Информационная технология. Криптографическая защита информации. Функция хэширования. ГОСТ р 34.11-2012

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ИНФОРМАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

КРИПТОГРАФИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИИ

ФУНКЦИЯ ХЭШИРОВАНИЯ

Information technology. Cryptographic data security. Hash-function

ГОСТ Р 34.11-2012

Дата введения
1 января 2013 года

Предисловие

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании", а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 "Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения".

Сведения о стандарте

1. Разработан Центром защиты информации и специальной связи ФСБ России с участием Открытого акционерного общества "Информационные технологии и коммуникационные системы" (ОАО "ИнфоТеКС").

2. Внесен Техническим комитетом по стандартизации ТК 26 "Криптографическая защита информации".

3. Утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 7 августа 2012 г. N 216-ст.

4. Взамен ГОСТ Р 34.11-94.

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет.

Введение

Настоящий стандарт содержит описание алгоритма и процедуры вычисления хэш-функции для любой последовательности двоичных символов, которые применяются в криптографических методах защиты информации, в том числе в процессах формирования и проверки электронной цифровой подписи.

Стандарт разработан взамен ГОСТ Р 34.11-94. Необходимость разработки настоящего стандарта вызвана потребностью в создании хэш-функции, соответствующей современным требованиям к криптографической стойкости и требованиям стандарта ГОСТ Р 34.10-2012 к электронной цифровой подписи.

Настоящий стандарт терминологически и концептуально увязан с международными стандартами ИСО 2382-2 [1], ИСО/МЭК 9796 [2 - 3], серии ИСО/МЭК 14888 [4 - 7] и серии ИСО/МЭК 10118 [8 - 11].

Примечание. Основная часть стандарта дополнена одним приложением:

Приложение А (справочное). Контрольные примеры.

1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Настоящий стандарт определяет алгоритм и процедуру вычисления хэш-функции для любой последовательности двоичных символов, которые применяются в криптографических методах обработки и защиты информации, в том числе для реализации процедур обеспечения целостности, аутентичности, электронной цифровой подписи (ЭЦП) при передаче, обработке и хранении информации в автоматизированных системах.

Определенная в настоящем стандарте функция хэширования используется при реализации систем электронной цифровой подписи на базе асимметричного криптографического алгоритма по ГОСТ Р 34.10-2012.

Стандарт рекомендуется использовать при создании, эксплуатации и модернизации систем обработки информации различного назначения.

2. НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 34.10-2012 Информационная технология. Криптографическая защита информации. Процессы формирования и проверки электронной цифровой подписи

Примечание. При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства Российской Федерации по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3. ТЕРМИНЫ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями.

3.1. Термины и определения

3.1.1.

3.1.2.

3.1.3.

3.1.4.

Функция сжатия (round-function): итеративно используемая функция, преобразующая строку бит длиной и полученную на предыдущем шаге строку бит длиной в строку бит длиной .

[ИСО/МЭК 10118-1, статья 3.10]

Примечание. В настоящем стандарте понятия "строка бит длиной L" и "двоичный вектор-строка размерности L" считаются тождественными.

3.1.5.

3.1.6.

Примечание. В настоящем стандарте в целях сохранения терминологической преемственности по отношению к действующим отечественным нормативным документам и опубликованным научно-техническим изданиям установлено, что термины "хэш-функция", "криптографическая хэш-функция", "функция хэширования" и "криптографическая функция хэширования" являются синонимами.

3.1.7.

Примечание. В настоящем стандарте в целях сохранения терминологической преемственности по отношению к действующим отечественным нормативным документам и опубликованным научно-техническим изданиям установлено, что термины "электронная подпись", "цифровая подпись" и "электронная цифровая подпись" являются синонимами.

