ША-3

SHA-3 ( Secure Hash Algorithm 3 ) — новейший ^[4] член семейства стандартов Secure Hash Algorithm , выпущенный NIST 5 августа 2015 года. ^{[5] [6] [7]} Несмотря на то, что SHA-3 является частью той же серии стандартов, он внутренне отличается от MD5 -подобной структуры SHA -1 и SHA-2 .

SHA-3 является подмножеством более широкого семейства криптографических примитивов Keccak ( / ˈ k ɛ tʃ æ k / или / ˈ k ɛ tʃ ɑː k / ), ^{[8] [9]} разработанного Гвидо Бертони, Джоан Дэменом , Михаэлем Петерсом и Жилем Ван Асше на основе RadioGatún . Авторы Keccak предложили дополнительные варианты использования функции, (еще) не стандартизированные NIST, включая потоковый шифр , аутентифицированную систему шифрования , схему хеширования «дерево» для более быстрого хеширования на определенных архитектурах, ^{[10] [11]} и шифры AEAD Keyak и Ketje. ^{[12] [13]}

Keccak основан на новом подходе, называемом конструкцией губки . ^[14] Конструкция губки основана на широкой случайной функции или случайной перестановке и позволяет вводить («поглощать» в терминологии губки) любой объем данных и выводить («сжимать») любой объем данных, действуя при этом как псевдослучайная функция по отношению ко всем предыдущим входам. Это приводит к большой гибкости.

По состоянию на 2022 год NIST не планирует отзывать SHA-2 или удалять его из пересмотренного стандарта Secure Hash. ^[15] Цель SHA-3 заключается в том, что он может быть напрямую заменен на SHA-2 в текущих приложениях при необходимости, а также в значительном повышении надежности общего инструментария алгоритма хэширования NIST. ^[16]

Для небольших размеров сообщений создатели алгоритмов Keccak и функций SHA-3 предлагают использовать более быструю функцию KangarooTwelve с настроенными параметрами и новым режимом древовидного хеширования без дополнительных накладных расходов.

Алгоритм Keccak — это работа Гвидо Бертони, Джоан Даемен (который также совместно с Винсентом Рейменом разработал шифр Rijndael ), Михаэля Петерса и Жиля Ван Аша . Он основан на более ранних разработках хэш-функций PANAMA и RadioGatún . PANAMA была разработана Дейменом и Крейгом Клэппом в 1998 году. RadioGatún, преемник PANAMA, был разработан Дейменом, Петерсом и Ван Ашем и представлен на семинаре NIST Hash в 2006 году. ^[17] Исходный код эталонной реализации был передан в общественное достояние через CC0 waiver . ^[18]

В 2006 году NIST начал организовывать конкурс хэш-функций NIST для создания нового стандарта хэширования, SHA-3. SHA-3 не предназначен для замены SHA-2 , поскольку не было публично продемонстрировано ни одной значительной атаки на SHA-2 ^{[ нужно обновление ]} . Из-за успешных атак на MD5 , SHA-0 и SHA-1 , ^{[19] [20]} NIST осознал необходимость в альтернативном, отличающемся криптографическом хэше, которым стал SHA-3.

После подготовительного периода, заявки на участие должны были быть поданы до конца 2008 года. Keccak был принят в качестве одного из 51 кандидатов. В июле 2009 года 14 алгоритмов были отобраны для второго тура. Keccak продвинулся до последнего тура в декабре 2010 года. ^[21]

Во время конкурса участникам разрешалось «подправлять» свои алгоритмы для решения обнаруженных проблем. Изменения, внесенные в Keccak: ^{[22] [23]}

• Количество раундов было увеличено с 12 + ℓ до 12 + 2ℓ в целях большей безопасности.
• Заполнение сообщения было изменено с более сложной схемы на простую схему 10 ^* 1, описанную ниже.
• Ставка r была увеличена до предела безопасности, а не округлена до ближайшей степени числа 2.

2 октября 2012 года Keccak был выбран победителем конкурса. ^[8]

В 2014 году NIST опубликовал проект FIPS 202 «Стандарт SHA-3: хэш на основе перестановок и расширяемые выходные функции». ^[24] FIPS 202 был одобрен 5 августа 2015 года. ^[25]

5 августа 2015 года NIST объявил, что SHA-3 стал стандартом хеширования. ^[26]

В начале 2013 года NIST объявил, что они выберут другие значения для «емкости», параметра общей прочности по сравнению со скоростью, для стандарта SHA-3, по сравнению с представленными. ^{[27] [28]} Изменения вызвали некоторую суматоху.

