שחרור יישום ההתייחסות של פונקציית הגיבוב ההצפנה BLAKE3 1.0

יישום ייחוס של פונקציית הגיבוב ההצפנה BLAKE3 1.0 שוחרר, בולט בביצועי חישוב הגיבוב הגבוהים מאוד שלו תוך הבטחת אמינות ברמת SHA-3. במבחן יצירת ה-hash עבור קובץ של 16 KB, BLAKE3 עם מפתח של 256 סיביות עולה על SHA3-256 פי 17, SHA-256 פי 14, SHA-512 פי 9, SHA-1 פי 6, ו-BLAKE2b - 5 פעמים. נותר פער משמעותי בעת עיבוד כמויות גדולות מאוד של נתונים, למשל, התברר כי BLAKE3 מהיר פי 256 מ-SHA-8 בעת חישוב hash עבור 1GB של נתונים אקראיים. קוד היישום של BLAKE3 זמין בגרסאות C ו-Rust תחת רישיון דומיין ציבורי (CC0) ו-Apache 2.0.

פונקציית ה-hash מיועדת ליישומים כגון בדיקת תקינות הקבצים, אימות הודעות והפקת נתונים עבור חתימות דיגיטליות קריפטוגרפיות. BLAKE3 אינו מיועד לגיבוב סיסמאות, שכן הוא שואף לחשב גיבוב במהירות האפשרית (עבור סיסמאות, מומלץ להשתמש בפונקציות הגיבוב האיטיות yescrypt, bcrypt, scrypt או Argon2). פונקציית הגיבוב הנבחנת אינה רגישה לגודל הנתונים הגיבובים ומוגנת מפני התקפות על בחירת התנגשות ואיתור קדם-תמונה.

האלגוריתם פותח על ידי מומחי קריפטוגרפיה ידועים (ג'ק אוקונור, ז'אן-פיליפ אומסון, סמואל נבס, Zooko Wilcox-O'Hearn) וממשיך בפיתוח האלגוריתם BLAKE2 ומשתמש במנגנון Bao כדי לקודד את עץ שרשרת הבלוק. . בניגוד ל-BLAKE2 (BLAKE2b, BLAKE2s), BLAKE3 מציע אלגוריתם יחיד לכל הפלטפורמות, לא קשור לעומק הסיביות ולגודל ה-hash.

ביצועים מוגברים הושגו על ידי הפחתת מספר הסיבובים מ-10 ל-7 וחישוף בלוקים בנפרד בחלקים של 1 KB. לדברי היוצרים, הם מצאו הוכחה מתמטית משכנעת שאפשר להסתדר עם 7 סבבים במקום 10 תוך שמירה על אותה רמת אמינות (לצורך הבהירות ניתן לתת דוגמה עם ערבוב פירות במיקסר - לאחר 7 שניות הפרי כבר מעורבב לחלוטין, ו-3 שניות נוספות לא ישפיעו על עקביות התערובת). עם זאת, חלק מהחוקרים מביעים ספקות, ומאמינים שגם אם 7 סבבים מספיקים כרגע כדי להתמודד עם כל ההתקפות הידועות על hashes, אז 3 סבבים נוספים עשויים להיות שימושיים אם יזוהו התקפות חדשות בעתיד.

לגבי חלוקה לבלוקים, ב-BLAKE3 הזרם מחולק לחתיכות של 1 KB וכל חלק עובר גיבוב באופן עצמאי. בהתבסס על הגיבובים של החלקים, נוצר חשיש אחד גדול המבוסס על עץ מרקל הבינארי. חלוקה זו מאפשרת לנו לפתור את בעיית עיבוד הנתונים מקבילים בעת חישוב גיבובים - לדוגמה, ניתן להשתמש בהוראות SIMD עם 4 חוטים כדי לחשב בו-זמנית גיבוב של 4 בלוקים. פונקציות Hash מסורתיות של SHA-* מעבדות נתונים ברצף.

תכונות של BLAKE3:

• ביצועים גבוהים, BLAKE3 מהיר משמעותית מ-MD5, SHA-1, SHA-2, SHA-3 ו-BLAKE2.
• אבטחה, כולל התנגדות להתקפות התארכות הודעות ש-SHA-2 רגיש להן;
• זמין בחלודה, מותאם להוראות SSE2, SSE4.1, AVX2, AVX-512 ו-NEON.
• הבטחת הקבלה של חישובים בכל מספר של חוטים וערוצי SIMD.
• אפשרות לעדכון מצטבר ועיבוד מאומת של זרמים;
• השתמש במצבי PRF, MAC, KDF, XOF וכ-hash רגיל;
• אלגוריתם יחיד לכל הארכיטקטורות, מהיר גם במערכות x86-64 וגם במעבדי ARM של 32 סיביות.

ההבדלים העיקריים בין BLAKE3 ל-BLAKE2:

• שימוש במבנה עץ בינארי המאפשר מקביליות בלתי מוגבלת בחישובי גיבוב.
• צמצום מספר הסיבובים מ-10 ל-7.
• שלושה מצבי פעולה: hashing, hashing עם מפתח (HMAC) ויצירת מפתח (KDF).
• אין תקורה נוספת בעת hashing עם מפתח עקב השימוש בשטח שנכבש בעבר על ידי בלוק פרמטרי המפתח.
• מנגנון הפעלה מובנה בצורת פונקציה עם תוצאה מורחבת (XOF, Extendable Output Function), המאפשר הקבלה ומיקום (seek).

מקור: OpenNet.ru