3.2. Обозначения

В настоящем стандарте используются следующие обозначения:

	множество всех двоичных векторов-строк конечной размерности (далее - векторы), включая пустую строку;
|A|	размерность (число компонент) вектора (если A - пустая строка, то |A| = 0);
	множество всех n-мерных двоичных векторов, где n - целое неотрицательное число; нумерация подвекторов и компонент вектора осуществляется справа налево, начиная с нуля;
	операция покомпонентного сложения по модулю 2 двух двоичных векторов одинаковой размерности;
A||B	конкатенация векторов A, , т.е. вектор из в котором левый подвектор из совпадает с вектором A, а правый подвектор из совпадает с вектором B;
	конкатенация n экземпляров вектора A;
	кольцо вычетов по модулю ;
(	операция сложения в кольце ;
	биективное отображение, сопоставляющее элементу кольца его двоичное представление, т.е. для любого элемента z кольца , представленного вычетом , где , j = 0, ..., n - 1, выполнено равенство ;
	отображение, обратное отображению , т.е. ;
	отображение, ставящее в соответствие вектору , , вектор ;
a: = b	операция присваивания переменной a значения b;
	произведение отображений, при котором отображение действует первым;
M	двоичный вектор, подлежащий хэшированию, , ;
	функция хэширования, отображающая вектор (сообщение) M в вектор (хэш-код) H(M);
IV	инициализационный вектор функции хэширования, .

4. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Настоящий стандарт определяет две функции хэширования с длинами хэш-кода n = 512 бит и n = 256 бит.

5. ЗНАЧЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

5.1. Инициализационные векторы

Значение инициализационного вектора IV для функции хэширования с длиной хэш-кода 512 бит равно . Значение инициализационного вектора IV для функции хэширования с длиной хэш-кода 256 бит равно .

5.2. Нелинейное биективное преобразование множества двоичных векторов

Нелинейное биективное преобразование множества двоичных векторов задается подстановкой

, (1)

где .

Значения подстановки записаны ниже в виде массива :

.

5.3. Перестановка байт

Значения перестановки , заданной на множестве , записаны ниже в виде массива :

.

5.4. Линейное преобразование множества двоичных векторов

Линейное преобразование l множества двоичных векторов задается умножением справа на матрицу A над полем GF(2), строки которой записаны ниже последовательно в шестнадцатеричном виде. Строка матрицы с номером j, j = 0, ..., 63, записанная в виде , где , i = 0, ..., 15, есть .

Здесь в одной строке записаны четыре строки матрицы A, при этом в строке с номером i, i = 0, ..., 15, записаны строки матрицы A с номерами 4i + j, j = 0, ..., 3, в следующем порядке (слева направо):

.

Результат умножения вектора на матрицу A есть вектор :

, (2)

где

для всех i = 0, ..., 63.

5.5. Итерационные константы

Итерационные константы записаны в шестнадцатеричном виде. Значение константы, записанное в виде , где , i = 0, ..., 127, есть :

6. ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

При вычислении хэш-кода H(M) сообщения используются следующие преобразования:

, , k, ; (3)

, , (4)

где , , i = 0, ..., 63;

, , (5)

где , , i = 0, ..., 63;

, , (6)

где , , i = 0, ..., 7.

7. ФУНКЦИЯ СЖАТИЯ

Значение хэш-кода сообщения вычисляется с использованием итерационной процедуры. На каждой итерации вычисления хэш-кода используется функция сжатия:

, , (7)

значение которой вычисляется по формуле

, (8)

где .

Значения , i = 1 , ..., 13, вычисляются следующим образом:

; (9)

, i = 2, ..., 13. (10)

Для краткости вместо будем использовать обозначение .

8. ПРОЦЕДУРА ВЫЧИСЛЕНИЯ ХЭШ-ФУНКЦИИ

Исходными данными для процедуры вычисления хэш-кода H(M) является подлежащее хэшированию сообщение и .

Алгоритм вычисления функции H состоит из следующих этапов.

8.1. Этап 1

Присвоить начальные значения текущих величин:

1.1. h := IV,

1.2. ;

1.3. ;

1.4. Перейти к этапу 2.

8.2. Этап 2

2.1. Проверить условие |M| < 512.

При положительном исходе перейти к этапу 3.

В противном случае выполнить последовательность вычислений по 2.2 - 2.7.

2.2. Вычислить подвектор сообщения M: M = M'||m. Далее выполнить последовательность вычислений:

2.3. .

2.4. .

2.5. .

2.6. M := M'.

2.7. Перейти к шагу 2.1.

8.3. Этап 3

3.1. .

