ГОСТ Р 34.11-2012 Информационная технология (ИТ). Криптографическая защита информации. Функция хэширования.

ГОСТ Р 34.11-2012

Группа П85

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 Информационная технология

 КРИПТОГРАФИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИИ

 Функция хэширования

 Information technology. Cryptographic data security. Hash-function

ОКС 35.040

ОКСТУ 5002

Дата введения 2013-01-01

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

ВНЕСЕНА поправка, опубликованная в ИУС N 6, 2018 год      

 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

" и "двоичный вектор-строка размерности

" 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;
	размерность (число компонент) вектора * (если - пустая строка, то 0);
	множество всех -мерных двоичных векторов, где - 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;
	конкатенация векторов , *, т.е. вектор из , в котором левый подвектор из , совпадает с вектором , а правый подвектор из совпадает с вектором ;
	конкатенация экземпляров вектора ;
	кольцо вычетов по модулю 2 ;
	операция сложения в кольце ;
	биективное отображение, сопоставляющее элементу кольца его двоичное представление, т.е. для любого элемента кольца , представленного вычетом , где , 0, ..., , выполнено равенство ;
	отображение, обратное отображению , т.е. ;
	отображение, ставящее в соответствие вектору , , вектор ;
	операция присваивания переменной значения ;
	произведение отображений, при котором отображение действует первым;
	двоичный вектор, подлежащий хэшированию, *, ;
	функция хэширования, отображающая вектор (сообщение) в вектор (хэш-код) ;
	инициализационный вектор функции хэширования, .

      4 Общие положения

Настоящий стандарт определяет две функции хэширования

с длинами хэш-кода

512 бит и

256 бит.

      5 Значения параметров

      5.1 Инициализационные векторы

Значение инициализационного вектора

для функции хэширования с длиной хэш-кода 512 бит равно 0

. Значение инициализационного вектора

для функции хэширования с длиной хэш-кода 256 бит равно (00000001 )

.

      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

:

(252, 238, 221, 17, 207, 110, 49, 22, 251, 196, 250, 218, 35, 197, 4, 77, 233, 119, 240, 219, 147, 46, 153, 186, 23, 54, 241, 187, 20, 205, 95, 193, 249, 24, 101, 90, 226, 92, 239, 33, 129, 28, 60, 66, 139, 1, 142, 79, 5, 132, 2, 174, 227, 106, 143, 160, 6, 11, 237, 152, 127, 212, 211, 31, 235, 52, 44, 81, 234, 200, 72, 171, 242, 42, 104, 162, 253, 58, 206, 204, 181, 112, 14, 86, 8, 12, 118, 18, 191, 114, 19, 71, 156, 183, 93, 135, 21, 161, 150, 41, 16, 123, 154, 199, 243, 145, 120, 111, 157, 158, 178, 177, 50, 117, 25, 61, 255, 53, 138, 126, 109, 84, 198, 128, 195, 189, 13, 87, 223, 245, 36, 169, 62, 168, 67, 201, 215, 121, 214, 246, 124, 34, 185, 3, 224, 15, 236, 222, 122, 148, 176, 188, 220, 232, 40, 80, 78, 51, 10, 74, 167, 151, 96, 115, 30, 0, 98, 68, 26, 184, 56, 130, 100, 159, 38, 65, 173, 69, 70, 146, 39, 94, 85, 47, 140, 163, 165, 125, 105, 213, 149, 59, 7, 88, 179, 64, 134, 172, 29, 247, 48, 55, 107, 228, 136, 217, 231, 137, 225, 27, 131, 73, 76, 63, 248, 254, 141, 83, 170, 144, 202, 216, 133, 97, 32, 113, 103, 164, 45, 43, 9, 91, 203, 155, 37, 208, 190, 229, 108, 82, 89, 166, 116, 210, 230, 244, 180, 192, 209, 102, 175, 194, 57, 75, 99, 182).

