¿Cómo funciona la construcción Merkle-Damgård en la función hash SHA-1 y qué papel juega la función de compresión en este proceso?

La construcción Merkle-Damgård es una técnica fundamental empleada en el diseño de funciones hash criptográficas, incluida la función hash SHA-1. Este método de construcción garantiza que la función hash procese datos de entrada de longitud arbitraria para producir una salida de tamaño fijo, normalmente denominada hash o resumen. Para dilucidar el funcionamiento de la construcción Merkle-Damgård dentro de la función hash SHA-1 y el papel de la función de compresión, es esencial considerar tanto los fundamentos teóricos como las implementaciones prácticas.

El paradigma Merkle-Damgård

La construcción Merkle-Damgård lleva el nombre de sus inventores, Ralph Merkle e Ivan Damgård. Es un método para construir funciones hash resistentes a colisiones a partir de funciones de compresión unidireccionales resistentes a colisiones. La construcción opera aplicando iterativamente una función de compresión a bloques de tamaño fijo de los datos de entrada, junto con una variable de encadenamiento que propaga valores hash intermedios a través del proceso.

Pasos de la construcción Merkle-Damgård:

1. Relleno: El mensaje de entrada se rellena para garantizar que su longitud sea un múltiplo del tamaño de bloque requerido por la función de compresión. El relleno normalmente implica agregar un bit '1' seguido de bits '0' y luego agregar la longitud del mensaje original como un número entero de tamaño fijo.

2. Inicialización: Se establece un valor inicial (IV). Este IV es un valor fijo y predefinido que sirve como punto de partida para el cálculo del hash. Para SHA-1, el IV consta de cinco palabras específicas de 32 bits.

3. Bloques de procesamiento: el mensaje rellenado se divide en bloques de tamaño fijo. Cada bloque se procesa de forma iterativa utilizando la función de compresión. La salida de una iteración, combinada con el siguiente bloque de datos, se convierte en la entrada para la siguiente iteración.

4. Finalizacion: Una vez procesados ​​todos los bloques, el resultado final de la función de compresión es el valor hash del mensaje original.

Función hash SHA-1

SHA-1 (Secure Hash Algorithm 1) es una función hash criptográfica ampliamente utilizada que produce un valor hash de 160 bits. Sigue la construcción Merkle-Damgård y emplea una función de compresión específica diseñada para garantizar la seguridad criptográfica.

Operación detallada de SHA-1:

1. Relleno: SHA-1 rellena el mensaje de entrada para garantizar que su longitud sea congruente con 448 módulo 512. Esto implica agregar un único bit '1' seguido de una serie de bits '0' y, finalmente, la longitud del mensaje original como un Entero de 64 bits.

2. Inicialización: El valor hash inicial (IV) para SHA-1 consta de las siguientes cinco palabras de 32 bits:
– H0 = 0x67452301
– H1 = 0xEFCDAB89
– H2 = 0x98BADCFE
– H3 = 0x10325476
– H4 = 0xC3D2E1F0

3. Bloques de procesamiento: El mensaje rellenado se divide en bloques de 512 bits. Cada bloque se procesa utilizando la función de compresión SHA-1, que implica una serie de operaciones bit a bit, adiciones modulares y funciones lógicas.

4. Función de compresión: La función de compresión SHA-1 procesa cada bloque de 512 bits a través de 80 rondas de cálculo. Estas rondas se dividen en cuatro etapas, cada una de las cuales consta de 20 rondas. La función de compresión utiliza cinco variables de trabajo (A, B, C, D, E) inicializadas con el valor hash actual. Las operaciones dentro de cada ronda incluyen:
– Horario de mensajes: El bloque de 512 bits se divide en dieciséis palabras de 32 bits, que luego se expanden en ochenta palabras de 32 bits mediante operaciones bit a bit.
– Función redonda: Cada una de las 80 rondas implica los siguientes pasos:
– Calcule una variable temporal T como la suma de una versión girada hacia la izquierda de A, una función dependiente del redondeo de B, C y D, la palabra actual del programa de mensajes y una constante dependiente del redondeo.
– Actualice las variables de trabajo: E se establece en D, D se establece en C, C se establece en B girado a la izquierda en 30 bits, B se establece en A y A se establece en T.
– Funciones logicas: La función utilizada en cada ronda depende del número de ronda e implica operaciones lógicas como AND, OR, XOR y NOT.

5. Finalizacion: Después de procesar todos los bloques, el valor hash final se obtiene concatenando las cinco variables de trabajo (A, B, C, D, E), cada una de las cuales es una palabra de 32 bits. El resultado es un valor hash de 160 bits.

Ejemplo de cálculo hash SHA-1

Considere un ejemplo sencillo en el que el mensaje de entrada es "abc". Los pasos involucrados en el cálculo del hash SHA-1 son los siguientes:

1. Relleno: El mensaje "abc" (en ASCII) tiene 3 bytes (24 bits). El relleno implica agregar un bit '1' seguido de 447 bits '0' y la representación de 64 bits de la longitud del mensaje original (24 bits). El mensaje acolchado es:
[enlighter] 01100001 01100010 01100011 10000000 00000000 … 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 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Más preguntas y respuestas:

• Campo: Ciberseguridad
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• Tema: Función hash SHA-1 (ir al tema relacionado)
• revisión del examen