Estudo e implementação do algoritmo de resumo criptográfico SHA-3

Abstract

A segurança computacional como campo fortemente estudado precisa sofrer mudanças constantemente, sempre buscando novas soluções e descobertas. As funções de resumo criptográfico não são diferentes nesse aspecto, sendo alvo de estudo e tentativas de quebras. No entanto, muitas aplicações dependem do uso dessas funções de resumo, pois são essenciais para provar a integridade de mensagens. Várias das funções utilizadas como funções de resumo sofreram quebras, como MD5 e SHA-1, sobrando assim apenas a família de algoritmos SHA-2. Sendo essa a única função sem vulnerabilidades graves conhecidas, passa a ser fortemente estudada e alvo de tentativas de quebras. Com sua estrutura sendo questionada e estudada, apontou que o uso prolongado desse algoritmo deve ser cauteloso. Para isso o NIST promoveu um concurso para eleger outro algoritmo e trazer mais uma alternativa confiável de implementação de funções de resumo. Após 5 anos de concurso, a proposta vencedora Keccak passou a ser o novo padrão SHA-3. Esse algoritmo faz uso do paradigma esponja, composto por duas fases de processamento. A primeira delas divide a mensagem em blocos e os absorve em estados internos. Esses estados são originados a partir de um estado sendo inicializado com zeros e, em seguida, passa a ser iterado com rodadas que possuem cinco mapeamentos, que fazem a difusão e a distribuição dos elementos nos estados. Depois de finalizados, a função passa para a fase de esmagamento, que por sua vez intercala a aplicação das funções de mapeamento até que se tenha o número de bits que atende o tamanho da saída no nível de segurança escolhido. Esse trabalho faz um estudo do algoritmo e objetiva construir uma versão didática da implementação que corresponde ao Keccak. Essa versão é construída focando no entendimento de aspectos conceituais. Para isso, se buscará relacionar suas definições com elementos práticos são responsáveis por seu funcionamento, seguindo os modelos propostos pela literatura.