Конкурс хэш-функций требовал хэш-функций, по крайней мере, таких же безопасных, как экземпляры SHA-2. Это означает, что d -битный выход должен иметь d /2-битную устойчивость к атакам коллизий и d -битную устойчивость к атакам прообразов , максимально достижимую для d бит выходных данных. Доказательство безопасности Keccak допускает регулируемый уровень безопасности на основе «емкости» c , обеспечивая c /2-битную устойчивость как к атакам коллизий, так и к атакам прообразов. Чтобы соответствовать первоначальным правилам конкурса, авторы Keccak предложили c = 2 d . Объявленное изменение заключалось в принятии той же d /2-битной безопасности для всех форм атак и стандартизации c = d . Это ускорило бы Keccak, позволив хэшировать дополнительные d бит входных данных на каждой итерации. Однако хэш-функции больше не были бы заменами с той же устойчивостью прообразов, что и SHA-2; он был бы разрезан пополам, что сделало бы его уязвимым для достижений в области квантовых вычислений, которые фактически разрезали бы его еще раз пополам. ^[29]

В сентябре 2013 года Дэниел Дж. Бернстайн предложил в списке рассылки NIST hash-forum ^[30] усилить безопасность до 576-битной емкости, которая изначально предлагалась как Keccak по умолчанию, в дополнение к спецификациям SHA-3, не включенным в них. ^[31] Это обеспечило бы по крайней мере SHA3-224 и SHA3-256 такую ​​же устойчивость к прообразу, как и их предшественники SHA-2, но SHA3-384 и SHA3-512 имели бы значительно меньшую устойчивость к прообразу, чем их предшественники SHA-2. В конце сентября команда Keccak ответила, заявив, что они предложили 128-битную безопасность, установив c = 256 в качестве опции уже в своем предложении SHA-3. ^[32] Хотя, по их мнению, уменьшенная емкость была оправдана, в свете отрицательного ответа они предложили увеличить емкость до c = 512 бит для всех случаев. Это было бы так же, как и любой предыдущий стандарт до уровня безопасности 256 бит, обеспечивая при этом разумную эффективность, ^[33] но не стойкость к 384-/512-битному прообразу, предлагаемую SHA2-384 и SHA2-512. Авторы заявили, что «заявлять или полагаться на уровни безопасности выше 256 бит бессмысленно».

В начале октября 2013 года Брюс Шнайер раскритиковал решение NIST на основании его возможных пагубных последствий для принятия алгоритма, заявив:

В воздухе витает слишком много недоверия. NIST рискует опубликовать алгоритм, которому никто не будет доверять и который никто (кроме вынужденных) не будет использовать. ^[34]

Позднее он отказался от своего предыдущего заявления, заявив:

Я оговорился, когда написал, что NIST внес «внутренние изменения» в алгоритм. Это было неряшливо с моей стороны. Перестановка Keccak осталась неизменной. NIST предложил уменьшить емкость хэш-функции во имя производительности. Одной из приятных особенностей Keccak является то, что он легко настраивается. ^[34]

Пол Кроули, криптограф и старший разработчик в независимой компании по разработке программного обеспечения, выразил свою поддержку решению, заявив, что Keccak должен быть настраиваемым и нет причин для разных уровней безопасности в пределах одного примитива. Он также добавил:

Да, немного обидно за конкурс, что они потребовали определенного уровня безопасности для участников, а затем пошли публиковать стандарт с другим уровнем. Но сейчас ничего нельзя сделать, чтобы исправить это, кроме как снова открыть конкурс. Требование, чтобы они придерживались своей ошибки, не улучшает положение дел ни для кого. ^[35]

Возникла некоторая путаница относительно того, что в Keccak могли быть внесены внутренние изменения, которые были прояснены первоначальной командой, заявив, что предложение NIST для SHA-3 является подмножеством семейства Keccak, для которого можно генерировать тестовые векторы, используя их справочный код, представленный на конкурс, и что это предложение стало результатом серии обсуждений между ними и командой хэширования NIST. ^[36]

