SipHash

SipHash هي عائلة من الدوال شبه العشوائية القائمة على الجمع والتدوير والتبادل (ARX) والتي أنشأها جان فيليب أوماسون ودانيال جيه بيرنشتاين في عام 2012، ^{[ 1 ] : 165 [ 2 ]} استجابة لموجة من هجمات "إغراق التجزئة" لحجب الخدمة (HashDoS) في أواخر عام 2011. ^{[ 3 ]}

صُممت خوارزمية SipHash كدالة شبه عشوائية آمنة ، ويمكن استخدامها أيضًا كرمز مصادقة رسائل آمن (MAC). مع ذلك، فإن SipHash ليست دالة تجزئة عامة بدون مفتاح مثل خوارزميات التجزئة الآمنة (SHA)، ولذلك يجب استخدامها دائمًا مع مفتاح سري لضمان الأمان. بمعنى آخر، صُممت SHA بحيث يصعب على المهاجم إيجاد رسالتين X و Y بحيث يكون SHA( X ) = SHA( Y )، على الرغم من إمكانية حساب SHA( X ) لأي شخص. أما SipHash ، فتضمن أنه بعد رؤية Xᵢ _و SipHash( Xᵢ _, k )، لا يستطيع المهاجم الذي لا يعرف المفتاح k العثور على أي معلومات حول k أو SipHash( Y , k ) لأي رسالة Y ∉ { Xᵢ _} لم يرها من قبل.

تحسب خوارزمية SipHash رمز مصادقة رسالة بطول 64 بت من رسالة متغيرة الطول ومفتاح سري بطول 128 بت. صُممت هذه الخوارزمية لتكون فعالة حتى مع المدخلات القصيرة، بأداء يُضاهي دوال التجزئة غير المشفرة، مثل CityHash ؛ ^{[ 4 ] : ​​496 [ 2 ]} ويمكن استخدامها لمنع هجمات حجب الخدمة على جداول التجزئة ("إغراق التجزئة")، ^{[ 5 ]} أو لمصادقة حزم الشبكة . أُضيفت لاحقًا نسخة مُعدّلة تُنتج نتيجة بطول 128 بت. ^{[ 6 ]}

تكون دالة التجزئة غير المفهرسة، مثل SHA، مقاومة للتصادم فقط عند استخدام كامل الناتج. أما إذا استُخدمت لتوليد ناتج صغير ، مثل فهرس في جدول تجزئة ذي حجم عملي، فلا يمكن لأي خوارزمية منع التصادمات؛ إذ يكفي المهاجم أن يُجري عددًا من المحاولات يساوي عدد النواتج المحتملة.

على سبيل المثال، لنفترض أن خادم شبكة مصمم للتعامل مع مليون طلب في آن واحد. يحتفظ الخادم بسجل الطلبات الواردة في جدول تجزئة يحتوي على مليوني مدخل، مستخدمًا دالة تجزئة لربط المعلومات التعريفية لكل طلب بأحد المدخلات الممكنة في الجدول. يكفي أن يُدخل المهاجم الذي يعرف دالة التجزئة مدخلات عشوائية؛ إذ سيحمل واحد من كل مليوني مدخل قيمة تجزئة محددة. إذا أرسل المهاجم الآن بضع مئات من الطلبات، جميعها مختارة بحيث تحمل نفس قيمة التجزئة، إلى الخادم، فسيؤدي ذلك إلى عدد كبير من تصادمات التجزئة، مما يُبطئ الخادم (أو ربما يُوقفه) بتأثير مشابه لفيضان حزم بيانات بملايين الطلبات. ^{[ 7 ]}

باستخدام مفتاح غير معروف للمهاجم، تمنع دالة التجزئة المُفهرسة مثل SipHash هذا النوع من الهجمات. مع أنه من الممكن إضافة مفتاح إلى دالة تجزئة غير مُفهرسة ( HMAC تقنية شائعة)، إلا أن SipHash أكثر كفاءة بكثير.

