Об универсальном древовидном режиме выработки хэш-кода
Authors: БОГДАНОВ Д С. , ДАЛИ Ф А. , МИРОНКИН В О. 
Published: January 2025

Классические подходы к построению режимов работы хэш-функций, основанные на использовании итеративных процедур, не позволяют обеспечить эффективную обработку больших объемов данных и не могут быть адаптированы к параллельным вычислительным архитектурам. Это касается как российского криптографического стандарта ГОСТ Р 34.11-2012, определяющего алгоритм и процедуру вычисления хэш-функции, так и многих других зарубежных стандартов (например, SHA-3). Отсутствие действующих стандартов в части режимов работы хэш-функций ГОСТ Р 34.11-2012 создает острую необходимость разработки отечественного стандарта параллелизуемого режима выработки хэш-кода. Настоящая статья посвящена исследованию и разработке новых режимов выработки хэш-кода, допускающих эффективное распараллеливание процесса вычислений и обеспечивающих криптографическую стойкость, удовлетворяющую современным требованиям. Данная работа продолжает исследования, проводимые авторами, и предлагает принципиально новый универсальный древовидный режим выработки хэш-кода («FT-режим»), построенный на основе l-арных деревьев хэширования и позволяющий применять в качестве механизма формирования узлов дерева любое сжимающее отображение. При этом стойкость режима полностью определяется стойкостью соответствующего сжимающего отображения. Так, в частности, для формирования узлов дерева хэширования, наряду с функциями сжатия и хэш-функциями, FT-режим допускает использование блочных шифров, подстановочных преобразований и т.д. В дополнение к этому FT-режим исключает основные функциональные недостатки известных древовидных режимов выработки хэш-кода, влияющие на их эксплуатационно-технические и криптографические качества. В рамках настоящих исследований вычислен ряд характеристик FT-режима, а также проведен сравнительный анализ временной и вычислительной трудоемкостей реализаций FT-режима и некоторых иностранных режимов древовидного хэширования, по результатам которого разработанный режим не уступает ни одному из рассмотренных.

Classical approaches to the construction of hash function modes, based on the using of iterative procedures, do not allow efficient processing of large amounts of data and can’t be adapted to parallel computing architectures. It applies to both the Russian cryptographic standard GOST R 34.11-2012, which determines the algorithm and procedure for calculating the hash function, as well as many other foreign standards (for example, SHA-3). The absence of standards for parallelized modes for the hash functions of GOST R 34.11-2012 creates an urgent need for the development of the domestic standard of the parallelized mode of hash code. This article is devoted to the research and development of new modes of hash code generation that allow efficient parallelization of the computation process and provide cryptographic resistance satisfying modern requirements. This work continues the research carried out by the authors, and offers a fundamentally new tree mode of hash code generation ("FT-mode"), based on l-ary hash trees and allowed to use any compression mapping for a mechanism of forming tree nodes. The resistance of the mode is completely determined by the resistance of the corresponding compressive mapping. In particular, the FT-mode allows using block ciphers and substitution transformations to form nodes of a hash tree along with compression functions and hash functions. In addition, the FT-mode excludes the main functional disadvantages of the known tree modes of hash code generation that affect their operational, technical and cryptographic quality. Within the framework of the present research a number of characteristics of FT-mode are calculated, and a comparative analysis of the time and computational complexity of implementations of FT-mode and some foreign tree hash modes is carried out. The corresponding results showed that the developed mode is not inferior to any of the considered modes.