Повышение стойкости хеш-функций в информационных системах на основе алгоритма многоитерационного хеширования с несколькими модификаторами
Ключевые слова:
хеш-функция, хеш-значение, хеш, аутентификация, атака, усеченная хеш-функция, алгоритм, многоитерационное хеширование, модификатор, эквивалентно стойкая хеш-функция, итерация, криптостойкостьАннотация
В данной работе рассматривается влияние параметров алгоритма многоитерационного хеширования с несколькими модификаторами на его криптостойкость. Обоснована актуальность применения алгоритма многоитерационного хеширования с несколькими модификаторами и необходимость исследования его параметров, приводится описание алгоритма. Стойкость хеш-функции к атакам, не зависящим от алгоритма, обусловливается ее разрядностью, т.е. фактически – количеством уникальных значений, которое способна генерировать данная хеш-функция. Для оценки стойкости алгоритма к атакам методами «грубой силы», «дней рождения» и словарным атакам алгоритм многоитерационного хеширования с несколькими модификаторами рассматривается как самостоятельная хеш-функция. Оценку стойкости алгоритма при заданном количестве итераций предлагается производить путем вычисления средней разрядности эквивалентно стойкой хеш-функции для алгоритма. Приводится описание метода оценки стойкости алгоритма. Эксперименты производятся с использованием усеченной криптостойкой хеш-функции. Приводятся результаты экспериментов, позволяющие сравнить между собой показатели стойкости алгоритма при различных значениях его параметров. Кроме того, результаты экспериментов позволяют понять, как значения тех или иных параметров, а также сочетания значений этих параметров влияют на криптостойкость алгоритма к атакам методами «грубой силы», «дней рождения» и словарным атакам. На основании полученных результатов можно сделать выводы о значениях параметров, рекомендуемых для практического применения данного алгоритма. В заключении представлены основные результаты работы. Авторы статьи полагают, что алгоритм может найти применение в подсистемах аутентификации информационных систем, а также в системах, в которых наиболее важным требованием является стойкость в течение длительного времени.
Литература
2. Schneier В. One-Way Hash Functions // Dr. Dobb's journal. 1991. vol. 16. no. 9. pp. 148–151.
3. Biham E., Shamir A. Differential cryptoanalysis of FEAL and NHash // In Advances in Cryptology (Eurocrypt ’91). 1990. pp. 1–16.
4. Biham E. On the Applicability of Differential Cryptoanalysis to Hash Functions // In E.I.S.S Workshop on Cryptographic Hash Functions. 1992. pp. 25–27.
5. Quisquater J.-J., Delescaille J.-P. How Easy is Collision Search. New results and applications to DES // In Advances in Cryptology (CRYPTO’89). 1990. vol. 435. pp. 408–415.
6. Ohta K., Koyama K. Meet-in-the-Middle Attack on Digital Signature Schemes // In Abstract of AUSCRYPT ’90. 1990. pp. 110–121.
7. Панасенко С.П. Словарные атаки на хэш-функции // Мир и безопасность. 2009. № 4. C. 24–31.
8. Коржик В.И., Пантелеева З.А. Исследование метода радужных таблиц для восстановления паролей // Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовани. II-я Международная научно-техническая и научно-методическая конференция: сб. научных статей. СПб.: Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича. 2013. С. 824–829.
9. Лёвин В.Ю. О повышении криптостойкости однонаправленных хеш-функций / Фундаментальная и прикладная математика. 2009. Т. 15:5. С. 171–179.
10. Provos N., Mazieres D. A Future-Adaptable Password Scheme // The OpenBSD Project. URL: http://www.openbsd.org/papers/bcrypt-paper.pdf.
11. Percival C., Josefsson S. The scrypt Password-Based Key Derivation Function // IETF. 2012.
12. Вихман В.В., Панков М.А. Исследование криптостойкости алгоритмов многоитерационного хэширования в подсистемах аутентификации МИС // Актуальные проблемы электронного приборостроения (АПЭП–2014): тр. 12 междунар. конф.Новосибирск : Изд-во НГТУ. 2014. Т. 2. С. 193–199.
13. Шнайер Б. Прикладная криптография. Протоколы, алгоритмы, исходные тексты на языке Си // М.: Триумф. 2002. 610 c.
14. Фергюсон Н., Шнайер Б. Практическая криптография // М.: Издательский дом «Вильямс». 2005. С. 101–114.
15. Алферов А.П., Зубов А.Ю., Кузьмин А.С. и др. Основы криптографии: учебное пособие / 2-е изд., испр. и доп. // М.: Гелиос АРВ. 2002. 480 с.
16. Menezes A.J., Van Oorschot C., Vanstone S.A. Handbook of applied cryptography // CRC Press. Boca Raton. New York. 1997.
17. Введение в криптографию / Под общ. ред. В. В. Ященко. 4-е изд., доп. // М.: МЦНМО. 2012. 348 с.
18. Rivest R. The MD5 Message Digest Algorithm // RFC 1321. 1992.
19. National Institute of Standards and Technology. Secure Hash Standard // FIPS PUB 180-1. 1995.
20. National Institute of Standards and Technology. Secure Hash Standard (draft) // DRAFT FIPS PUB 180-2. 2001.
Security Increasing of Hash Functions in Information Systems on the Basis of Multi-Iterative Hashing Algorithm with Several Modifiers
Abstract
In this paper influence of multi-iterative hashing with several modifiers algorithm's parameters on its cryptographic persistence is considered. Relevance of multi-iterative hashing with several modifiers algorithm’s application and need of research of its parameters are justified, the description of algorithm is provided. Cryptographic persistence of hash function to attacks which are not depends on algorithm is caused by its bitness, i.e. actually on the amount of unique hash values that hash function is able to generate. For an estimation of algorithm’s persistence to dictionary attacks and attacks by methods of "brute force" and "birthdays" the algorithm of multi-iterative hashing with several modifiers is considered as independent hash function. Estimation of the algorithm’s persistence for a given number of iterations is offered to produce by calculating the average bitness of equivalently persistent hash function for the algorithm. The description of estimation method of algorithm’s persistence is provided. The experiments are performed using a truncated cryptographically persistent hash function. The results of experiments allow to compare the algorithm’s persistence metrics of under different values of its parameters. Besides, the results of the experiments allow to understand how the values of certain parameters, and combinations of values for these parameters affect for the algorithm’s cryptographic persistence to dictionary attacks and attacks by methods of "brute force" and "birthdays". On the basis of the received results it is possible to draw conclusions about the values of the parameters recommended for practical application of this algorithm. In conclusion, the paper presents the main results of the work. Authors of the article believe that the algorithm can find application in authentication subsystems of information systems, and also in systems where the most important requirement is persistence for a long time.