تُحدد الدوال في عائلة SipHash بالصيغة SipHash- c - d ، حيث يُمثل c عدد الجولات لكل كتلة رسالة، و d عدد جولات الإنهاء. تُوصى باستخدام SipHash-2-4 لتحقيق أفضل أداء، وSipHash-4-8 لضمان أمان مُعتدل. تستخدم بعض اللغات SipHash-1-3 لتحسين الأداء، مع وجود خطر التعرض لهجمات حجب الخدمة (DoS) غير معروفة حتى الآن. ^{[ 8 ]}

تم إصدار التطبيق المرجعي كبرنامج يشبه البرامج المتاحة للجمهور بموجب ترخيص CC0 . ^{[ 6 ]}

يتم استخدام SipHash في تطبيقات جداول التجزئة لبرامج مختلفة: ^{[ 9 ]}

• لغات البرمجة
  • جافا سكريبت
    • Node.js ^{[ 10 ]}
      • V8 (محرك جافا سكريبت) (متوفر كخيار وقت الترجمة) ^{[ 11 ]}
  • OCaml ^{[ 12 ]}
  • بيرل 5 (متوفر كخيار وقت الترجمة ) ^{[ 13 ]}
  • بايثون (بدءًا من الإصدار 3.4، ^{[ 14 ]} SipHash 1-3 منذ الإصدار 3.11 ^{[ 15 ]} )
  • راكو ^{[ 16 ]}
  • روبي (SipHash 1-3) ^{[ 17 ]}
  • سويفت
  • الصدأ

• أنظمة التشغيل
  • لينكس
    • systemd ^{[ 18 ]}
  • OpenBSD ^{[ 19 ]}
  • FreeBSD ^{[ 20 ]}
  • OpenDNS
  • WireGuard ^{[ 21 ]}

تستخدم البرامج التالية SipHash بطرق أخرى:

• بيتكوين لمعرفات المعاملات القصيرة ^{[ 22 ]}
• Bloomberg BDE باعتباره أداة تجزئة كائنات C++ ^{[ 23 ]}
• نظام الملفات بين الكواكب (IPFS) لسبعة تجزئات مرشح بلوم ^{[ 24 ]}

التطبيقات

• ج (التنفيذ المرجعي)
• C++ (Wassenberg & Alakuijala 2017، جزء من عملهم "highwayhash")
• سي شارب
• لغة الشفرة الشائعة
• Crypto++
• يذهب
• هاسكل
• جافا سكريبت
• PicoLi sp
• الصدأ
• سويفت
• فيريلوج
• لغة VHDL

• مرشح بلوم (تطبيق للتجزئات السريعة)
• دالة التجزئة المشفرة
• دالة التجزئة
• رمز مصادقة الرسالة
• قائمة دوال التجزئة

• جان فيليب أوماسون؛ دانيال ج. بيرنشتاين (2016-08-01). "SipHash: دالة عشوائية زائفة سريعة ذات مدخلات قصيرة - صفحة المشروع" . جيت هاب .
• جان فيليب أوماسون؛ دانيال ج. بيرنشتاين (2012-09-18). "SipHash: PRF سريع ذو مدخلات قصيرة" (PDF) .
• جان فيليب أوماسون؛ دانيال ج. بيرنشتاين (15-08-2012). "SipHash: دالة عشوائية زائفة سريعة ذات مدخلات قصيرة - شرائح العرض التقديمي" (ملف PDF) .
• جان فيليب أوماسون؛ دانيال ج. بيرنشتاين؛ مارتن بوسليت (29-12-2012). "إعادة تحميل هجمات حجب الخدمة باستخدام تقنية إغراق التجزئة: الهجمات والدفاعات" .
• "التجزئة" . كتاب أداء لغة Rust .– يصف متى لا يكون SipHash سريعًا بما فيه الكفاية