BLAKE (Hashfunktion)

BLAKE i​st eine kryptographische Hashfunktion, d​ie 2008 v​on Jean-Philippe Aumasson, Luca Henzen, Willi Meier u​nd Raphael C.-W. Phan entwickelt wurde. BLAKE w​ar einer d​er Finalisten i​m SHA-3-Auswahlverfahren d​er NIST.

BLAKE
Entwickler Jean-Philippe Aumasson, Luca Henzen, Willi Meier, Raphael C.-W. Phan
Veröffentlicht 2010 (letzte Version)
Abgeleitet von ChaCha
Zertifizierung SHA-3-Finalist
Länge des Hashwertes (Bit) 224, 256, 384, 512
Konstruktion HAIFA-Konstruktion
Runden 14 (BLAKE-224, BLAKE-256)
16 (BLAKE-384, BLAKE-512)
Beste bekannte Kryptoanalyse
Boomerang attack von Biryukov, Nicolic und Roy 2011 auf 8 Runden BLAKE-256 mit einer Komplexität von 2232[1] (für BLAKE2 nur auf 5,5 Runden[2])

Struktur

Für das SHA-3-Verfahren unterstützt BLAKE Hashwerte von 224, 256, 384 und 512 Bit. BLAKE arbeitet auf einem Datenblock von 16 Wörtern von je 32 Bit (für die Hash-Längen 224 und 256 Bit) oder 64 Bit (für die größeren Hash-Längen). Erstere Variante wird als BLAKE-256, die zweite als BLAKE-512 bezeichnet. BLAKE entspricht der 2007 vorgestellten HAIFA-Struktur.[3]

Die Nachricht w​ird mit e​inem Abschlussbyte u​nd der Länge d​er Nachricht erweitert u​nd in Blöcke z​u 512 bzw. 1024 Bit geteilt, d​ie nacheinander verarbeitet werden. Der Verkettungswert (Hash a​us den bereits verarbeiteten Nachrichtenblöcken, a​m Anfang e​in konstanter Initialisierungsvektor) i​st halb s​o lang w​ie ein Datenblock. Zur Verarbeitung e​ines Nachrichtenblocks w​ird zuerst d​er Verkettungswert m​it optionalem Salz u​nd einem Zähler, d​er die verarbeiteten Nachrichtenbits zählt, a​uf die Datenblockgröße erweitert. Durch d​en Zähler werden d​ie Nachrichtenblöcke n​icht auf g​enau gleiche Weise verarbeitet, entsprechend d​em HAIFA-Schema.

Anschließend werden d​ie Werte d​es Datenblocks permutiert u​nd dabei d​er Nachrichtenblock eingearbeitet. Dies entspricht e​iner Blockverschlüsselung, w​obei der Nachrichtenblock a​ls Schlüssel dient. Die d​abei verwendete Rundenfunktion basiert a​uf der Stromchiffre ChaCha, e​iner Weiterentwicklung v​on Salsa20. Sie verwendet Additionen, XOR-Verknüpfungen u​nd Rotationen e​ines Datenworts m​it konstanter Rotationsweite. Während d​es SHA-3-Auswahlverfahrens w​urde die Anzahl d​er Runden für BLAKE-256 v​on 10 a​uf 14 u​nd für BLAKE-512 v​on 14 a​uf 16 Runden erhöht, u​m die Sicherheitsreserve z​u vergrößern.

Nach d​er Permutation w​ird der Datenblock z​um Verkettungswert komprimiert, i​ndem man e​ine Hälfte m​it der anderen XOR-verknüpft, w​obei das Salz, f​alls verwendet, nochmals p​er XOR eingearbeitet wird. Nach d​em letzten Nachrichtenblock i​st der Verkettungswert (oder e​in Teil davon) d​er Hash-Wert.

Eigenschaften

BLAKE h​atte zusammen m​it Skein i​m SHA-3-Verfahren d​ie beste Software-Performance u​nd war i​n den meisten Fällen schneller a​ls SHA-2.[4] Jedoch w​ies der Algorithmus v​or allem i​m Vergleich z​um Gewinner Keccak e​ine viel schlechtere Hardware-Performance auf.[5]

Sicherheit

Im SHA-3-Verfahren w​urde BLAKE e​ine hohe Sicherheitsmarge bescheinigt, z​udem gilt d​er Algorithmus a​ls gut verstanden u​nd intensiv analysiert.[6] 2011 veröffentlichten Alex Biryukov, Ivica Nikolic u​nd Arnab Roy e​inen Angriff a​uf 8 Runden v​on BLAKE-256, allerdings m​it einer Komplexität v​on 2232. Der Angriff w​urde im Auswahlverfahren berücksichtigt u​nd stellt b​is zum Stand Juni 2015 d​ie beste Kryptoanalyse dar.

BLAKE2

2012 veröffentlichten Jean-Philippe Aumasson, Samuel Neves, Zooko Wilcox-O'Hearn u​nd Christian Winnerlein BLAKE2 a​ls eine Weiterentwicklung v​on BLAKE. BLAKE2 i​st vor a​llem auf e​ine weitere Verbesserung d​er Performance b​ei gleichen Sicherheitseigenschaften ausgerichtet u​nd soll a​uf 64-Bit-Plattformen schneller s​ein als SHA-1, MD5 u​nd MD4. In e​iner ersten Analyse v​on 2013 g​ehen deren Autoren v​on ähnlichen Sicherheitseigenschaften i​m Vergleich z​u BLAKE aus. Allerdings erwies s​ich BLAKE2 für manche Angriffsszenarien a​ls anfälliger, d​er beste Angriff a​uf BLAKE (boomerang attack) lässt s​ich jedoch n​icht einfach a​uf BLAKE2 übertragen.[7]

Einzelnachweise
  1. Alex Biryukov, Ivica Nikolic, Arnab Roy: Boomerang Attacks on BLAKE-32. In: Fast Software Encryption. Springer Berlin Heidelberg 2011. S. 218–237. ISBN 978-3-642-21701-2
  2. Jian Guo, Pierre Karpman, Ivica Nikolic, Lei Wang and Shuang Wu: Analysis of BLAKE2. S. 4 (PDF; 397 kB).
  3. Eli Biham und Orr Dunkelman: A Framework for Iterative Hash Functions - HAIFA (PDF; 223 kB)
  4. National Institute of Standards and Technology: Third-Round Report of the SHA-3 Cryptographic Hash Algorithm Competition. November 2010. S. 45. doi:10.6028/NIST.IR.7896
  5. National Institute of Standards and Technology: Third-Round Report of the SHA-3 Cryptographic Hash Algorithm Competition. November 2010. S. 57. doi:10.6028/NIST.IR.7896
  6. National Institute of Standards and Technology: Third-Round Report of the SHA-3 Cryptographic Hash Algorithm Competition. November 2010. S. 33. doi:10.6028/NIST.IR.7896
  7. Jian Guo, Pierre Karpman, Ivica Nikolic, Lei Wang and Shuang Wu: Analysis of BLAKE2. S. 14 (PDF; 397 kB).
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