В ответ на разногласия в ноябре 2013 года Джон Келси из NIST предложил вернуться к первоначальному предложению c = 2 d для всех случаев замены SHA-2. ^[37] Возврат был подтвержден в последующих черновиках ^[38] и в окончательном выпуске. ^[5]

SHA-3 использует конструкцию губки ^[14] , в которой данные «впитываются» в губку, затем результат «выдавливается». В фазе поглощения блоки сообщений подвергаются операции XOR в подмножество состояния, которое затем преобразуется как целое с помощью функции перестановки (или преобразования ) . В фазе «выдавливания» выходные блоки считываются из того же подмножества состояния, чередуясь с функцией преобразования состояния . Размер части состояния, которая записывается и считывается, называется «скоростью» (обозначается ), а размер части, которая не затронута вводом/выводом, называется «емкостью» (обозначается ). Емкость определяет безопасность схемы. Максимальный уровень безопасности составляет половину емкости.${\displaystyle f}$${\displaystyle f}$${\displaystyle r}$${\displaystyle с}$

При наличии входной битовой строки , функции заполнения , функции перестановки , которая работает с битовыми блоками ширины , скорости и выходной длины , мы имеем емкость и конструкцию губки , дающую битовую строку длины , которая работает следующим образом: ^{[6] : 18}${\displaystyle N}$${\displaystyle панель}$${\displaystyle f}$${\displaystyle б}$${\displaystyle r}$${\displaystyle д}$${\displaystyle c=br}$${\displaystyle Z={\text{губка}}[f,pad,r](N,d)}$${\displaystyle Z}$${\displaystyle д}$

• дополнить вход N с помощью функции pad, получив в результате дополненную битовую строку P с длиной, делящейся на (такой, что является целым числом)${\displaystyle r}$${\displaystyle n={\text{len}}(P)/r}$
• разбить P на n последовательных r -битных частей P ₀ , ..., P _{n −1}
• инициализируем состояние S строкой из b нулевых битов
• поглощаем входные данные в состояние: для каждого блока P _i :
  • расширить P _i в конце строкой из c нулевых битов, получив в результате строку длиной b
  • XOR, что с S
  • применяем перестановку блоков f к результату, получая новое состояние S
• инициализируем Z как пустую строку
• в то время как длина Z меньше d :
  • добавить первые r битов S к Z
  • если Z все еще меньше d бит, применить f к S , получив новое состояние S
• усечение Z до d бит

Тот факт, что внутреннее состояние S содержит c дополнительных бит информации в дополнение к тому, что выводится в Z, предотвращает атаки расширения длины , которым подвержены SHA-2, SHA-1, MD5 и другие хэши, основанные на конструкции Меркла–Дамгарда .

В SHA-3 состояние S состоит из массива 5 × 5 w -битных слов (с w = 64), b = 5 × 5 × w = 5 × 5 × 64 = 1600 бит всего. Keccak также определен для меньших размеров слов степени 2 w до 1 бита (общее состояние 25 бит). Малые размеры состояний могут использоваться для тестирования криптоаналитических атак, а промежуточные размеры состояний (от w = 8 200 бит до w = 32 800 бит) могут использоваться в практических, легких приложениях. ^{[12] [13]}

Для экземпляров SHA3-224, SHA3-256, SHA3-384 и SHA3-512 r больше d , поэтому нет необходимости в дополнительных перестановках блоков в фазе сжатия; ведущие d биты состояния являются желаемым хешем. Однако SHAKE128 и SHAKE256 допускают произвольную длину выходных данных, что полезно в таких приложениях, как оптимальное асимметричное шифрование padding .

Чтобы гарантировать, что сообщение можно равномерно разделить на r -битные блоки, требуется заполнение. SHA-3 использует шаблон 10...01 в своей функции заполнения: бит 1, за которым следует ноль или более битов 0 (максимум r − 1 ) и последний бит 1.

Максимум r − 1 нулевых битов достигается, когда последний блок сообщения имеет длину r − 1 бит. Затем после начального 1 бита добавляется еще один блок, содержащий r − 1 нулевых битов перед последним 1 битом.

