BLAKE

BLAKEは、Jean-Philippe Aumasson, Luca Henzen, Willi Meier, and Raphael C.-W. Phanによってアメリカ国立標準技術研究所 (NIST)によるSHA-3の公募に提出された暗号学的ハッシュ関数である。ダニエル・バーンスタインによって設計されたストリーム暗号であるChaChaをベースとしたものであり、ChaChaのラウンドの前にラウンド定数との排他的論理和を取った入力ブロックの置換コピーが加えられている。BLAKEはSHA-3公募において5つの最終候補のうちの1つに残った。
SHA-2と同様に、BLAKEには4つのバリエーションが存在する。32ビットのワード長を持ち256ビットのハッシュを出力するBLAKE-256およびそれを切り詰め224ビットの出力としたBLAKE-224、64ビットのワード長を持ち512ビットのハッシュを出力するBLAKE-512およびそれを切り詰め384ビットの出力としたBLAKE-384の4つである。
アルゴリズム.
ChaChaでは4×4アレイのワードを操作し、BLAKEでは16のメッセージワードと8ワードのハッシュ値を連結することで、ChaChaの出力を切り詰めて次のハッシュ値の計算に用いる。
中核となる変換では入力の16ワードと16の変数を組み合わせるが、ブロック間では8ワード（256あるいは512ビット）しか保持されない。
BLAKEでは、16の固定ワード（πのフラクタル部の先頭の512あるいは1024ビット）と、16要素間での置換テーブル10個を用いる。
 σ[0] = 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
 σ[1] = 14 10 4 8 9 15 13 6 1 12 0 2 11 7 5 3
 σ[2] = 11 8 12 0 5 2 15 13 10 14 3 6 7 1 9 4
 σ[3] = 7 9 3 1 13 12 11 14 2 6 5 10 4 0 15 8
 σ[4] = 9 0 5 7 2 4 10 15 14 1 11 12 6 8 3 13
 σ[5] = 2 12 6 10 0 11 8 3 4 13 7 5 15 14 1 9
 σ[6] = 12 5 1 15 14 13 4 10 0 7 6 3 9 2 8 11
 σ[7] = 13 11 7 14 12 1 3 9 5 0 15 4 8 6 2 10
 σ[8] = 6 15 14 9 11 3 0 8 12 2 13 7 1 4 10 5
 σ[9] = 10 2 8 4 7 6 1 5 15 11 9 14 3 12 13 0
BLAKE-224, BLAKE-256では、固定ワードnに下記の定数を用いる。
 n = 0x243f6a88 0x85a308d3 0x13198a2e 0x03707344 
 0xa4093822 0x299f31d0 0x082efa98 0xec4e6c89 
 0x452821e6 0x38d01377 0xbe5466cf 0x34e90c6c 
 0xc0ac29b7 0xc97c50dd 0x3f84d5b5 0xb5470917
BLAKE-384, BLAKE-512では、固定ワードnに下記の定数を用いる。
 n = 0x243f6a8885a308d3 0x13198a2e03707344 0xa4093822299f31d0 0x082efa98ec4e6c89
 0x452821e638d01377 0xbe5466cf34e90c6c 0xc0ac29b7c97c50dd 0x3f84d5b5b5470917
 0x9216d5d98979fb1b 0xd1310ba698dfb5ac 0x2ffd72dbd01adfb7 0xb8e1afed6a267e96
 0xba7c9045f12c7f99 0x24a19947b3916cf7 0x0801f2e2858efc16 0x636920d871574e69
中核の操作はChaChaの1/4ラウンドと同等の操作であり、4ワードのカラムあるいは対角線上において2ワードのメッセージ codice_1 と2つの固定ワード codice_2 を結合する。1ラウンドごとに8回この操作が行われる。
 j ← σ[r%10][2×i] // Index computations
 k ← σ[r%10][2×i+1]
 a ← a + b + (m[j] ⊕ n[k]) // Step 1 (with input)
 d ← (d ⊕ a) »> 16
 c ← c + d // Step 2 (no input)
 b ← (b ⊕ c) »> 12
 a ← a + b + (m[k] ⊕ n[j]) // Step 3 (with input)
 d ← (d ⊕ a) »> 8
 c ← c + d // Step 4 (no input)
 b ← (b ⊕ c) »> 7
上の計算は32ビットバージョンであるBLAKE-256, -224のものである。codice_3 はラウンド数（0から13）、codice_4 は繰り返し回数（0から7）である。
ChaChaの1/4ラウンドの関数とは以下の違いがある。
64ビットバージョン（ChaChaには存在しない）であるBLAKE-512, -384も32ビットバージョンであるBLAKE-256, -224と本質的には同じであるが、ローテートの量が32, 25, 16, 11に変更され、ラウンド数が14から16に増やされている。
修正.
NISTによる公募の期間中、発見された問題への対処として応募者がアルゴリズムを修正することが許されていた。BLAKEに加えられた修正は以下の通りである
ハッシュ値の例.
 BLAKE-512("")
 = A8CFBBD73726062DF0C6864DDA65DEFE58EF0CC52A5625090FA17601E1EECD1B628E94F396AE402A00ACC9EAB77B4D4C2E852AAAA25A636D80AF3FC7913EF5B8
 BLAKE-512("The quick brown fox jumps over the lazy dog")
 = 1F7E26F63B6AD25A0896FD978FD050A1766391D2FD0471A77AFB975E5034B7AD2D9CCF8DFB47ABBBE656E1B82FBC634BA42CE186E8DC5E1CE09A885D41F43451
BLAKE2.
2012年12月21日、BLAKEの改良版としてBLAKE2が発表された。これはJean-Philippe Aumasson、Samuel Neves、Zooko Wilcox-O'Hearn、Christian Winnerleinにより設計されたものであり、実際に破られた、あるいは理論的に破られたハッシュ関数であるMD5、SHA-1の置き換えを目指したものである。512ビットのハッシュを出力する64ビットバージョンであるBLAKE2b、256ビットのハッシュを出力する32ビットバージョンであるBLAKE2sの2つのバリエーションが存在する。BLAKE2bでは1から64バイト（512ビット）、BLAKE2sでは1から32バイト（256ビット）の間で任意の長さのハッシュを出力可能である。
マルチコアプロセッサでの並列処理による高速化を図った BLAKE2bp および BLAKE2sp と呼ばれるバージョンも存在する。
BLAKE2では、BLAKEから以下の修正がなされている。
BLAKE2 のハッシュ値の例.
 BLAKE2b-512("")
 = 786A02F742015903C6C6FD852552D272912F4740E15847618A86E217F71F5419D25E1031AFEE585313896444934EB04B903A685B1448B755D56F701AFE9BE2CE
 BLAKE2b-512("The quick brown fox jumps over the lazy dog")
 = A8ADD4BDDDFD93E4877D2746E62817B116364A1FA7BC148D95090BC7333B3673F82401CF7AA2E4CB1ECD90296E3F14CB5413F8ED77BE73045B13914CDCD6A918
BLAKE3.
2021年7月25日、BLAKE3が発表された。
実装ライブラリ.
BLAKEをサポートしているライブラリは以下の通り。