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BLAKE
General
DiseñadoresJean-Philippe Aumasson, Luca Henzen, Willi Meier, Raphael C.-W. Phan
SucesoresBLAKE2
CertificaciónFinalista SHA-3
Detalle
Tamaños de resumen224, 256, 384 o 512 bits
EstructuraConstrucción HAIFA
Rondas14 o 16
Velocidad8.4 cpb en Core 2 para BLAKE-256; 7.8 cpb para BLAKE-512

BLAKE es una función de hash criptográfica basada en Dan Bernstein 's ChaCha cifrado de flujo , pero una copia permutado del bloque de entrada, XORed con constantes redondas, se añade antes de cada ronda ChaCha. Como SHA-2 , hay dos variantes que difieren en el tamaño de la palabra . ChaCha opera en una matriz de palabras de 4 × 4. BLAKE combina repetidamente un valor hash de 8 palabras con 16 palabras de mensaje, truncando el resultado de ChaCha para obtener el siguiente valor hash. BLAKE-256 y BLAKE-224 utilizan palabras de 32 bits y producen tamaños de resumen de 256 bits y 224 bits, respectivamente, mientras que BLAKE-512 y BLAKE-384 utilizan palabras de 64 bits y producen tamaños de resumen de 512 bits y 384 bits, respectivamente.

La función hash BLAKE2 , basada en BLAKE, se anunció en 2012. La función hash BLAKE3 , basada en BLAKE2, se anunció en 2020.

Historia [ editar ]

BLAKE fue presentado al concurso de función hash del NIST por Jean-Philippe Aumasson, Luca Henzen, Willi Meier y Raphael C.-W. Phan. En 2008, hubo 51 entradas. BLAKE llegó a la ronda final que consta de cinco candidatos, pero perdió ante Keccak en 2012, que fue seleccionado para el algoritmo SHA-3 .

Algoritmo [ editar ]

Al igual que SHA-2 , BLAKE viene en dos variantes: una que usa palabras de 32 bits, utilizada para calcular hashes de hasta 256 bits de longitud, y otra que utiliza palabras de 64 bits, utilizada para calcular hashes de hasta 512 bits de longitud. La transformación del bloque central combina 16 palabras de entrada con 16 variables de trabajo, pero solo se conservan 8 palabras (256 o 512 bits) entre bloques.

Utiliza una tabla de 16 palabras constantes (los primeros 512 o 1024 bits de la parte fraccionaria de π ) y una tabla de 10 permutaciones de 16 elementos:

σ [0] = 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15σ [1] = 14 10 4 8 9 15 13 6 1 12 0 2 11 7 5 3σ [2] = 11 8 12 0 5 2 15 13 10 14 3 6 7 1 9 4σ [3] = 7 9 3 1 13 12 11 14 2 6 5 10 4 0 15 8σ [4] = 9 0 5 7 2 4 10 15 14 1 11 12 6 8 3 13σ [5] = 2 12 6 10 0 11 8 3 4 13 7 5 15 14 1 9σ [6] = 12 5 1 15 14 13 4 10 0 7 6 3 9 2 8 11σ [7] = 13 11 7 14 12 1 3 9 5 0 15 4 8 6 2 10σ [8] = 6 15 14 9 11 3 0 8 12 2 13 7 1 4 10 5σ [9] = 10 2 8 4 7 6 1 5 15 11 9 14 3 12 13 0

La operación principal, equivalente al cuarto de ronda de ChaCha, opera en una columna o diagonal de 4 palabras a b c d, que se combina con 2 palabras de mensaje m[]y dos palabras constantes n[]. Se realiza 8 veces por ronda completa:

j ← σ [r% 10] [2 × i] // Cálculos de índicek ← σ [r% 10] [2 × i + 1]a ← a + b + (m [j] ⊕ n [k]) // Paso 1 (con entrada)d ← (d ⊕ a) >>> 16c ← c + d // Paso 2 (sin entrada)b ← (b ⊕ c) >>> 12a ← a + b + (m [k] ⊕ n [j]) // Paso 3 (con entrada)d ← (d ⊕ a) >>> 8c ← c + d // Paso 4 (sin entrada)b ← (b ⊕ c) >>> 7

En lo anterior, res el número redondeado (0-13) y ivaría de 0 a 7.

