Хеш-функция Стрибог или в городе новый шериф

NeverWalkAloner 29 июля 2013 в 10:13 41k
В 2012 году вся общественность, более или менее причастная к информационной безопасности, пристально следила за выборами нового стандарта хеширования данных SHA-3. На хабре достаточно широко освещалось это важное событие: публиковались результаты каждого раунда конкурса (раз, два, три), приводилось описание нового стандарта, и даже объяснялось почему новый стандарт так крут.
Однако, за всем этим ажиотажем совсем незамеченным осталось другое, не менее значимое событие: 1 января 2013 года в РФ также сменился стандарт хеш-функции.
Итак, встречайте: полное описание нового стандарта и его реализация на C#. Как говорится, лучше поздно, чем никогда.

В качестве нового стандарта, который получил номер 34.11-2012, была принята хеш-функция под названием Стрибог. Стрибог — это семейство хеш-функций, включающее в себя всего две функции. Функцию с длиной выходного значения в 256 бит и функцию с длиной выходного значения в 512 бит. Обе эти функции имеют одинаковую структуру и отличаются друг от друга только начальным внутренним состоянием. Входными данными для обоих функций является блок данных длиной 512 бит. В случае, если длина сообщения больше 512 бит, то происходит разбиение сообщения на блоки. В случае же, если длина меньше 512 бит, то производится дополнение сообщения.

Прежде чем приступать к описанию алгоритма, расскажем о преобразованиях, которые используются при вычислении хеш-функции.

Преобразования


  1. X-преобразование. На вход функции X подаются две последовательности длиной 512 бит каждая, выходом функции является XOR этих последовательностей.


  2. S-преобразование. Функция S является обычной функцией подстановки. Каждый байт из 512-битной входной последовательности заменяется соответствующим байтом из таблицы подстановок π

    Таблица π является константой и может быть записана в виде массива:
    Значение подстановки pi;

    byte[] Pi={
    0xFC, 0xEE, 0xDD, 0x11, 0xCF, 0x6E, 0x31, 0x16, 0xFB, 0xC4, 0xFA, 0xDA, 0x23, 0xC5, 0x04, 0x4D,
    0xE9, 0x77, 0xF0, 0xDB, 0x93, 0x2E, 0x99, 0xBA, 0x17, 0x36, 0xF1, 0xBB, 0x14, 0xCD, 0x5F, 0xC1,
    0xF9, 0x18, 0x65, 0x5A, 0xE2, 0x5C, 0xEF, 0x21, 0x81, 0x1C, 0x3C, 0x42, 0x8B, 0x01, 0x8E, 0x4F,
    0x05, 0x84, 0x02, 0xAE, 0xE3, 0x6A, 0x8F, 0xA0, 0x06, 0x0B, 0xED, 0x98, 0x7F, 0xD4, 0xD3, 0x1F,
    0xEB, 0x34, 0x2C, 0x51, 0xEA, 0xC8, 0x48, 0xAB, 0xF2, 0x2A, 0x68, 0xA2, 0xFD, 0x3A, 0xCE, 0xCC,
    0xB5, 0x70, 0x0E, 0x56, 0x08, 0x0C, 0x76, 0x12, 0xBF, 0x72, 0x13, 0x47, 0x9C, 0xB7, 0x5D, 0x87,
    0x15, 0xA1, 0x96, 0x29, 0x10, 0x7B, 0x9A, 0xC7, 0xF3, 0x91, 0x78, 0x6F, 0x9D, 0x9E, 0xB2, 0xB1,
    0x32, 0x75, 0x19, 0x3D, 0xFF, 0x35, 0x8A, 0x7E, 0x6D, 0x54, 0xC6, 0x80, 0xC3, 0xBD, 0x0D, 0x57,
    0xDF, 0xF5, 0x24, 0xA9, 0x3E, 0xA8, 0x43, 0xC9, 0xD7, 0x79, 0xD6, 0xF6, 0x7C, 0x22, 0xB9, 0x03,
    0xE0, 0x0F, 0xEC, 0xDE, 0x7A, 0x94, 0xB0, 0xBC, 0xDC, 0xE8, 0x28, 0x50, 0x4E, 0x33, 0x0A, 0x4A,
    0xA7, 0x97, 0x60, 0x73, 0x1E, 0x00, 0x62, 0x44, 0x1A, 0xB8, 0x38, 0x82, 0x64, 0x9F, 0x26, 0x41,
    0xAD, 0x45, 0x46, 0x92, 0x27, 0x5E, 0x55, 0x2F, 0x8C, 0xA3, 0xA5, 0x7D, 0x69, 0xD5, 0x95, 0x3B,
    0x07, 0x58, 0xB3, 0x40, 0x86, 0xAC, 0x1D, 0xF7, 0x30, 0x37, 0x6B, 0xE4, 0x88, 0xD9, 0xE7, 0x89,
    0xE1, 0x1B, 0x83, 0x49, 0x4C, 0x3F, 0xF8, 0xFE, 0x8D, 0x53, 0xAA, 0x90, 0xCA, 0xD8, 0x85, 0x61,
    0x20, 0x71, 0x67, 0xA4, 0x2D, 0x2B, 0x09, 0x5B, 0xCB, 0x9B, 0x25, 0xD0, 0xBE, 0xE5, 0x6C, 0x52,
    0x59, 0xA6, 0x74, 0xD2, 0xE6, 0xF4, 0xB4, 0xC0, 0xD1, 0x66, 0xAF, 0xC2, 0x39, 0x4B, 0x63, 0xB6
    };


