SHA-3
De Keccak-hashfunctie (ook bekend als SHA-3, wat staat voor Secure Hash Algorithm 3), is een algoritme dat wordt gebruikt om data te converteren naar een unieke, vaste reeks tekens oftewel de ‘hashwaarde’. In tegenstelling tot zijn voorgangers biedt Keccak een combinatie van eenvoud, veiligheid en veelzijdigheid. Keccak is een relatief eenvoudig en efficiënt algoritme. Het maakt gebruik van de zogenaamde ‘sponge-functie’, een constructie die de invoerdata absorbeert en vervolgens een hashwaarde produceert. Deze eenvoudige structuur maakt het algoritme gemakkelijk te begrijpen en te implementeren in blockchainnetwerken en andere digitale systemen.
Uitgebreide analyse en evaluatie
Bitwise onafhankelijke hashfunctie
Welke Keccak-hashfuncties zijn er?
Sponge-functie
Een sponge-functie is een unieke, flexibele en veelzijdige structuur, die de basis vormt voor de werking van de Keccak-hashfunctie. De term ‘sponge’ (spons) is gekozen omdat de functie werkt als een virtuele spons die invoerdata absorbeert, en vervolgens een ‘gecondenseerde’ hashwaarde produceert. Dit proces kan in figuurlijke zin worden vergeleken met het onderdompelen van een spons in water, waarbij de spons water absorbeert en vervolgens wordt uitgewrongen, om alleen het geabsorbeerde water over te houden. In het geval van een sponge-functie, wordt de invoerdata opgedeeld in blokken en geabsorbeerd in een intern buffergeheugen. Vervolgens wordt de buffer herhaaldelijk door een interne transformatie-functie gehaald. Dit proces wordt herhaald totdat alle invoer is verwerkt.
Squeezing-modus
Nadat alle invoer is geabsorbeerd, wordt de sponge-functie in een zogenaamde ‘squeezing-modus’ gezet, waarbij de interne transformatie-functie herhaaldelijk wordt toegepast en de resulterende output wordt verkregen. Deze output (de hashwaarde) vertegenwoordigt een unieke representatie van de invoerdata. Wat sponge-functies uniek maakt, is dat ze flexibel zijn qua in- en uitvoergrootte. Dit betekent dat de invoer- en uitvoerlengtes kunnen variëren, waardoor de functie kan worden aangepast aan de vereisten van verschillende toepassingen. Over het algemeen biedt de sponge-constructie een efficiënte en veilige manier, om invoerdata te verwerken en een hashwaarde te produceren. De sponge-functie is dan ook een belangrijk onderdeel van de Keccak-hashfunctie en heeft bijgedragen aan de populariteit en acceptatie ervan, in blockchain-ecosystemen.
Uitgebreide analyse en evaluatie
Veiligheid is een cruciaal aspect van elke hashfunctie, en Keccak voldoet dan ook aan de hoogste veiligheidsnormen. Het algoritme is speciaal ontworpen met het oog op cryptografische sterkte en heeft uitgebreide analyse en evaluatie ondergaan door cryptografen. De Keccak-hashfunctie kan worden gebruikt voor een breed scala aan toepassingen, waaronder digitale handtekeningen, wachtwoordopslag en authenticatieprotocollen. Keccak ondersteunt ook verschillende uitvoerlengtes, wat betekent dat het kan worden aangepast aan de vereisten van specifieke toepassingen. Daarnaast biedt het Keccak-algoritme ook enkele interessante eigenschappen. Het is een zogenaamde ‘bitwise’ onafhankelijke hashfunctie, wat betekent dat elke bit van de invoer, evenredig bijdraagt aan elke bit van de hashwaarde. Dit zorgt voor een gelijkmatige verdeling van de informatie en maakt het moeilijk om zwakke punten in het algoritme te vinden.
Bitwise onafhankelijke hashfunctie
Een bitwise onafhankelijke hashfunctie is een type hashfunctie, waarbij elke bit van de invoer (input) min of meer onafhankelijk bijdraagt aan elke bit van de resulterende hashwaarde (output). Dit betekent dat zelfs kleine wijzigingen in de invoer grote en willekeurige veranderingen in de hashwaarde veroorzaken. In een bitwise onafhankelijke hashfunctie is er geen directe correlatie tussen individuele bits van de invoer, en de corresponderende bits van de hashwaarde. Dit maakt het moeilijk voor een aanvaller om patronen te ontdekken of zwakheden te exploiteren in de hashfunctie.
Veiligheid en betrouwbaarheid
De bitwise onafhankelijkheidseigenschap is belangrijk, omdat het de veiligheid en betrouwbaarheid van de hashfunctie verhoogt. Dat betekent dat zelfs kleine wijzigingen in de invoer, grote en onvoorspelbare wijzigingen in de hashwaarde veroorzaken, waardoor het moeilijk wordt om de oorspronkelijke invoer te achterhalen of om ‘botsingen’ (twee verschillende invoerwaarden met dezelfde hashwaarde) te vinden. Deze bitwise onafhankelijke eigenschap draagt sterk bij aan het veilige, solide, robuuste en betrouwbare karakter van de Keccak-hashfunctie.
