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歷史

Keccak 是一個加密散列算法，由 Guido Bertoni，Joan Daemen，Micha?l Peeters，以及Gilles Van Assche在RadioGatún上設(shè)計。

2012年10月2日，Keccak 被選為NIST散列函數(shù)競賽的勝利者。SHA-3并不是要取代SHA-2，因?yàn)镾HA-2目前并沒有出現(xiàn)明顯的弱點(diǎn)。由于對MD5出現(xiàn)成功的破解，以及對SHA-0和SHA-1出現(xiàn)理論上破解的方法，NIST感覺需要一個與之前算法不同的，可替換的加密散列算法，也就是現(xiàn)在的 SHA-3。

2014年，NIST發(fā)布了 FIPS 202 的草案 "SHA-3 Standard: Permutation-Based Hash and Extendable-Output Functions"。

2015年8月5日，F(xiàn)IPS 202 最終被 NIST 批準(zhǔn)。

設(shè)計

Keccak 使用海綿函數(shù)，此函數(shù)會將數(shù)據(jù)與初始的內(nèi)部狀態(tài)做XOR運(yùn)算，這是無可避免可置換的(inevitably permuted)。在最大的版本，算法使用的內(nèi)存狀態(tài)是使用一個5×5的二維數(shù)組，數(shù)據(jù)類型是64位的字節(jié)，總計1600比特 。縮版的算法使用比較小的，以2為冪次的字節(jié)大小w為1比特，總計使用25比特。除了使用較小的版本來研究加密分析攻擊，比較適中的大小(例如從w=4使用100比特，到w=32使用800比特)則提供了比較實(shí)際且輕量的替代方案。

Keccak 的置換

置換方法是先定義字的長度為二的某次方，w = 2比特。SHA-3的主要應(yīng)用使用64位的字長，? = 6。

內(nèi)存狀態(tài)可以被視為5×5×w的三維數(shù)組。令a[i][j][k]代表內(nèi)存狀態(tài)的第(i×5 + j)×w + k個比特（使用小端序，little-endian，參見字節(jié)序）。

置換函數(shù)是五個子段落(sub-round)作12+2?次的循環(huán)，每一個子段落都相當(dāng)簡單：

修改

在整個 NIST 散列函數(shù)比賽里面，參賽者允許稍微修改算法解決已經(jīng)出現(xiàn)的問題。Keccak 的修改有：

循環(huán)的數(shù)目從12+?變成12+2?，以增加安全度。

填充函數(shù)使用比起上述101的方式更加復(fù)雜的作法。

吸收比率r增加到安全限制，而非向下舍入到最接近某個2的冪次。

SHA-3 示例

空字符串的散列值：

由于雪崩效應(yīng)，即使一個很小的改變都會產(chǎn)出幾乎完全不同的散列值。舉例來說，把 dog 改成 dof：

SHA 家族函數(shù)的比較

在下面的表格中，“內(nèi)部狀態(tài)”指的是傳遞到下一個塊的位數(shù)。

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