  3. P-преобразование. Функция перестановки. Для каждой пары байт из входной последовательности происходит замена одного байта другим.

    Таблица перестановок τ также является константой:
    Значение перестановки tau
    byte[] Tau={
    0, 8, 16, 24, 32, 40, 48, 56,
    1, 9, 17, 25, 33, 41, 49, 57,
    2, 10, 18, 26, 34, 42, 50, 58,
    3, 11, 19, 27, 35, 43, 51, 59,
    4, 12, 20, 28, 36, 44, 52, 60,
    5, 13, 21, 29, 37, 45, 53, 61,
    6, 14, 22, 30, 38, 46, 54, 62,
    7, 15, 23, 31, 39, 47, 55, 63
    };


  4. L-преобразование. Представляет собой умножение 64-битного входного вектора на бинарную матрицу A размерами 64x64.

    Матрицу A можно представить как массив 64-битных слов:
    Значение матрицы A
    ulong[] A = {
    0x8e20faa72ba0b470, 0x47107ddd9b505a38, 0xad08b0e0c3282d1c, 0xd8045870ef14980e,
    0x6c022c38f90a4c07, 0x3601161cf205268d, 0x1b8e0b0e798c13c8, 0x83478b07b2468764,
    0xa011d380818e8f40, 0x5086e740ce47c920, 0x2843fd2067adea10, 0x14aff010bdd87508,
    0x0ad97808d06cb404, 0x05e23c0468365a02, 0x8c711e02341b2d01, 0x46b60f011a83988e,
    0x90dab52a387ae76f, 0x486dd4151c3dfdb9, 0x24b86a840e90f0d2, 0x125c354207487869,
    0x092e94218d243cba, 0x8a174a9ec8121e5d, 0x4585254f64090fa0, 0xaccc9ca9328a8950,
    0x9d4df05d5f661451, 0xc0a878a0a1330aa6, 0x60543c50de970553, 0x302a1e286fc58ca7,
    0x18150f14b9ec46dd, 0x0c84890ad27623e0, 0x0642ca05693b9f70, 0x0321658cba93c138,
    0x86275df09ce8aaa8, 0x439da0784e745554, 0xafc0503c273aa42a, 0xd960281e9d1d5215,
    0xe230140fc0802984, 0x71180a8960409a42, 0xb60c05ca30204d21, 0x5b068c651810a89e,
    0x456c34887a3805b9, 0xac361a443d1c8cd2, 0x561b0d22900e4669, 0x2b838811480723ba,
    0x9bcf4486248d9f5d, 0xc3e9224312c8c1a0, 0xeffa11af0964ee50, 0xf97d86d98a327728,
    0xe4fa2054a80b329c, 0x727d102a548b194e, 0x39b008152acb8227, 0x9258048415eb419d,
    0x492c024284fbaec0, 0xaa16012142f35760, 0x550b8e9e21f7a530, 0xa48b474f9ef5dc18,
    0x70a6a56e2440598e, 0x3853dc371220a247, 0x1ca76e95091051ad, 0x0edd37c48a08a6d8,
    0x07e095624504536c, 0x8d70c431ac02a736, 0xc83862965601dd1b, 0x641c314b2b8ee083
    };

