Whirlpool (ハッシュ関数)

Whirlpoolは、暗号学的ハッシュ関数の一つである。AESに採用されたブロック暗号であるRijndaelの設計者の一人であるフィンセント・ライメンと、Paulo S. L. M. Barretoによって2000年に設計された。WhirlpoolはヨーロッパのNESSIEプロジェクトにおいて推奨ハッシュ関数の一つに採用された他、国際標準化機構  および国際電気標準会議  によって国際規格ISO/IEC 10118-3として標準化されている。

1. 設計
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Whirlpoolは、ブロック暗号であるSquareに続いて設計されたハッシュ関数である。Whirlpoolは、かなり改変されたRijndaelに基づく:en:Miyaguchi-Preneel構造を有している。2256  未満の長さのメッセージに対して512ビットのハッシュを返す

設計者によれば、Whirlpoolは特許でカバーされておらず、将来カバーされることもない。いかなる目的においても無料で利用できる。

1.1. バージョンの変遷
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現在Whirlpoolには3つのバージョンが存在する。オリジナルのWhirlpoolは Whirlpool-0、最初の改訂版は Whirlpool-T、最新版は2003年の再改訂版で単に Whirlpool と区別される。ほとんどの場合は、再改訂版が用いられる。この版ではそれ以前の版で発見された脆弱性が修正されており、ハードウェア実装も容易である。ISO/IEC 10118-3で標準化されているのもこの再改訂版である。

これらの違いは以下の通りである。

Whirlpool-0 2000年のオリジナル。 Whirlpool-T 2001年の改訂版。Sボックスが、ランダムに生成されるものから暗号学的により良いものに変更され、ハードウェアでの実装が容易となった。 Whirlpool 2003年の再改訂版。アルゴリズムのセキュリティを低下させるMDSマトリックスの欠陥が発見された。8x8のローテートマトリックス定数を  から  に変更することで問題を解決した。

2. 内部構造
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Whirlpoolハッシュ関数は、:en:Miyaguchi-PreneelモードのRijndaelに類似のブロック暗号 W に基づくMerkle-Damgård constructionである。ブロック暗号 W は、8×8の状態マトリックス を持ち、総計512ビットとなる。暗号化プロセスは、4つのラウンド関数によって状態が更新され、それが10ラウンドから構成される。4つのラウンド関数は、SubBytes 、ShiftColumns 、MixRows 、AddRoundKey である。1ラウンドでの計算は以下の通りとなる。

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SubBytes SubBytes操作は状態の各バイトを独立に非線形置換を行う。8ビットのSボックスは、3つの4ビットのSボックスから成る。 ShiftColumns 状態の各カラムの循環シフトを行う。カラム //j// の各バイトは //j// だけシフトされる。 MixRows 上で、各列と8×8マトリックスの乗算を行う。8×8マトリックスは枝数が最大の9となるよう選ばれる。 AddRoundKey XORビット演算にて現在の状態に鍵スケジュールから計算された鍵を加える。鍵スケジュールは、AddRoundKey関数がAddRoundConstant関数に置き換えられている点以外は暗号化そのものと本質的に同じである。

3. ハッシュ値の例
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Whirlpool-0 = 4F8F5CB531E3D49A61CF417CD133792CCFA501FD8DA53EE368FED20E5FE0248C3A0B64F98A6533CEE1DA614C3A8DDEC791FF05FEE6D971D57C1348320F4EB42D

Whirlpool-T = 3CCF8252D8BBB258460D9AA999C06EE38E67CB546CFFCF48E91F700F6FC7C183AC8CC3D3096DD30A35B01F4620A1E3A20D79CD5168544D9E1B7CDF49970E87F1

Whirlpool = B97DE512E91E3828B40D2B0FDCE9CEB3C4A71F9BEA8D88E75C4FA854DF36725FD2B52EB6544EDCACD6F8BEDDFEA403CB55AE31F03AD62A5EF54E42EE82C3FB35<WtXmlEndTag />

入力メッセージのわずかな違いも、出力されるハッシュ値に大きな変化を及ぼす。例えば、 "dog" を "eog" とした場合：Whirlpool-0 = 228FBF76B2A93469D4B25929836A12B7D7F2A0803E43DABA0C7FC38BC11C8F2A9416BBCF8AB8392EB2AB7BCB565A64AC50C26179164B26084A253CAF2E012676

Whirlpool-T = C8C15D2A0E0DE6E6885E8A7D9B8A9139746DA299AD50158F5FA9EECDDEF744F91B8B83C617080D77CB4247B1E964C2959C507AB2DB0F1F3BF3E3B299CA00CAE3

Whirlpool = C27BA124205F72E6847F3E19834F925CC666D0974167AF915BB462420ED40CC50900D85A1F923219D832357750492D5C143011A76988344C2635E69D06F2D38C<WtXmlEndTag />

空の入力に対するハッシュ値の例：Whirlpool-0 = B3E1AB6EAF640A34F784593F2074416ACCD3B8E62C620175FCA0997B1BA2347339AA0D79E754C308209EA36811DFA40C1C32F1A2B9004725D987D3635165D3C8

Whirlpool-T = 470F0409ABAA446E49667D4EBE12A14387CEDBD10DD17B8243CAD550A089DC0FEEA7AA40F6C2AAAB71C6EBD076E43C7CFCA0AD32567897DCB5969861049A0F5A

Whirlpool = 19FA61D75522A4669B44E39C1D2E1726C530232130D407F89AFEE0964997F7A73E83BE698B288FEBCF88E3E03C4F0757EA8964E59B63D93708B138CC42A66EB3<WtXmlEndTag />

4. 実装
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設計者によって、C言語およびJavaで書かれたレファレンス実装がパブリックドメインで公開されている。

Whirlpoolが用いられているアプリケーションの代表例としては、ディスク暗号化ソフトウェアであるFreeOTFEやTrueCrypt、VeraCryptが挙げられる。

5. 関連項目
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タイムスタンプ
Hashcash

6. 脚注
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7. 外部リンク
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[1] Includes detailed algorithm information, C and Java implementations, the paper, etc.
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