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
Поправка внесена изготовителем базы данных
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].*
________________
* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - .
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
заполнение (padding): Приписывание дополнительных бит к строке бит. [ИСО/МЭК 10118-1, статья 3.9] |
3.1.2
инициализационный вектор (initializing value): Вектор, определенный как начальная точка работы функции хэширования. [ИСО/МЭК 10118-1, статья 3.7] |
3.1.3
сообщение (message): Строка бит произвольной конечной длины. [ИСО/МЭК 14888-1, статья 3.10] |
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
хэш-код (hash-code): Строка бит, являющаяся выходным результатом хэш-функции. [ИСО/МЭК 14888-1, статья 3.6] |
3.1.6
хэш-функция (collision-resistant hash-function): Функция, отображающая строки бит в строки бит фиксированной длины и удовлетворяющая следующим свойствам: 1) по данному значению функции сложно вычислить исходные данные, отображаемые в это значение; 2) для заданных исходных данных сложно вычислить другие исходные данные, отображаемые в то же значение функции; 3) сложно вычислить какую-либо пару исходных данных, отображаемых в одно и то же значение. [ИСО/МЭК 14888-1, статьи 3.2, 3.7] |
Примечание - В настоящем стандарте в целях сохранения терминологической преемственности по отношению к действующим отечественным нормативным документам и опубликованным научно-техническим изданиям установлено, что термины "хэш-функция", "криптографическая хэш-функция", "функция хэширования" и "криптографическая функция хэширования" являются синонимами.
3.1.7
электронная цифровая подпись (signature); ЭЦП: Строка бит, полученная в результате процесса формирования подписи. [ИСО/МЭК 14888-1, статья 3.12] |
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 | |
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 , | |
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 |
| отображение, обратное отображению , т.е. |
| отображение, ставящее в соответствие вектору |
| 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, |
* (если - пустая строка, то 0);
*, т.е. вектор из 
, в котором левый подвектор из , совпадает с вектором , а правый подвектор из совпадает с вектором ;
, где 
, 0, ..., , выполнено равенство 
;
;
, , вектор 
;
*, 
;
;
.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 "" Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии.
[1] | ИСО 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 | 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 | 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 | 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 | 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 | 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 | 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 | 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 | 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 | 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 | 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) |
Электронный текст документа
и сверен по:
, 2013
Редакция документа с учетом
изменений и дополнений подготовлена