Два бита 1 будут добавлены, даже если длина сообщения уже делится на r . ^{[6] : 5.1} В этом случае к сообщению добавляется еще один блок, содержащий бит 1, за которым следует блок из r − 2 нулевых битов и еще один бит 1. Это необходимо для того, чтобы сообщение с длиной, делящейся на r, заканчивающееся чем-то, что выглядит как заполнение, не создавало тот же хэш, что и сообщение с удаленными этими битами.

Начальный бит 1 необходим, чтобы сообщения, отличающиеся только несколькими дополнительными битами 0 в конце, не создавали одинаковый хэш.

Положение последнего бита 1 указывает, какая скорость r использовалась (многоскоростное заполнение), что требуется для того, чтобы доказательство безопасности работало для разных вариантов хеша. Без него разные варианты хеша одного и того же короткого сообщения были бы одинаковыми вплоть до усечения.

Блочное преобразование f , которое для SHA-3 равно Keccak-f[1600], представляет собой перестановку, использующую операции XOR , AND и NOT , и разработано для простой реализации как в программном обеспечении, так и в оборудовании.

Он определен для любого размера слова степени двойки , w = 2 ^ℓ бит. Основная подача SHA-3 использует 64-битные слова, ℓ = 6 .

Состояние можно рассматривать как массив битов 5 × 5 × w . Пусть a [ i ][  j ][ k ] будет битом (5 i + j ) × w + k входа, используя соглашение о нумерации битов little-endian и индексацию по строкам . То есть i выбирает строку, j — столбец, а k — бит.

Индексная арифметика выполняется по модулю 5 для первых двух измерений и по модулю w для третьего.

Базовая функция перестановки блоков состоит из 12 + 2 ℓ раундов по пять шагов:

θ (тета)

Вычислите четность каждого из 5 w (320, когда w = 64 ) 5-битных столбцов и примените исключающее ИЛИ к двум соседним столбцам в регулярном шаблоне. Если быть точным, a [ i ][  j ][ k ] ← a [ i ][  j ][ k ] ⊕ parity(a[0...4][ j -1][ k ]) ⊕ parity(a[0...4][ j +1][ k −1])

ρ (ро)

Побитово вращаем каждое из 25 слов на разное треугольное число 0, 1, 3, 6, 10, 15, .... Если быть точным, a [0][0] не вращается, и для всех 0 ≤ t < 24 , a [ i ][  j ][ k ] ← a [ i ][  j ][ k −( t +1)( t +2)/2] , где .${\displaystyle {\begin{pmatrix}i\\j\end{pmatrix}}={\begin{pmatrix}3&2\\1&0\end{pmatrix}}^{t}{\begin{pmatrix}0\\1\end{pmatrix}}}$

π (пи)

Переставьте 25 слов в фиксированном порядке. a [3 i +2 j ][ i ] ← a [  i ][ j ] .

χ (хи)

Побитовое объединение по строкам с использованием x ← x ⊕ (¬ y & z ) . Если быть точным, a [ i ][  j ][ k ] ← a [ i ][  j ][ k ] ⊕ (¬ a [ i ][  j + 1 ][ k ] & a [ i ][  j + 2 ][ k ]) . Это единственная нелинейная операция в SHA-3.

ι (йота)

Исключающее ИЛИ раундовой константы в одно слово состояния. Если быть точным, в раунде n для 0 ≤ m ≤ ℓ [ 0 ] [0][2 ^m −1] подвергается XOR с битом m + 7 n последовательности LFSR степени 8. Это нарушает симметрию, сохраняемую другими шагами.

Скорость хеширования SHA-3 длинных сообщений определяется вычислением f = Keccak-f[1600] и XORing S с расширенным P _i , операцией на b = 1600 бит. Однако, поскольку последние c бит расширенного P _i в любом случае равны 0, а XOR с 0 является NOP, достаточно выполнять операции XOR только для r бит ( r = 1600 − 2 × 224 = 1152 бита для SHA3-224, 1088 бит для SHA3-256, 832 бита для SHA3-384 и 576 бит для SHA3-512). Чем ниже r (и, наоборот, чем выше c = b − r = 1600 − r ), тем менее эффективным, но более безопасным становится хеширование, поскольку меньше битов сообщения могут быть подвергнуты операции XOR в состояние (быстрая операция) перед каждым применением вычислительно затратного f . Авторы сообщают о следующих скоростях для программных реализаций Keccak-f[1600] плюс XOR 1024 бит, ^[1] что примерно соответствует SHA3-256:

• 57,4 cpb на IA-32, Intel Pentium 3 ^[39]
• 41 cpb на IA-32+MMX, Intel Pentium 3
• 20 cpb на IA-32+SSE, Intel Core 2 Duo или AMD Athlon 64
• 12,6 cpb на типичной машине на базе x86-64
• 6–7 cpb на IA-64 ^[1]

Для точного SHA3-256 на x86-64 Бернстайн измеряет 11,7–12,25 cpb в зависимости от ЦП. ^{[40] : 7} SHA-3 критиковали за то, что он медленный на архитектурах наборов инструкций (ЦП), которые не имеют инструкций, специально предназначенных для вычисления функций Keccak быстрее – SHA2-512 более чем в два раза быстрее, чем SHA3-512, а SHA-1 более чем в три раза быстрее на процессоре Intel Skylake с тактовой частотой 3,2 ГГц. ^[41] Авторы отреагировали на эту критику, предложив использовать SHAKE128 и SHAKE256 вместо SHA3-256 и SHA3-512, за счет снижения сопротивления прообразу вдвое (но при сохранении сопротивления коллизии). При этом производительность находится на одном уровне с SHA2-256 и SHA2-512.

Однако в аппаратных реализациях SHA-3 заметно быстрее всех остальных финалистов, ^[42] а также быстрее, чем SHA-2 и SHA-1. ^[41]

По состоянию на 2018 год архитектура ARMv8 ^[43] от ARM включает специальные инструкции, которые позволяют алгоритмам Keccak выполняться быстрее, а архитектура z/Architecture ^[44] от IBM включает полную реализацию SHA-3 и SHAKE в одной инструкции. Также были предложения по расширению для RISC-V для добавления инструкций, специфичных для Keccak. ^[45]

Стандарт NIST определяет следующие случаи для сообщения M и длины вывода d : ^{[6] : 20, 23}

Со следующими определениями

• Keccak[ c ]( N , d ) = губка[Keccak-f[1600], pad10 ^* 1, r ]( N , d ) ^{[6] : 20}
• Кеччак-ф[1600] = Кеччак-п[1600, 24] ^{[6] : 17}
• c - это емкость
• r — это скорость = 1600 − c
• N — входная битовая строка

Экземпляры SHA-3 являются полностью готовыми заменами SHA-2 и призваны иметь идентичные свойства безопасности.

SHAKE будет генерировать столько битов из своей губки, сколько запрошено, таким образом, являясь расширяемыми выходными функциями (XOF). Например, SHAKE128(M, 256) может использоваться как хэш-функция с 256-символьным битовым потоком с 128-битной степенью безопасности. Произвольно большие длины могут использоваться как генераторы псевдослучайных чисел. В качестве альтернативы, SHAKE256(M, 128) может использоваться как хэш-функция с 128-битной длиной и 128-битной устойчивостью. ^[6]

Все экземпляры добавляют несколько битов к сообщению, самый правый из которых представляет суффикс разделения доменов . Цель этого — гарантировать невозможность создания сообщений, которые производят одинаковый хэш-вывод для различных приложений хэш-функции Keccak. Существуют следующие суффиксы разделения доменов: ^{[6] [46]}

В декабре 2016 года NIST опубликовал новый документ NIST SP.800-185 ^[47] , описывающий дополнительные функции, полученные из SHA-3:

• X — основная входная битовая строка. Может быть любой длины, включая нулевую.

• L — целое число, представляющее запрошенную длину выходных данных в битах.

• N — это строка битов имени функции, используемая NIST для определения функций на основе cSHAKE. Когда не требуется никакой другой функции, кроме cSHAKE, N устанавливается в пустую строку.

• S — это строка бита настройки. Пользователь выбирает эту строку, чтобы определить вариант функции. Если настройка не требуется, S устанавливается в пустую строку.

• K — строка битов ключа любой длины, включая ноль.

• B — размер блока в байтах для параллельного хеширования. Это может быть любое целое число, такое, что 0 < B < 2 ²⁰⁴⁰ .