Las diferencias con la función de cuarto de vuelta de ChaCha son:

  • Se ha agregado la adición de las palabras del mensaje.
  • Las direcciones de rotación se han invertido.

La versión de 64 bits (que no existe en ChaCha) es idéntica, pero las cantidades de rotación son 32, 25, 16 y 11, respectivamente, y el número de rondas se incrementa a 16.

Ajustes [ editar ]

A lo largo de la competencia de la función hash del NIST, los participantes pueden "modificar" sus algoritmos para abordar los problemas que se descubren. Los cambios que se han realizado en BLAKE son: se aumentó el número de rondas de 10/14 a 14/16. Esto es para ser más conservador con respecto a la seguridad sin dejar de ser rápido.

Ejemplos de resúmenes [ editar ]

Valores hash de una cadena vacía:

BLAKE-224 ("") =7dc5313b1c04512a174bd6503b89607aecbee0903d40a8a569c94eedBLAKE-256 ("") =716f6e863f744b9ac22c97ec7b76ea5f5908bc5b2f67c61510bfc4751384ea7aBLAKE-384 ("") =c6cbd89c926ab525c242e6621f2f5fa73aa4afe3d9e24aed727faaadd6af38b620bdb623dd2b4788b1c8086984af8706BLAKE-512 ("") =a8cfbbd73726062df0c6864dda65defe58ef0cc52a5625090fa17601e1eecd1b628e94f396ae402a00acc9eab77b4d4c2e852aaaa25a636d80af3fc7913ef5b8

Cambiar un solo bit hace que cada bit de la salida cambie con un 50% de probabilidad, lo que demuestra un efecto de avalancha :

BLAKE-512 ("El rápido zorro marrón salta sobre el perro perezoso") =1f7e26f63b6ad25a0896fd978fd050a1766391d2fd0471a77afb975e5034b7ad2d9ccf8dfb47abbbe656e1b82fbc634ba42ce186e8dc5e1ce09a885d41f43451BLAKE-512 ("El rápido zorro marrón salta sobre el perezoso do f ") =a701c2a1f9baabd8b1db6b75aee096900276f0b86dc15d247ecc03937b370324a16a4ffc0c3a85cd63229cfa15c15f4ba6d46ae2e849ed6335e9ff43b764198a

BLAKE2 [ editar ]

BLAKE2
General
DiseñadoresJean-Philippe Aumasson, Samuel Neves, Zooko Wilcox-O'Hearn , Christian Winnerlein
Derivado deBLAKE
Detalle
Tamaños de resumenhasta 64 bytes (BLAKE2b); hasta 32 bytes (BLAKE2s); arbitrario (BLAKE2X)
Rondas10 o 12
Velocidad3,5 cpb en Core i5 (Ivy Bridge) para BLAKE2b [1]

BLAKE2 es una función hash criptográfica basada en BLAKE, creada por Jean-Philippe Aumasson, Samuel Neves, Zooko Wilcox-O'Hearn y Christian Winnerlein. El objetivo del diseño era reemplazar los algoritmos MD5 y SHA-1 , ampliamente utilizados, pero defectuosos, en aplicaciones que requieren un alto rendimiento en software. BLAKE2 se anunció el 21 de diciembre de 2012. [2] Una implementación de referencia está disponible bajo CC0 , la licencia OpenSSL y la licencia pública Apache 2.0 . [3] [4]

BLAKE2b es más rápido que MD5, SHA-1, SHA-2 y SHA-3, en arquitecturas ARM y x86-64 de 64 bits. [3] BLAKE2 proporciona mejor seguridad que SHA-2 y similar a la de SHA-3: inmunidad a la extensión de longitud , indiferenciabilidad de un oráculo aleatorio, etc. [5]

BLAKE2 elimina la adición de constantes a las palabras de mensaje de la función de ronda BLAKE, cambia dos constantes de rotación, simplifica el relleno, agrega un bloque de parámetros que está XOR'ed con vectores de inicialización y reduce el número de rondas de 16 a 12 para BLAKE2b (sucesor de BLAKE- 512) y de 14 a 10 para BLAKE2 (sucesor de BLAKE-256).

