Использование бинарной древовидной структуры, позволяющей добиться неограниченного параллелизма при вычислении хеша.
- Сокращение числа раундов с 10 до 7.
- Три режима работы: хеширование, хеширование с ключом ( HMAC) и формирование ключа ( KDF).
- Отсутствие дополнительных накладных расходов при хешировании с ключом за счёт использования области, ранее занимаемой блоком параметров ключа.
- Встроенный механизм работы в форме функции с удлиняемым результатом (XOF, Extendable Output Function), допускающей распараллеливание и позиционирование (seek).
Источники править
Любой участник может оформить статью: добавить иллюстрации, викифицировать, заполнить шаблоны и добавить категории.
Любой редактор может снять этот шаблон после оформления и проверки.
Комментарии
Если вы хотите сообщить о проблеме в статье (например, фактическая ошибка и т. д.), пожалуйста, используйте обычную страницу обсуждения.
Комментарии на этой странице могут не соответствовать политике нейтральной точки зрения, однако, пожалуйста, придерживайтесь темы и попытайтесь избежать брани, оскорбительных или подстрекательных комментариев. Попробуйте написать такие комментарии, которые заставят задуматься, будут проницательными или спорными. Цивилизованная дискуссия и вежливый спор делают страницу комментариев дружелюбным местом. Пожалуйста, подумайте об этом.
Несколько советов по оформлению реплик:
- Новые темы начинайте, пожалуйста, снизу.
- Используйте символ звёздочки «*» в начале строки для начала новой темы. Далее пишите свой текст.
- Для ответа в начале строки укажите на одну звёздочку больше, чем в предыдущей реплике.
- Пожалуйста, подписывайте все свои сообщения, используя четыре тильды (~~~~). При предварительном просмотре и сохранении они будут автоматически заменены на ваше имя и дату.
Обращаем ваше внимание, что комментарии не предназначены для размещения ссылок на внешние ресурсы не по теме статьи, которые могут быть удалены или скрыты любым участником. Тем не менее, на странице комментариев вы можете сообщить о статьях в СМИ, которые ссылаются на эту заметку, а также о её обсуждении на сторонних ресурсах.