      5.3 Перестановка байт

Значения перестановки

, заданной на множестве {0, ..., 63}, записаны ниже в виде массива

:

(0, 8, 16, 24, 32, 40, 48, 56, 1,9, 17, 25, 33, 41, 49, 57, 2, 10, 18, 26, 34, 42, 50, 58, 3, 11, 19, 27, 35, 43, 51, 59, 4, 12, 20, 28, 36, 44, 52, 60, 5, 13, 21, 29, 37, 45, 53, 61, 6, 14, 22, 30, 38, 46, 54, 62, 7, 15, 23, 31, 39, 47, 55, 63).

      5.4 Линейное преобразование множества двоичных векторов

Линейное преобразование

множества двоичных векторов

задается умножением справа на матрицу

над полем

, строки которой записаны ниже последовательно в шестнадцатеричном виде. Строка матрицы с номером

,

0,...,63, записанная в виде

, где

,

0,...,15, есть

.

Здесь в одной строке записаны четыре строки матрицы

, при этом в строке с номером

,

0,...,15, записаны строки матрицы

с номерами

,

0,...,3, в следующем порядке (слева направо):

,

,

,

.

Результат умножения вектора

на матрицу

есть вектор

:

, (2)

где

для всех

0,...,63.

      5.5 Итерационные константы

Итерационные константы записаны в шестнадцатеричном виде. Значение константы, записанное в виде

, где

,

0,...,127, есть

:

      6 Преобразования

При вычислении хэш-кода

сообщения

* используются следующие преобразования:

,

,

,

;                    (3)

,

,           (4)

где

,

,

0, ..., 63;

,

,            (5)

где

,

,

0, …, 63;

,

,             (6)

где

,

,

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

,

1 ,...,13, вычисляются следующим образом:

;                                                         (9)

,

2, ..., 13.                               (10)

Для краткости вместо

будем использовать обозначение

.

      8 Процедура вычисления хэш-функции

Исходными данными для процедуры вычисления хэш-кода

является подлежащее хэшированию сообщение

* и

-инициализационный вектор.

Алгоритм вычисления функции

состоит из следующих этапов.

      8.1 Этап 1

Присвоить начальные значения текущих величин:

1.1

;

1.2

;

1.3

;

1.4 Перейти к этапу 2.

      8.2 Этап 2

2.1 Проверить условие

512.

При положительном исходе перейти к этапу 3.

В противном случае выполнить последовательность вычислений по 2.2-2.7.

2.2 Вычислить подвектор

сообщения

. Далее выполнить последовательность вычислений:

2.3

.

2.4

2.5

2.6

.

2.7 Перейти к шагу 2.1.

      8.3 Этап 3

3.1

.

3.2

.

3.3  

.

3.4

.

(Поправка. ИУС N 6-2018).     

3.5

.

3.6

3.7 Конец работы алгоритма

Значение величины

, полученное на шаге 3.6, является значением функции хэширования

.

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

,

0, ...,

, 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

:

Затем выполняется преобразование

:

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

и

:

Результат выполнения преобразования

:

Результат выполнения преобразования

:

Хэш-кодом сообщения

является значение

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

Присваиваются значения:

;

;

.

Длина сообщения

, поэтому происходит заполнение неполного блока:     

Вычисляется значение

.

После преобразования

:

   после преобразования

:

Затем выполняется преобразование

:

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

и

:

Результат выполнения преобразования

:

Результат выполнения преобразования

:

Хэш-кодом сообщения

является значение:

A.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

:

после преобразования

:

после преобразования

:

Затем выполняется преобразование

:

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

и

:

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

Результат выполнения преобразования

:

Изменяются значения переменных

и

:

Результат выполнения преобразования

:

Результат выполнения преобразования

:

Хэш-кодом сообщения

является значение:

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

Присваиваются значения:

;

;

.

Длина сообщения

, поэтому сначала преобразуется часть сообщения

Вычисляется значение

.

После преобразования

:

после преобразования

:

после преобразования

:

Затем выполняется преобразование

:

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

и

:

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

Результат выполнения преобразования

:

Изменяются значения переменных

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.