BLAKE2 admite los modos de codificación, salazón, personalización y árbol hash, y puede generar resúmenes desde 1 hasta 64 bytes para BLAKE2b, o hasta 32 bytes para BLAKE2s. También hay versiones paralelas diseñadas para un mayor rendimiento en procesadores de múltiples núcleos ; BLAKE2bp (paralelo de 4 vías) y BLAKE2sp (paralelo de 8 vías).

BLAKE2X es una familia de funciones de salida extensible (XOF). Mientras que BLAKE2 está limitado a resúmenes de 64 bytes, BLAKE2X permite resúmenes de hasta 256 GiB. BLAKE2X en sí mismo no es una instancia de una función hash y debe basarse en una instancia de BLAKE2 real. Un ejemplo de una instancia de BLAKE2X podría ser BLAKE2Xb16MiB , que sería una versión de BLAKE2X basada en BLAKE2b que produciría resúmenes de 16.777.216 bytes (o exactamente 16 MiB , de ahí el nombre de dicha instancia). [6]

BLAKE2b y BLAKE2s se especifican en RFC 7693. Las características opcionales que utilizan el bloque de parámetros (salazón, hash personalizados, hash de árbol, etc.) no están especificadas y, por lo tanto, tampoco es compatible con BLAKE2bp, BLAKE2sp o BLAKE2X. [7]

Vector de inicialización [ editar ]

BLAKE2b usa un vector de inicialización que es el mismo que el IV usado por SHA-512. Estos valores se obtienen de forma transparente tomando los primeros 64 bits de las partes fraccionarias de las raíces cuadradas positivas de los primeros ocho números primos.

IV 0 = 0x6a09e667f3bcc908 // Frac (sqrt (2))
IV 1 = 0xbb67ae8584caa73b // Frac (sqrt (3))
IV 2 = 0x3c6ef372fe94f82b // Frac (sqrt (5))
IV 3 = 0xa54ff53a5f1d36f1 ( // Frac (sqrt (5)) ))
IV 4 = 0x510e527fade682d1 // Frac (sqrt (11))
IV 5 = 0x9b05688c2b3e6c1f // Frac (sqrt (13))
IV 6 = 0x1f83d9abfb41bd6b // Frac (sqrt (17))
IV 7 = 0x5be0cd19137e2179 // Frac (sqrt (19))

Algoritmo BLAKE2b [ editar ]

Pseudocódigo para el algoritmo BLAKE2b. El algoritmo BLAKE2b utiliza palabras de 8 bytes (UInt64) y fragmentos de 128 bytes.

Algoritmo BLAKE2b  Entrada: M  Mensaje a codificar cbMessageLen: Número, (0..2 128 )  Longitud del mensaje en bytes Clave  Opcional 0..64 byte clave cbKeyLen: Número, (0..64)  Longitud de la clave opcional en bytes cbHashLen: Número, (1..64)  Longitud de hash deseada en bytes  Salida: Hash  Hash de cbHashLen bytes Inicializar el vector de estado h con IV h 0..7 ← IV 0..7 Mezcle el tamaño de la clave (cbKeyLen) y la longitud de hash deseada (cbHashLen) en h 0 h 0 ← h 0 xo 0x0101kknn  donde kk es la longitud de clave (en bytes)  nn  es la longitud de hash deseada (en bytes) Cada vez que comprimimos registramos cuántos bytes se han comprimido cBytesCompressed ← 0 cBytesRemaining ← cbMessageLen Si se proporcionó una clave (es decir, cbKeyLen> 0), rellene  con ceros finales para que sea de 128 bytes (es decir, 16 palabras)  y anteponga el mensaje M  si (cbKeyLen> 0) entonces M ← Pad (Clave, 128) || METRO cBytes restantes ← cBytes restantes + 128 terminara si Comprima fragmentos completos de 128 bytes del mensaje, excepto el último fragmento  mientras (cBytesRemaining> 128) do chunk ← obtener los siguientes 128 bytes del mensaje M cBytesCompressed ← cBytesCompressed + 128  aumentar el recuento de bytes que se han comprimido cBytesRemaining ← cBytesRemaining - 128  disminuir el recuento de bytes en M restantes por procesar h ← Comprimir (h, fragmento, cBytesCompressed, falso) falso ⇒ este no es el último fragmento  final mientras Comprimir los bytes finales de M fragmento ← obtener los siguientes 128 bytes del mensaje M  Obtendremos cBytes Bytes restantes (es decir, 0..128 bytes) cBytesCompressed ← cBytesCompressed + cBytesRemaining  El número real de bytes restantes en M fragmento ← Pad (fragmento, 128)  Si M estaba vacío, entonces todavía comprimiremos un último fragmento de ceros h ← Comprimir (h, fragmento, cBytesCompressed, verdadero) verdadero ⇒ este es el último fragmento Resultado ← primer cbHashLen bytes del vector de estado little endian h End Algoritmo BLAKE2b