В 2016 году та же команда, которая создала функции SHA-3 и алгоритм Keccak, представила более быстрые альтернативы с сокращенными раундами (сокращенными до 12 и 14 раундов с 24 в SHA-3), которые могут использовать доступность параллельного выполнения благодаря использованию древовидного хеширования : KangarooTwelve и MarsupilamiFourteen. ^[49]

Эти функции отличаются от ParallelHash, параллелизуемой хэш-функции на основе Keccak, стандартизированной FIPS, с точки зрения параллелизма тем, что они быстрее ParallelHash для небольших размеров сообщений.

Сокращенное количество раундов оправдано огромными криптоаналитическими усилиями, сосредоточенными на Keccak, которые не дали практических атак на что-либо близкое к двенадцати раундовому Keccak. Эти более скоростные алгоритмы не являются частью SHA-3 (так как они являются более поздней разработкой), и, таким образом, не соответствуют FIPS; но поскольку они используют ту же перестановку Keccak, они безопасны до тех пор, пока нет атак на SHA-3, сокращенный до 12 раундов. ^[49]

KangarooTwelve — это более производительная версия Keccak с сокращенным числом раундов (с 24 до 12), которая, как утверждается, имеет 128 бит безопасности ^[50] при производительности до 0,55 циклов на байт на процессоре Skylake . ^[51] Этот алгоритм является проектом IETF RFC . ^[52]

MarsupilamiFourteen, небольшая вариация KangarooTwelve, использует 14 раундов перестановки Keccak и заявляет о 256 битах безопасности. Обратите внимание, что 256-битная безопасность не более полезна на практике, чем 128-битная безопасность, но может быть необходима по некоторым стандартам. ^[50] 128 бит уже достаточно для отражения атак методом подбора на текущем оборудовании, поэтому наличие 256-битной безопасности не добавляет практической ценности, если только пользователь не беспокоится о значительном улучшении скорости классических компьютеров. О сопротивлении квантовым компьютерам см. ниже.

KangarooTwelve и MarsupilamiFourteen являются функциями Extendable-Output, похожими на SHAKE, поэтому они генерируют тесно связанный вывод для общего сообщения с разной длиной вывода (более длинный вывод является расширением более короткого вывода). Такое свойство не проявляется в хэш-функциях, таких как SHA-3 или ParallelHash (за исключением вариантов XOF). ^[6]

В 2016 году команда Keccak выпустила другую конструкцию, названную конструкцией Farfalle, и Kravatte, экземпляр Farfalle, использующий перестановку Keccak-p, ^[53], а также два аутентифицированных алгоритма шифрования Kravatte-SANE и Kravatte-SANSE ^[54].

RawSHAKE является основой для кодирования Sakura для хеширования деревьев, которое пока не стандартизировано. Sakura использует суффикс 1111 для отдельных узлов, эквивалентный SHAKE, и другие сгенерированные суффиксы в зависимости от формы дерева. ^{[46] : 16}

Существует общий результат ( алгоритм Гровера ), что квантовые компьютеры могут выполнить структурированную атаку прообраза за , в то время как классическая атака методом грубой силы требует 2 ^d . Структурированная атака прообраза подразумевает вторую атаку прообраза ^[29] и, таким образом, атаку коллизии . Квантовый компьютер также может выполнить атаку дня рождения , тем самым сломав устойчивость к коллизиям, в ^[55] (хотя это оспаривается). ^[56] Отмечая, что максимальная прочность может быть , это дает следующие верхние ^[57] границы квантовой безопасности SHA-3:${\displaystyle {\sqrt {2^{d}}}=2^{d/2}}$${\displaystyle {\sqrt[{3}]{2^{d}}}=2^{d/3}}$${\displaystyle c/2}$

Было показано, что конструкция Меркла–Дамгарда , используемая SHA-2, является коллапсирующей и, как следствие, устойчивой к квантовым столкновениям ^[58], но для конструкции губки, используемой SHA-3, авторы приводят доказательства только для случая, когда блочная функция f не является эффективно обратимой; однако Keccak-f[1600] эффективно обратима, и поэтому их доказательство неприменимо. ^{[59] [ оригинальное исследование ]}

Следующие значения хеша взяты из NIST.gov: ^[60]

SHA3-224("")6b4e03423667dbb73b6e15454f0eb1abd4597f9a1b078e3f5b5a6bc7SHA3-256("")a7ffc6f8bf1ed76651c14756a061d662f580ff4de43b49fa82d80a4b80f8434aSHA3-384("")0c63a75b845e4f7d01107d852e4c2485c51a50aaaa94fc61995e71bbee983a2ac3713831264adb47fb6bd1e058d5f004SHA3-512("")a69f73cca23a9ac5c8b567dc185a756e97c982164fe25859e0d1dcc1475c80a6 15b2123af1f5f94c11e3e9402c3ac558f500199d95b6d3e301758586281dcd26SHAKE128("", 256)7f9c2ba4e88f827d616045507605853ed73b8093f6efbc88eb1a6eacfa66ef26SHAKE256("", 512)46b9dd2b0ba88d13233b3feb743eeb243fcd52ea62b81b82b50c27646ed5762f d75dc4ddd8c0f200cb05019d67b592f6fc821c49479ab48640292eacb3b7c4be

Изменение одного бита приводит к изменению каждого бита на выходе с вероятностью 50%, демонстрируя лавинный эффект :

SHAKE128("Быстрая коричневая лиса перепрыгивает через ленивую собаку", 256)f4202e3c5852f9182a0430fd8144f0a74b95e7417ecae17db0f8cfeed0e3e66eSHAKE128("Быстрая коричневая лиса прыгает через ленивую до ф ", 256)853f4538be0db9621a6cea659a06c1107b1f83f02b13d18297bd39d7411cf10c

В таблице ниже внутреннее состояние означает количество бит, которые переносятся в следующий блок.

Оптимизированная реализация с использованием AVX-512VL (т. е. из OpenSSL , работающего на процессорах Skylake-X ) SHA3-256 достигает около 6,4 циклов на байт для больших сообщений, ^[66] и около 7,8 циклов на байт при использовании AVX2 на процессорах Skylake . ^[67] Производительность на других процессорах x86, Power и ARM в зависимости от используемых инструкций и конкретной модели процессора варьируется от около 8 до 15 циклов на байт, ^{[68] [69] [70]} с некоторыми старыми процессорами x86 до 25–40 циклов на байт. ^[71]

Ниже приведен список криптографических библиотек, поддерживающих SHA-3:

• Rust's sha3
• Ботан
• Надувной замок
• Крипто++
• Libgcrypt
• Крапива
• OpenSSL
• wolfSSL
• Криптографический SDK MIRACL
• Golang's x/crypto/sha3
• libkeccak

Шестиядерные ядра процессора SoC Apple A13 ARMv8 поддерживают ^[72] ускорение SHA-3 (и SHA-512) с использованием специализированных инструкций (EOR3, RAX1, XAR, BCAX) из набора крипторасширений ARMv8.2-SHA. ^[73]

Некоторые библиотеки программного обеспечения используют возможности векторизации ЦП для ускорения использования SHA-3. Например, Crypto++ может использовать SSE2 на x86 для ускорения SHA3, ^[74] а OpenSSL может использовать MMX , AVX-512 или AVX-512VL на многих системах x86. ^[75] Также ЦП POWER8 реализуют 2x64-битный поворот вектора, определенный в PowerISA 2.07, что может ускорить реализации SHA-3. ^[76] Большинство реализаций для ARM не используют векторные инструкции Neon , поскольку скалярный код быстрее. Однако реализации ARM можно ускорить с помощью векторных инструкций SVE и SVE2; они доступны , например, в ЦП Fujitsu A64FX . ^[77]

IBM z/Architecture поддерживает SHA-3 с 2017 года как часть расширения Message-Security-Assist Extension 6. ^[78] Процессоры поддерживают полную реализацию всех алгоритмов SHA-3 и SHAKE с помощью инструкций KIMD и KLMD, используя аппаратный вспомогательный механизм, встроенный в каждое ядро.

Ethereum использует хэш-функцию Keccak-256 (согласно версии 3 победившей заявки на конкурс SHA-3 Бертони и др., которая отличается от окончательной спецификации SHA-3). ^[79]

• Ethash – еще один хэш на основе Keccak

• Соломон, МГ (2019). Ethereum для чайников. Wiley. ISBN 978-1-119-47411-1. Получено 20 ноября 2024 г. .

• Веб-сайт Keccak
• Стандарт SHA-3