3.2. .

3.3. .

3.4. .

3.5. .

	3.6.		, для функции хэширования с длиной хэш-кода 512 бит;
			, для функции хэширования с длиной хэш-кода 256 бит.

3.7. Конец работы алгоритма

Значение величины h, полученное на шаге 3.6, является значением функции хэширования H(M).

Приложение А
(справочное)

КОНТРОЛЬНЫЕ ПРИМЕРЫ

Данное Приложение носит справочный характер и не является частью настоящего стандарта.

Векторы из записываются в шестнадцатеричном виде. Вектор , записанный в виде , где , i = 0, ..., n - 1, есть .

А.1. Пример 1

Необходимо вычислить хэш-код сообщения

А.1.1. Для функции хэширования с длиной хэш-кода 512 бит

Присваиваются значения:

;

;

.

Длина сообщения , поэтому происходит заполнение неполного блока:

Вычисляется значение .

После преобразования S:

после преобразования P:

после преобразования L:

Затем выполняется преобразование E (K, m):

Итерация 1
Итерация 2
Итерация 3
Итерация 4
Итерация 5
Итерация 6
Итерация 7
Итерация 8
Итерация 9
Итерация 10
Итерация 11
Итерация 12
Итерация 13

Результат выполнения преобразования :

Изменяются значения переменных N и :

Результат выполнения преобразования :

Результат выполнения преобразования :

Хэш-кодом сообщения является значение

А.1.2. Для функции хэширования с длиной хэш-кода 256 бит

Присваиваются значения:

;

;

.

Длина сообщения , поэтому происходит заполнение неполного блока:

Вычисляется значение .

После преобразования S:

после преобразования P:

после преобразования L:

Затем выполняется преобразование E (K, m):

Итерация 1
Итерация 2
Итерация 3
Итерация 4
Итерация 5
Итерация 6
Итерация 7
Итерация 8
Итерация 9
Итерация 10
Итерация 11
Итерация 12
Итерация 13

Результат выполнения преобразования :

Изменяются значения переменных N и :

Результат выполнения преобразования :

Результат выполнения преобразования :

Хэш-кодом сообщения является значение:

А.2. Пример 2

Пусть необходимо вычислить хэш-код сообщения

А.2.1. Для функции хэширования с длиной хэш-кода 512 бит

Присваиваются значения:

;

;

.

Длина сообщения , поэтому сначала преобразуется часть сообщения

Вычисляется значение .

После преобразования S:

после преобразования P:

после преобразования L:

Затем выполняется преобразование E (K, m):

Итерация 1
Итерация 2
Итерация 3
Итерация 4
Итерация 5
Итерация 6
Итерация 7
Итерация 8
Итерация 9
Итерация 10
Итерация 11
Итерация 12
Итерация 13

Результат выполнения преобразования :

Изменяются значения переменных N и :

Длина оставшейся части сообщения меньше 512, поэтому происходит заполнение неполного блока.

Результат выполнения преобразования :

Изменяются значения переменных N и :

Результат выполнения преобразования :

Результат выполнения преобразования :

Хэш-кодом сообщения является значение:

А.2.2. Для функции хэширования с длиной хэш-кода 256 бит

Присваиваются значения:

;

;

.

Длина сообщения , поэтому сначала преобразуется часть сообщения

Вычисляется значение .

После преобразования S:

после преобразования P:

после преобразования L:

Затем выполняется преобразование E (K, m):

Итерация 1
Итерация 2
Итерация 3
Итерация 4
Итерация 5
Итерация 6
Итерация 7
Итерация 8
Итерация 9
Итерация 10
Итерация 11
Итерация 12
Итерация 13

Результат выполнения преобразования :

Изменяются значения переменных N и :

Длина оставшейся части сообщения меньше 512, поэтому происходит заполнение неполного блока:

Результат выполнения преобразования :

Изменяются значения переменных N и :

Результат выполнения преобразования :

Результат выполнения преобразования :

Хэш-кодом сообщения является значение:

БИБЛИОГРАФИЯ <*>

<*> Оригиналы международных стандартов ИСО/МЭК находятся во ФГУП "Стандартинформ" Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии.