文章目錄

• 基本概念
• • 雜湊函數的定義
  • 雜湊函數的應用
• 安全屬性
• • 基本屬性
  • • 安全屬性
  • 通用攻擊方法
  • • 碰撞攻擊
    • • 生日攻擊
• 常見結構
• • 一般模型
  • 主要構造方法
  • • 基于分組密碼
    • • 單倍長度
      • 多倍長度
    • 定制雜湊函數
    • • MD結構
      • • 定義
        • MD強化
        • MD結構的安全性
        • • MD結構的長度擴展攻擊
          • 多碰撞(t-碰撞)攻擊
      • 海綿結構
• 常見的雜湊函數算法
• • SHA-256(MD結構)
  • • 消息填充
    • 壓縮函數
    • • 示意圖
      • 消息擴充方案
      • 函數f
  • SHA-3算法 Keccak(海綿結構)

基本概念

雜湊函數的定義

?①又稱Hash函數、哈希函數，y=H(x);?

?②將任意長度的消息x壓縮為固定長度的雜湊值(哈希值、指紋值)y；

雜湊函數的應用

?①檢測消息完整性；

?②構建偽隨機函數；

?③用作偽隨機函數發生器；

?④用于數字簽名，提高數字簽名的速度；

?⑤電子簽名等認證方案的關鍵技術；

?⑥比特幣；

?⑦工作量證明；

?⑧區塊鏈的起源性技術；

安全屬性

基本屬性

?①壓縮性

??應用于任意大小的數據塊，產生定長的輸出。

?②有效性

??對任意給定的消息x，計算H(x)是容易的。

安全屬性

??抗原像(單向性)：給定H和任一個像y，其對應的輸入未知，找到一個原像x滿足H(x)=y是計算上不可行的。

??抗第二原像(抗弱碰撞)：給定H和任一個消息x，找另一個消息x’(x≠x‘)，滿足H(x)=H(x’)是計算上不可行的。

??抗碰撞(抗強碰撞)：給定H，找到任意兩個不同的消息x和x’，滿足H(x)=H(x’)是計算上不可行的。

????一般來說**！！！！！滿足抗碰撞，就暗含著滿足抗第二原像；滿足抗第二原像，就暗含著抗原像！！！！！**

??抗長度擴展攻擊：給定雜湊值H(M)和消息的長度|M|，找到h’和z滿足H(M|z)=h’是計算上不可行的。

??此外，還要考慮增強目標抗碰撞特性，偽隨機函數攻擊等。

通用攻擊方法

碰撞攻擊

?尋找x,x’，滿足h(x)=h(x’)且x≠x’

?如果能找到雜湊函數的碰撞，就意味著兩個不同的文件可以產生相同的“指紋”，從而偽造簽名。

?主要方法：生日攻擊、特殊方法(針對)

生日攻擊

找到一對碰撞的理想復雜度為2^(n/2)

?若能夠以小于2^(n/2)的復雜度找到一對碰撞，則認為h被破解

常見結構

一般模型

?迭代處理，通過處理固定長度的連續分組來雜湊任意長度的輸入。

主要構造方法

根據迭代壓縮函數f的不同：

?①基于數學困難問題；

?②基于分組密碼：雜湊值長度等于分組長度

?????????雜湊值長度大于分組長度：MDC-2，MDC-4等

?③定制雜湊函數：MD4，MD5;SHA-{0,1,224,256,384,512}等

基于分組密碼

優點：

?①基于較為成熟的分組密碼算法；

?②假如系統中已經有了分組密碼的一個有效實現，把它作為雜湊函數的中心元件，幾乎不需附加代價

缺點：

?實現效率一般不如定制雜湊函數

單倍長度

多倍長度

定制雜湊函數

優點：可選擇利于快速實現的基本運算

缺點：難以進行安全性證明；出現時間短，設計理念不夠成熟

MD結構

定義

MD強化

為了進一步提高安全性，對消息填充進行的強化

MD結構的安全性

！！！易于構造二次碰撞！！！

MD結構的長度擴展攻擊

多碰撞(t-碰撞)攻擊

海綿結構

常見的雜湊函數算法

SHA-256(MD結構)

?①MD結構；

?②SHA-2系列：

??根據輸出雜湊值長度的不同劃分為：SHA-224/256/384/512多個版本；

??在不同版本中，消息分塊長度/壓縮函數步數/常數選擇也是不同的

?③SHA-256

??消息分塊為512比特；鏈接值CV長度為256比特；輸出的雜湊值長度為256比特

消息填充

壓縮函數

?其中，ROT表示循環移位，SH表示移位，R表示右移，右上角數字表示移動的位數

示意圖

消息擴充方案

函數f

SHA-3算法 Keccak(海綿結構)

總結

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