采用环形首尾互联互控的雪崩效应极好的Hash算法/杂凑函数RING-512设计原理详解

RING-512密码杂凑算法

黄金龙（QQ1435271638）

什么是Hash算法？

Hash算法，又称为哈希算法、杂凑函数、散列函数、消息摘要算法。它可以将相当长（一般不大于2^64Bit）的输入数据经过计算生成固定长度的Hash值，不同的输入数据对应不同的Hash值（产生碰撞的概率很小）。同时Hash计算的过程是不可逆的，也就是说，由Hash值无法逆推出输入数据。

Hash算法的应用非常多，分别是安全加密、唯一标识、数据校验、散列函数、负载均衡、数据分片、分布式存储、区块链等。

RING-512密码杂凑算法描述

RING-512密码杂凑算法采用类分组密码算法结构，消息分组长度为512bit，摘要长度为512bit。压缩函数状态大小为512bit，共64步，每步更新全部16个寄存器，这加快了算法的雪崩效应。

RING-512密码杂凑算法的初始值

RING-512密码杂凑算法的初始值IV共512bit，由16个32bit字(IV0∽IV15)串联而成，具体值如下：

RING-512密码杂凑算法的常量

RING-512密码杂凑算法的常量为64个32bit字(CN0∽CN63)，具体值如下：

RING-512密码杂凑算法的消息填充

对长度为l（l<264）比特的消息m，RING-512密码杂凑算法首先将比特“1”添加到消息的末尾，再添加k个“0”，k是满足（l+k+1）=448Mod512的最小非负整数。然后再添加一个64位比特串，该比特串是消息长度的二进制表示。填充后的消息m`的长度是512 的倍数。

RING-512密码杂凑算法的迭代压缩过程

将填充后的消息m`按512bit进行分组：m`=B(0)B(1)…B(n-1)，其中n=（l+k+65）/512。对m`按如下方式迭代：

FOR i=0 TO (n-1)

M(i)=MsgMix(B(i))

V(i+1)=CF(V(i)，M(i))

ENDFOR

其中CF是压缩函数，V(0)为512 bit初始值IV，B(i)为填充后的消息分组，迭代压缩的结果为V(n)。

MsgMix为消息混乱函数，描述如下：

FOR i=0 TO 15

M[i]=((B[i]+CN[4*i])⊕CN[4*i+1]+ CN[4*i+2])⊕CN[4*i+3]；

ENDFOR

RING-512密码杂凑算法的压缩函数

假定A，B，C，D，E，F，G，H，I，J，K，L，M，N，O，P为32位寄存器，T0，T1，T2，T3为中间变量，压缩函数V(i+1)=CF(V(i)，M(i))，V(0)←IV0||……||IV15，0≤i≤n-1。

状态更新过程描述如下：

ABCDEFGHIJKLMNOP←V(i)；

FOR j=0 TO 63

T0=FFFF0(A，B，C，D)；

E=E⊕T0+M[0]⊕A；

F=F⊕T0+M[1]⊕B；

G=G⊕T0+M[2]⊕C；

H=H⊕T0+M[3]⊕D；

T1=FFFF1(E，F，G，H)；

I=I⊕T1+M[4]⊕E；

J=J⊕T1+M[5]⊕F；

K=K⊕T1+M[6]⊕G；

L=L⊕T1+M[7]⊕H；

T2=FFFF2(I，J，K，L);

M=M⊕T2+M[8]⊕I；

N=N⊕T2+M[9]⊕J；

O=O⊕T2+M[10]⊕K；

P=P⊕T2+M[11]⊕L；

T3=FFFF3(M，N，O，P)；

A=A⊕T3+M[12]⊕M；

B=B⊕T3+M[13]⊕N；

C=C⊕T3+M[14]⊕O；

D=D⊕T3+M[15]⊕P；

Temp=A；A=B；B=C；C=D；D=E；E=F；F=G；G=H；

H=I；I=J；J=K；K=L；L=M；M=N；N=O；O=P；P=Temp；

ENDFOR

V(i+1)←ABCDEFGHIJKLMNOP⊕V(i)

杂凑值为

ABCDEFGHIJKLMNOP←ABCDEFGHIJKLMNOP⊕V(i)

4个混淆扩散函数(FFFF0，FFFF1，FFFF2，FFFF3)

Y=FFFF0(X0，X1，X2，X3)

{

}

Y= FFFF1(X0，X1，X2，X3)

{

}

Y= FFFF2(X0，X1，X2，X3)

{

}

Y= FFFF3(X0，X1，X2，X3)

{

}

SBOX32(Z)=SBOX32(z3||z2||z1||z0)=SBOX(z3)||SBOX(z2)||SBOX(z1)|| SBOX(z0)

SBOX查找表

RING-512密码杂凑算法的特点

RING-512密码杂凑算法压缩函数整体结构为类分组密码结构，除了没有消息扩展函数外，还增加了多种新的设计技术，包括使用S盒作为非线性变换、使用了4个不同的加快雪崩效应的混淆扩散函数、每步更新16个寄存器的值等。这样能够有效地避免高概率的局部碰撞，有效地抵抗强碰撞性的差分分析、弱碰撞性的线性分析和比特追踪法等密码分析。