Comprimir [ editar ]

La función Comprimir toma un fragmento completo de 128 bytes del mensaje de entrada y lo mezcla en la matriz de estado en curso:

Función Compress  de entrada: h  persistente estado vector trozo  de 128 bytes (16 palabra doble) trozo de mensaje para comprimir t: Número, 0..2 128  recuento de bytes que han sido alimentados en el Compresión IsLastBlock: Boolean  Indica si este es el último ronda de compresión  Salida: h  Vector de estado persistente actualizado Configurar vector de trabajo local V V 0..7 ← h 0..7 Los  primeros ocho elementos se copian del vector de estado persistente h V 8..15 ← IV 0..7  Los ocho elementos restantes se inicializan desde el IV Mezcle el contador t de 128 bits en V 12 : V 13 V 12 ← V 12  xo Lo (t)  Lo 64 bits de UInt128 t V 13 ← V 13  xo Hi (t)  Hi 64 bits de UInt128 t  Si este es el último bloque entonces invertido todos los bits en V 14  si IsLastBlock entonces V 14 ← V 14  xor 0xFFFFFFFFFFFFFFFF  Trate cada fragmento de mensaje de 128 bytes como dieciséis palabras de 8 bytes (64 bits) m m 0..15 ← fragmento Doce rondas de mezcla criptográfica mensaje  de i a partir 0 a 11 hacen  Seleccionar horario de mezcla para esta ronda mensaje.  BLAKE2b usa 12 rondas, mientras que SIGMA solo tiene 10 entradas.  S 0..15 ← SIGMA [i mod 10] Las  rondas 10 y 11 usan SIGMA [0] y SIGMA [1] respectivamente Mezclar (V 0 , V 4 , V 8 , V 12 , m [S 0 ], m [S 1 ]) Mezcla (V 1 , V 5 , V 9 , V 13 , m [S 2 ], m [S 3 ]) Mezcla (V 2 , V 6 , V 10 , V 14 , m [S 4 ], m [S 5 ]) Mezcla (V 3 , V 7 , V 11 , V 15 , m [S 6 ], m [S 7 ]) Mezcla (V 0 , V 5 , V 10 , V 15 , m [S 8 ], m [S 9 ]) Mezcla (V 1 , V 6 , V 11 , V 12 , m [S 10 ], m [S 11 ]) Mezclar (V 2 , V 7 , V 8 , V 13 , m [S 12 ], m [S 13 ]) Mezclar (V 3 , V 4 , V 9 , V 14 , m [S 14 ], m [S 15 ]) final para Mezclar las mitades superior e inferior de V en el vector de estado en curso h h 0..7 ← h 0..7  xor V 0..7 h 0..7 ← h 0..7  xor V 8..15 Resultado ← h Fin Función Comprimir

Mezclar [ editar ]

La función de mezcla es llamada por la función de compresión y mezcla dos palabras de 8 bytes del mensaje en el estado hash. En la mayoría de las implementaciones, esta función se escribiría en línea o como una función en línea.

