2012年10月 《SHA-3花落Keccak》
SHA-3花落Keccak
——2012年10月安全天下事
江海客
2012年10月3日，美国国家标准与技术研究院（NIST）宣布新一代hash算法SHA-3的漫长遴选已经产生结果，经过4年的时间，Keccak算法最终摘得正果。这毫无疑问是本月安全业界最重量级的消息。
从整体结构上看，Keccak算法主要依靠基于海绵结构（sponge construction）的海绵函数（sponge function），状态更新使用的是作用在三维数组上的五步迭代排列。学习和赏鉴Keccak的设计时，我不禁想起在2010年12月冲击最后一轮评选的五个算法产生之后，一名业内友人对我作出了如下预言：
“SHA-3的结果将宣告M-D（Merkle-Damgard）迭代结构甚至部分进化变形彻底的失败。 Grøstl和JH的出局将是必然；Skien的设计巧妙，但书卷气太重，硬件性能也不算理想；而BLAKE进入本轮本身就有些意外。最终Keccak必然胜出。”
回看起来，在M-D迭代结构逐步被算法研究者吃透的情况下，多个通用性攻击方式先后重挫了MD4、MD5和SHA-1。尽管采用宽管道M-D等改进设计在对抗类似攻击时有了明显的提高，但从NIST本次对算法的要求来看，明显存在寻求M-D之外设计的倾向。
Keccak的设计团队也值得我们分析和关注。按照Keccak算法的官方排名，其署名次序为Guido Bertoni、Joan Daemen、Michaël Peeters和Gilles Van Assche。其中，我们对Joan Daemen并不陌生，他正是AES中选算法Rijndael的两位作者之一。在这四位作者中，Guido Bertoni是意大利人，其他三位都是比利时人。在第三轮与Keccak竞争的其他四个算法中，BLAKE和Grøstl也分别来自丹麦和瑞士。继AES之后，欧洲大陆再次证明了其在信息安全基础研究方面的实力。
Keccak也具有非常鲜明的“硬件化”色彩。四位作者中三位都来自意法半导体（STMicroelectronics），Michaël Peeters则来自恩智半导体（NXP Semiconductor）。这也可以理解，由于hash算法在电子认证领域有比较广泛的应用，因此SHA-3算法的在硬件实现方面的特性，包括复杂度、实现成本和效率等，都将成为非常重要的指标。不知道是否因为海绵结构在硬件实现上有特殊的优势，在51个备选算法中，另外一个采用了Sponge的算法Luffa，也是由硬件厂商日本日立（Hitachi）的研究者提交的。
值得我们思考的一个细节是，SHA-3的51个入围算法中，有多个借鉴了AES的思想和部分设计，其中也包括最终5个入围算法之一的Grøstl；反而是AES作者之一所在的Keccak团队相对另辟蹊径，突破了自我。这个情况令人感慨不已。
目前在Keccak算法的官方网站keccak.noekeon.org，可以下载到这个算法用C、Python和 VDHL语言的实现代码。但需要提醒使用者的是，那些认为将MD5替换成Keccak来保存口令就会更安全的想法是愚蠢的，正如我们多次所说，hash算法的设计初衷并非用于保存口令，而是用于完整性验证。Keccak的彩虹表（rainbow table）一定正被高速地计算着。
在最开始的SHA-3的候选名单中，我们也高兴地看到有中国的研究者提交算法，并进入了第一轮51个入围的算法名单。尽管似乎这是两份比较传统的基于M-D迭代结构的改进算法，但对于保守的中国密码学界来说，有人参与这种互动尝试，不能说是一件坏事。我们曾赞叹过美国创造这种全世界智慧为美国打工模式的先见，而对中国，在注定是艰难和孤独的大国崛起之路，也必须要有构建自己的智慧创造模式的抱负与行动。
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