What is SHA-3?

SHA-3 (Secure Hash Algorithm 3) is het nieuwste lid van de Secure Hash Algorithm-familie, gestandaardiseerd door NIST in 2015 als FIPS 202. Het is gebaseerd op het Keccak-algoritme en gebruikt een sponsconstructie, die fundamenteel verschilt van de Merkle-Damgård-structuur die door SHA-1 en SHA-2 wordt gebruikt. De sponsconstructie werkt in twee fasen: een absorptiefase waarin invoerblokken via XOR worden verwerkt in een deel van de interne toestand en gepermuteerd, en een uitpersfase waarin uitvoerblokken uit de toestand worden geëxtraheerd. SHA-3 werkt op een toestand van 1600 bits met behulp van de Keccak-f[1600]-permutatie, die bestaat uit 24 rondes van vijf stapsgewijze afbeeldingen die zorgen voor grondige diffusie en verwarring van de invoerdata.

SHA-3 biedt verschillende belangrijke beveiligingsvoordelen ten opzichte van zijn voorgangers. De volledig andere interne structuur ten opzichte van SHA-2 zorgt voor algoritmische diversiteit — mocht er ooit een fundamenteel gebrek in het Merkle-Damgård-paradigma worden ontdekt, dan blijft SHA-3 onaangetast. De sponsconstructie is inherent bestand tegen length extension-aanvallen zonder dat wrapperconstructies zoals HMAC nodig zijn. SHA-3 ondersteunt meerdere uitvoerlengtes (SHA3-224, SHA3-256, SHA3-384, SHA3-512) evenals uitbreidbare uitvoerfuncties (SHAKE128 en SHAKE256) die digests van willekeurige lengte kunnen produceren. Hoewel SHA-3 in software-implementaties op moderne CPU's iets langzamer is dan SHA-2, blinkt het uit in hardware-implementaties waar de eenvoudige bitsgewijze bewerkingen compacte en efficiënte circuits mogelijk maken.

SHA-3 werd geselecteerd via NIST's publieke hashfunctiecompetitie, die liep van 2007 tot 2012 en 64 initiële inzendingen evalueerde. Keccak werd gekozen als winnaar op basis van zijn ruime veiligheidsmarge, elegant ontwerp en sterke hardwareprestaties. In de cryptowereld wordt SHA-3 direct als mining-algoritme gebruikt door een klein aantal projecten, hoewel de bredere invloed voelbaar is door de adoptie in verschillende blockchainprotocollen voor interne hashbewerkingen. Het algoritme dient als belangrijk vangnet voor SHA-2 in de mondiale cryptografische infrastructuur en waarborgt dat er een grondig getoetste alternatieve hashfunctie klaar is voor inzet mochten er ooit zwakheden in SHA-2 aan het licht komen.