Entradas de mezcla de  funciones : V a , V b , V c , V d  cuatro entradas de palabra de 8 bytes del vector de trabajo V x, y  dos entradas de palabra de 8 bytes del mensaje rellenado m  Salida: V a , V b , V c , V d  las versiones modificadas de V a , V b , V c , V d V a ← V a + V b + x con entrada V d ← (V d  xor V a ) giratorio derecho 32 V c ← V c + V d  sin entrada V b ← (V b  xo V c ) giratorio derecho 24 V a ← V a + V b + y con entrada V d ← (V d  xor V a ) giratorio derecho 16 V c ← V c + V d  sin entrada V b ← (V b  xor V c ) giratorio derecho 63 Resultado ← V a , V b , V c , V d Finalizar combinación de funciones

Ejemplos de resúmenes [ editar ]

Valores hash de una cadena vacía:

BLAKE2s-224 ("") =1fa1291e65248b37b3433475b2a0dd63d54a11ecc4e3e034e7bc1ef4BLAKE2s-256 ("") =69217a3079908094e11121d042354a7c1f55b6482ca1a51e1b250dfd1ed0eef9BLAKE2b-384 ("") =b32811423377f52d7862286ee1a72ee540524380fda1724a6f25d7978c6fd3244a6caf0498812673c5e05ef583825100BLAKE2b-512 ("") =786a02f742015903c6c6fd852552d272912f4740e15847618a86e217f71f5419d25e1031afee585313896444934eb04b903a685b1448b755d56f701afe9be2ce

Cambiar un solo bit hace que cada bit de la salida cambie con un 50% de probabilidad, lo que demuestra un efecto de avalancha :

BLAKE2b-512 ("El rápido zorro marrón salta sobre el perro perezoso") =a8add4bdddfd93e4877d2746e62817b116364a1fa7bc148d95090bc7333b3673f82401cf7aa2e4cb1ecd90296e3f14cb5413f8ed77be73045b13914cdcd6a918BLAKE2b-512 ("El rápido zorro marrón salta sobre el perezoso do f ") =ab6b007747d8068c02e25a6008db8a77c218d94f3b40d2291a7dc8a62090a744c082ea27af01521a102e42f480a31e9844053f456b4b41e8aa78bbe5c12957bb

Usuarios de BLAKE2 [ editar ]

  • Argon2 , el ganador del Concurso de hash de contraseñas usa BLAKE2b
  • El sistema de implementación de Chef 's Habitat utiliza BLAKE2b para la firma de paquetes [8]
  • La herramienta de gestión de paquetes FreeBSD Ports utiliza BLAKE2b
  • GNU Core Utilities implementa BLAKE2b en su comando b2sum [9]
  • IPFS permite el uso de BLAKE2b para el hash de árbol
  • librsync usa BLAKE2b [10]
  • Ruido (protocolo criptográfico) , que se utiliza en WhatsApp, incluye BLAKE2 como opción. [11] [ cita requerida ]
  • La versión 5 del formato de archivo RAR admite una suma de comprobación de archivo BLAKE2sp opcional de 256 bits en lugar del CRC32 predeterminado de 32 bits ; fue implementado en WinRAR v5 + [12]
  • rmlint utiliza BLAKE2b para la detección de archivos duplicados [13]
  • WireGuard utiliza BLAKE2 para el hash [14]
  • Zcash , una criptomoneda, utiliza BLAKE2b en la prueba de trabajo de Equihash y como función de derivación de claves
  • NANO , una criptomoneda, utiliza BLAKE2b en la prueba de trabajo, para el hash de firmas digitales y como función de derivación de claves [15] [16] [17]

Implementaciones [ editar ]

Además de la implementación de referencia, [4] las siguientes bibliotecas de criptografía proporcionan implementaciones de BLAKE2:

  • Botan
  • Castillo inflable
  • Cripto ++
  • Libgcrypt
  • libsodium
  • OpenSSL
  • loboSSL

BLAKE3 [ editar ]

BLAKE3
General
DiseñadoresJack O'Connor, Samuel Neves, Jean-Philippe Aumasson, Zooko Wilcox-O'Hearn
Publicado por primera vez9 de enero de 2020 ; Hace 14 meses ( 09/01/2020 )
Derivado deBao, BLAKE2
Detalle
Tamaños de resumen256 bits, arbitrariamente extensible
EstructuraÁrbol Merkle
Rondas7
Velocidad0,49 cpb en Cascade Lake-SP con AVX-512 [18]