[1]	ИСО 2382-2:1976 (ISO 2382-2:1976)	Системы обработки информации. Словарь. Часть 2. Арифметические и логические операции (Data processing - Vocabulary - Part 2: Arithmetic and logic operations)
[2]	ИСО/МЭК 9796-2:2010 (ISO/IEC 9796-2:2010)	Информационные технологии. Методы обеспечения безопасности. Схемы цифровой подписи, обеспечивающие восстановление сообщений. Часть 2. Механизмы на основе целочисленной факторизации (Information technology - Security techniques - Digital signatures with appendix - Part 2: Integer factorization based mechanisms)
[3]	ИСО/МЭК 9796-3:2006 (ISO/IEC 9796-3:2006)	Информационные технологии. Методы обеспечения безопасности. Схемы цифровой подписи, обеспечивающие восстановление сообщений. Часть 3. Механизмы на основе дискретного логарифма (Information technology - Security techniques - Digital signature schemes giving message recovery - Part 3: Discrete logarithm based mechanisms)
[4]	ИСО/МЭК 14888-1:2008 (ISO/IEC 14888-1:2008)	Информационные технологии. Методы защиты. Цифровые подписи с приложением. Часть 1. Общие положения (Information technology - Security techniques - Digital signatures with appendix - Part 1: General)
[5]	ИСО/МЭК 14888-2:2008 (ISO/IEC 14888-2:2008)	Информационные технологии. Методы защиты. Цифровые подписи с приложением. Часть 2. Механизмы, основанные на разложении на множители (Information technology - Security techniques - Digital signatures with appendix - Part 2: Integer factorization based mechanisms)
[6]	ИСО/МЭК 14888-3:2006 (ISO/IEC 14888-3:2006)	Информационные технологии. Методы защиты. Цифровые подписи с приложением. Часть 3. Механизмы на основе дискретного логарифма (Information technology - Security techniques - Digital signatures with appendix - Part 3: Discrete logarithm based mechanisms)
[7]	ИСО/МЭК 14888-3:2006/Изм. 1:2010 (ISO/IEC 14888-3:2006/Amd 1:2010)	Информационные технологии. Методы защиты. Цифровые подписи с приложением. Часть 3. Механизмы на основе дискретного логарифма. Изменение 1. Алгоритм русской цифровой подписи эллиптической кривой, алгоритм цифровой подписи Шнорра, алгоритм цифровой подписи Шнорра для эллиптической кривой, и полный алгоритм цифровой подписи Шнорра для эллиптической кривой (Information technology - Security techniques - Digital signatures with appendix - Part 3: Discrete logarithm based mechanisms. Amendment 1. Elliptic Curve Russian Digital Signature Algorithm, Schnorr Digital Signature Algorithm, Elliptic Curve Schnorr Digital Signature Algorithm, and Elliptic Curve Full Schnorr Digital Signature Algorithm)
[8]	ИСО/МЭК 10118-1:2000 (ISO/IEC 10118-1:2000)	Информационные технологии. Методы защиты информации. Хэш-функции. Часть 1. Общие положения (Information technology - Security techniques - Hash-functions - Part 1: General)
[9]	ИСО/МЭК 10118-2:2010 (ISO/IEC 10118-2:2010)	Информационные технологии. Методы защиты информации. Хэш-функции. Часть 2. Хэш-функции с использованием алгоритма шифрования -битными блоками (Information technology - Security techniques - Hash-functions - Part 2: Hash-functions using an -bit block cipher)
[10]	ИСО/МЭК 10118-3:2004 (ISO/IEC 10118-3:2004)	Информационные технологии. Методы защиты информации. Хэш-функции. Часть 3. Выделенные хэш-функции (Information technology - Security techniques - Hash-functions - Part 3: Dedicated hash-functions)
[11]	ИСО/МЭК 10118-4:1998 (ISO/IEC 10118-4:1998)	Информационные технологии. Методы защиты информации. Хэш-функции. Часть 4. Хэш-функции с применением арифметики в остаточных классах (Information technology - Security techniques - Hash-functions - Part 4: Hash-functions using modular arithmetic)