Skip to content

Sha3

0. FileVault context¶

Dùng trong FileVault làm hàm băm mật cho integrity, fingerprinting, và derivation (SHA3-256, SHA3-512).
Lựa chọn làm phương án dự phòng song song với SHA-2/KECCAK.

1. Khái niệm, mục tiêu bảo vệ¶

SHA‑3 (Keccak) là chuẩn hàm băm dựa trên sponge construction.
Giải quyết: tạo digest cố định từ dữ liệu biến độ dài, kháng collision, preimage, second‑preimage; khác cấu trúc với Merkle–Damgård (không bị length‑extension).
Bảo vệ: tính toàn vẹn dữ liệu, nhận dạng duy nhất, cơ sở cho MAC/KDF (khi kết hợp đúng).

2. Toán học, công thức (math markdown)¶

3. Cách hoạt động (tóm tắt)¶

Hai giai đoạn: Absorb (hấp thu) và Squeeze (vắt).
Absorb: chia input thành block kích thước \(r\), XOR vào phần rate của state, rồi áp dụng permutation Keccak‑f. Lặp cho tất cả block.
Squeeze: xuất từng khối \(r\) từ state, nếu cần thêm output thì tiếp tục áp dụng permutation rồi xuất thêm.

4. Cấu trúc dữ liệu¶

State: ma trận 5×5 lanes (mỗi lane \(w\) bit).
Permutation Keccak‑f[b]: hàng các bước (θ, ρ, π, χ, ι) thực hiện trên state; sử dụng constants vòng (round constants).
Padding: pad10*1 (gồm bit domain‑separation cho SHA‑3).

5. So sánh với các thuật toán khác¶

VS SHA‑2: khác cấu trúc (sponge vs Merkle–Damgård), không dễ bị length‑extension; SHA‑3 không thay thế trực tiếp SHA‑2 nhưng là lựa chọn bổ sung.
VS Keccak‑x (original): SHA‑3 có domain separation/padding khác so với Keccak submitter.

6. Luồng hoạt động (flow)¶

Input -> Padding (pad10*1 + domain) -> Split vào blocks r-bit
For each block: state.rate ^= block; state = Keccak‑f(state)
Output: lấy ra từ state.rate; lặp khi cần.

Mermaid (sơ đồ đơn giản):

flowchart TD
    In[Input] --> Pad[Padding pad10*1]
    Pad --> Split[Split vào block r-bit]
    Split --> Absorb[Absorb: XOR vào state.rate]
    Absorb --> Perm[Keccak-f permutation]
    Perm --> Check{Còn block?}
    Check -- Yes --> Absorb
    Check -- No --> Squeeze[Squeeze: xuất từ state.rate]
    Squeeze --> Out[Digest/Stream]

Hold "Alt" / "Option" to enable pan & zoom

7. Các sai lầm triển khai phổ biến¶

Không dùng đúng padding hoặc domain‑separation (dẫn tới colliding với biến thể khác).
Endianness/bit ordering sai khi đọc/ghi lanes.
Không xóa state nhạy cảm khỏi bộ nhớ.
Không thực hiện các phép toán ở thời gian cố định khi dùng trong KDF/MAC có khóa (side‑channel).
Dùng SHA3 thay cho SHAKE khi cần output biến độ dài (hoặc ngược lại) sai mục đích.

8. Threat Model¶

Tấn công cryptanalytic: tìm collision, preimage.
Tấn công implementation: side‑channel (timing, cache), fault injection.
Tấn công phân phối/thoán đổi padding hoặc domain separation.
Mối nguy từ reuse state hoặc re‑initialization sai.

9. Biện pháp giảm thiểu¶

Sử dụng thư viện đã review và chuẩn (ví dụ OpenSSL/libkeccak/libcrypto) thay vì tự triển khai.
Kiểm tra padding và domain‑separation.
Xóa state khi không còn dùng.
Thiết kế constant‑time cho phần nhạy cảm (Mở khoá, KDF).
Giới hạn thông tin lỗi và logging.

10. Test Vectors (cách sinh kiểm tra)¶

Sinh bằng openssl / program để đảm bảo kết quả trong môi trường:
- echo -n "" | openssl dgst -sha3-256
- echo -n "abc" | openssl dgst -sha3-256
- echo -n "" | openssl dgst -sha3-512
So sánh với NIST/Keccak team official vectors (tham khảo phía dưới).

11. Code (ví dụ ngắn Python)¶

Python
import hashlib
d = hashlib.sha3_256(b"abc").hexdigest()
print(d)

- Ghi chú: Python 3.6+ hỗ trợ sha3_* trong hashlib.

12. Checklist bảo mật (nhỏ gọn)¶

Dùng implementation được audit.
Kiểm tra đúng padding và domain bits.
Xử lý endianness khi thao tác lanes.
Xóa state sau dùng/xuất.
Đảm bảo constant‑time ở phần nhạy cảm.
Kiểm tra test vectors tự động trong CI.
Không dùng SHA3 làm MAC thay cho HMAC trừ khi biết rõ cơ chế (dùng KMAC nếu cần).

Nguồn tham khảo
- Keccak team: https://keccak.team
- NIST FIPS 202 (SHA‑3): https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/FIPS/NIST.FIPS.202.pdf
- OpenSSL docs / hashlib docs

Tài liệu bổ sung: xem NIST vectors chính thức và Keccak specs để đối chiếu test vectors chính xác.