BLAKE3 es una función hash criptográfica basada en Bao y BLAKE2, creada por Jack O'Connor, Jean-Philippe Aumasson, Samuel Neves y Zooko Wilcox-O'Hearn . Fue anunciado el 9 de enero de 2020 en Real World Crypto . [19]

BLAKE3 es un algoritmo único con muchas características deseables (paralelismo, XOF, KDF, PRF y MAC), en contraste con BLAKE y BLAKE2, que son familias de algoritmos con múltiples variantes. BLAKE3 es un árbol Merkle , por lo que admite un grado prácticamente ilimitado de paralelismo (tanto SIMD como multiproceso) en archivos grandes. Las implementaciones oficiales de Rust y C [20] tienen licencia dual como dominio público ( CC0 ) y Licencia Apache . [21]

BLAKE3 está diseñado para ser lo más rápido posible. Es consistentemente varias veces más rápido que BLAKE2. La función de compresión BLAKE3 se basa estrechamente en la de BLAKE2, con la mayor diferencia de que el número de rondas se reduce de 10 a 7, un cambio basado en la suposición de que la criptografía actual es demasiado conservadora. [22] Además de proporcionar paralelismo, el formato de árbol Merkle también permite la transmisión verificada (verificación sobre la marcha) y actualizaciones incrementales. [20]

Referencias [ editar ]

  1. ^ "BLAKE2 - una alternativa a MD5 / SHA-1" .
  2. ^ O'Whielacronx, Zooko (21 de diciembre de 2012). "Presentamos BLAKE2 - una alternativa a SHA-3, SHA-2 y MD5" .
  3. ^ a b "BLAKE2" . blake2.net .
  4. ^ a b "Implementaciones oficiales de BLAKE2" . Consultado el 7 de julio de 2019 .
  5. ^ Aumasson, Jean-Philippe; Neves, Samuel; Wilcox-O'Hearn, Zooko; Winnerlein, Christian (2013). "BLAKE2: más simple, más pequeño, más rápido que MD5" (PDF) . Archivo ePrint de criptología . IACR.
  6. ^ "BLAKE2X" (PDF) .
  7. ^ Saarinen, MJ; Aumasson, JP (noviembre de 2015). El código de autenticación de mensajes y hash criptográfico BLAKE2 (MAC) . IETF . doi : 10.17487 / RFC7693 . RFC 7693 . Consultado el 4 de diciembre de 2015 .
  8. ^ Partes internas del hábitat: criptografía
  9. ^ "coreutils / src / blake2 /" . github.com .
  10. ^ "librsync / src / blake2 /" . github.com .
  11. ^ "Informe de seguridad de WhatsApp" (PDF) .
  12. ^ "Archivador WinRAR, una poderosa herramienta para procesar archivos RAR y ZIP" . rarsoft.com .
  13. ^ "rmlint - documentación de rmlint" .
  14. ^ "WireGuard: túnel de red de núcleo de próxima generación" (PDF) .
  15. ^ "trabajo" . docs.nano.org .
  16. ^ "firmas" . docs.nano.org .
  17. ^ "derivación de claves" . docs.nano.org .
  18. ^ "BLAKE3: una función, rápido en todas partes" (PDF) .
  19. ^ "Una versión anterior de Bao especificaba su propio modo de árbol personalizado, que finalmente se convirtió en BLAKE3" .
  20. ^ a b "Implementaciones oficiales de BLAKE3" . Consultado el 12 de enero de 2020 .
  21. ^ "Este trabajo se libera al dominio público con CC0 1.0. Alternativamente, tiene licencia de Apache License 2.0" .
  22. ^ Aumasson, Jean-Philippe (2020). Demasiadas criptomonedas (PDF) . Simposio de criptografía del mundo real.

Enlaces externos [ editar ]

  • El sitio web de BLAKE
  • El sitio web BLAKE2
  • El sitio web BLAKE3
  • Implantación VHDL de BLAKE , desarrollado por el Grupo de Investigación en Ingeniería Criptográfica (CERG) de la Universidad George Mason