Publication de l'implémentation de référence de la fonction de hachage cryptographique BLAKE3 1.0

La version de référence de la fonction de hachage cryptographique BLAKE3 1.0 a été publiée, remarquable par sa très haute performance de calcul du hachage tout en garantissant une fiabilité au niveau de SHA-3. Dans le test de génération de hachage pour un fichier de 16 Ko, BLAKE3 avec une clé de 256 bits dépasse SHA3-256 de 17 fois, SHA-256 de 14 fois, SHA-512 de 9 fois, SHA-1 de 6 fois, et BLAKE2b de 5 fois. Cet écart significatif se maintient également lors du traitement de très gros volumes de données, par exemple, BLAKE3 s'est révélé plus rapide que SHA-256 d'un facteur de 8 lors du calcul du hachage pour 1 Go de données aléatoires. Le code de la version de référence de BLAKE3 est disponible en versions sur les langages C et Rust sous une double licence – domaine public (CC0) et Apache 2.0.

La fonction de hachage est conçue pour des applications telles que la vérification de l’intégrité des fichiers, l’authentification des messages et la génération de données pour les signatures numériques cryptographiques. BLAKE3 n'est pas destinée à hacher des mots de passe, car elle se concentre sur un calcul de hachage aussi rapide que possible (pour les mots de passe, il est recommandé d'utiliser des fonctions de hachage lentes comme yescrypt, bcrypt, scrypt ou Argon2). La fonction de hachage présentée est insensible à la taille des données hachées et est protégée contre les attaques de collision et la recherche de préimages.

L'algorithme a été développé par des experts en cryptographie renommés (Jack O'Connor, Jean-Philippe Aumasson, Samuel Neves, Zooko Wilcox-O'Hearn) et poursuit le développement de l'algorithme BLAKE2 tout en appliquant le mécanisme Bao pour coder l'arbre de chaînes de blocs. Contrairement à BLAKE2 (BLAKE2b, BLAKE2s), BLAKE3 propose un algorithme unique pour toutes les plateformes, sans lien avec la largeur de champ ou la taille du hachage.

L'augmentation des performances a été obtenue grâce à la réduction du nombre de rondes de 10 à 7 et au hachage des blocs en morceaux de 1 Ko. Selon les créateurs, ils ont trouvé une preuve mathématique convaincante qu'il est possible de se contenter de 7 rondes au lieu de 10 tout en maintenant le même niveau de fiabilité (pour illustrer, on peut prendre l'exemple du mélange de fruits dans un mixeur : après 7 secondes, les fruits sont déjà parfaitement mélangés, et 3 secondes supplémentaires n'affecteront pas la consistance du mélange). Certains chercheurs expriment toutefois des doutes, estimant que même si, à l'heure actuelle, 7 rondes suffisent à résister à toutes les attaques connues sur les hachages, les 3 rondes supplémentaires pourraient se révéler utiles en cas de découverte de nouvelles attaques à l'avenir.

En ce qui concerne la division en blocs, le BLAKE3 décompose le flux en morceaux de 1 Ko et chaque morceau est haché indépendamment. Sur la base des hachages des morceaux, un grand hachage est formé sur la base d'un arbre binaire de Merkle. Cette division permet de résoudre le problème de la parallélisation du traitement des données lors du calcul du hachage : par exemple, il est possible d'utiliser des instructions SIMD à 4 fils pour calculer simultanément les hachages de 4 blocs. Les fonctions de hachage traditionnelles SHA-* traitent les données de manière séquentielle.

Caractéristiques de BLAKE3 :

• Haute performance, BLAKE3 est nettement plus rapide que MD5, SHA-1, SHA-2, SHA-3 et BLAKE2.
• Sécurité, y compris la résistance aux attaques par prolongement de message, auxquelles SHA-2 est vulnérable ;
• Des versions en langage Rust, optimisées pour l'utilisation d'instructions SSE2, SSE4.1, AVX2, AVX-512 et NEON, sont disponibles.
• Assure la parallélisation des calculs sur n'importe quel nombre de fils et canaux SIMD.
• Possibilité de mise à jour incrémentielle et de traitement vérifié des flux ;
• Utilisation dans les modes PRF, MAC, KDF, XOF et comme hachage ordinaire ;
• Un algorithme unique pour toutes les architectures, rapide sur les systèmes x86-64 ainsi que sur les processeurs ARM 32 bits.

Les principales différences entre BLAKE3 et BLAKE2 :

• Utilisation d'une structure arborescente binaire permettant d'atteindre une parallélisation illimitée lors du calcul du hachage.
• Réduction du nombre de rondes de 10 à 7.
• Trois modes de fonctionnement : hachage, hachage avec clé (HMAC) et génération de clé (KDF).
• Absence de frais supplémentaires lors du hachage avec clé grâce à l'utilisation de la zone précédemment occupée par le bloc de paramètres de clé.
• Mécanisme intégré fonctionnant comme une fonction avec sortie extensible (XOF, Extendable Output Function), permettant la parallélisation et la position (seek).

Source : opennet.ru