Parallelle verwerking
Bovendien heeft Keccak een hoge mate van parallelle verwerking, wat betekent dat het efficiënt kan worden geïmplementeerd op moderne computers en apparaten met meerdere processorkernen. Dit maakt het ideaal voor toepassingen die een snelle hashberekening vereisen. Met andere woorden: parallelle verwerking betekent dat een algoritme of systeem meerdere taken tegelijkertijd kan uitvoeren, waarbij iedere taak wordt verdeeld over meerdere processorkernen of rekenbronnen. Deze parallelle verwerking versnelt de hashberekening dan ook aanzienlijk. Terwijl een enkele processor sequentieel de invoerdata zou verwerken, kunnen meerdere processorkernen parallel aan de slag gaan, waardoor de totale verwerkingstijd flink wordt verkort. Dit zorgt ervoor dat transacties op de blockchain sneller kunnen worden verwerkt en uitgevoerd.
Welke Keccak-hashfuncties zijn er?
De Keccak-familie van hashfuncties heeft verschillende varianten ontwikkeld om aan verschillende behoeften te voldoen, of het nu gaat om hashlengtes, outputflexibiliteit of beveiligingsniveau’s. Elk van deze varianten heeft zijn eigen toepassingen en wordt gebruikt in verschillende technologieën, waaronder blockchainnetwerken, cryptografische protocollen en beveiligingssystemen.
Bekende varianten van de Keccak-hashfunctie zijn:
- SHA-3
- Keccak-256
- Keccak-224
- Keccak-384 en Keccak-512
- SHAKE128 en SHAKE256
SHA-3
SHA-3 (ook bekend als SHA-3-256), die behoort tot de SHA-familie is de bekendste variant en is de officiële standaard voor de hashfunctie vastgesteld door het National Institute of Standards and Technology (NIST). Deze variant wordt veel gebruikt in verschillende toepassingen, waaronder cryptografie, blockchaintechnologie en beveiligingsprotocollen.
Keccak-256
Keccak-256 is een specifieke implementatie van de Keccak-familie, die een hash van 256 bits produceert. Het wordt vaak gebruikt in blockchain-ecosystemen, waar het fungeert als de hashfunctie voor verschillende cryptografische functies. Het gebruik van Keccak-256 in blockchaintechnologieën benadrukt de betrouwbaarheid en veiligheid van de Keccak-hashfunctie en de brede acceptatie ervan in de crypto-wereld.
Keccak-224
Keccak-224 is een variant van Keccak die een hash van 224 bits produceert. Het wordt minder vaak gebruikt dan SHA-3-256, maar kan worden toegepast in specifieke situaties, waarbij een kortere hashlengte gewenst is.
Keccak-384 en Keccak-512
Dit zijn varianten van Keccak die respectievelijk hashwaarden van 384 bits en 512 bits produceren. Deze worden voornamelijk gebruikt in toepassingen waar een langere hashlengte nodig is, zoals in cryptografische systemen met een hoger beveiligingsniveau.
SHAKE128 en SHAKE256
Deze varianten van Keccak worden niet gebruikt voor het produceren van een vaste hashlengte, maar voor het genereren van een variabele lengte output, ook wel bekend als ‘XOF’ (eXtendable Output Function). Ze kunnen worden aangepast om hashwaarde te genereren met elke gewenste lengte.
Andere hashing-algoritmen
Naast Keccak worden er nog verschillende andere hashing-algoritmen gebruikt binnen blockchain-ecosystemen, waaronder:
- SHA-256
- Equihash
- X11
- Whirlpool
- CryptoNight
- Scrypt
- Blake
- BMW
- Groestl
- Tiger
- JH
- Skein
- Luffa
- Cubehash
- Shavite
- Simd
- Echo
Conclusie
De Keccak-hashfunctie is geschikt voor allerlei cryptografische toepassingen, waaronder blockchaintechnologie. Het algoritme biedt eenvoud, veiligheid en veelzijdigheid, en heeft een betrouwbare, solide reputatie in de crypto-wereld. Met zijn unieke sponge-structuur en gelijkmatige bit-bijdrage, zet Keccak de norm voor hashfuncties. Of het nu gaat om het beschermen van de integriteit van digitale communicatie, snelle berekeningen of het beveiligen van blockchain-transacties, de Keccak-hashfunctie is een betrouwbare keuze voor moderne cryptografie.
Op de hoogte blijven van de ontwikkelingen op het gebied van blockchaintechnologie? Meld je dan nu aan voor de blogpost!