Функция сжатия


Основным элементом любой хеш-функции является функция сжатия. Опишем используемую в новом стандарте функцию сжатия gn в виде алгоритма.
Пусть h, N и m — 512-битные последовательности. Для вычисления функции g(N, m, h) необходимо проделать следующие шаги:
  1. Вычислить значение K = h ⊕ N;
  2. Присвоить значение K = S(K);
  3. Присвоить значение K = P(K);
  4. Присвоить значение K = L(K);
  5. Вычислить t = E(K, m);
  6. Присвоить значение t = h ⊕ t;
  7. Вычислить значение G = t ⊕ m;
  8. Вернуть G в качестве результата вычисления функции g(N, m, h).


Вы наверное заметили, что в описании функции g(N, m, h) используется незнакомая функция E(K, m), которая выполняет нижеприведенные действия:
  1. Вычислить значение state = K ⊕ m;
  2. Для i=0 по 11 выполнить:
    • Присвоить значение state = S(state);
    • Присвоить значение state = P(state);
    • Присвоить значение state = L(state);
    • Вычислить K=KeySchedule(K, i);
    • Присвоить значение state = state ⊕ K;
  3. Вернуть state в качестве результата.


И опять незнакомое понятие. На этот раз это функция KeySchedule(K, i), отвечающая за формирование временного ключа K на каждом раунде функции E(K, m). Восполним и этот пробел в описании алгоритма. Функция KeySchedule(K, i) производит следующие вычисления:
  1. Присвоить значение K = K ⊕ C[i];
  2. Присвоить значение K = S(K);
  3. Присвоить значение K = P(K);
  4. Присвоить значение K = L(K);
  5. Вернуть K в качестве результата функции.

Здесь С — это набор 512-битных значений. Значение С является постоянным.
Значение С
byte[][] C = {
new byte[64]{
0xb1,0x08,0x5b,0xda,0x1e,0xca,0xda,0xe9,0xeb,0xcb,0x2f,0x81,0xc0,0x65,0x7c,0x1f,
0x2f,0x6a,0x76,0x43,0x2e,0x45,0xd0,0x16,0x71,0x4e,0xb8,0x8d,0x75,0x85,0xc4,0xfc,
0x4b,0x7c,0xe0,0x91,0x92,0x67,0x69,0x01,0xa2,0x42,0x2a,0x08,0xa4,0x60,0xd3,0x15,
0x05,0x76,0x74,0x36,0xcc,0x74,0x4d,0x23,0xdd,0x80,0x65,0x59,0xf2,0xa6,0x45,0x07
},
new byte[64]{
0x6f,0xa3,0xb5,0x8a,0xa9,0x9d,0x2f,0x1a,0x4f,0xe3,0x9d,0x46,0x0f,0x70,0xb5,0xd7,
0xf3,0xfe,0xea,0x72,0x0a,0x23,0x2b,0x98,0x61,0xd5,0x5e,0x0f,0x16,0xb5,0x01,0x31,
0x9a,0xb5,0x17,0x6b,0x12,0xd6,0x99,0x58,0x5c,0xb5,0x61,0xc2,0xdb,0x0a,0xa7,0xca,
0x55,0xdd,0xa2,0x1b,0xd7,0xcb,0xcd,0x56,0xe6,0x79,0x04,0x70,0x21,0xb1,0x9b,0xb7
},
new byte[64]{
0xf5,0x74,0xdc,0xac,0x2b,0xce,0x2f,0xc7,0x0a,0x39,0xfc,0x28,0x6a,0x3d,0x84,0x35,
0x06,0xf1,0x5e,0x5f,0x52,0x9c,0x1f,0x8b,0xf2,0xea,0x75,0x14,0xb1,0x29,0x7b,0x7b,
0xd3,0xe2,0x0f,0xe4,0x90,0x35,0x9e,0xb1,0xc1,0xc9,0x3a,0x37,0x60,0x62,0xdb,0x09,
0xc2,0xb6,0xf4,0x43,0x86,0x7a,0xdb,0x31,0x99,0x1e,0x96,0xf5,0x0a,0xba,0x0a,0xb2
},
new byte[64]{
0xef,0x1f,0xdf,0xb3,0xe8,0x15,0x66,0xd2,0xf9,0x48,0xe1,0xa0,0x5d,0x71,0xe4,0xdd,
0x48,0x8e,0x85,0x7e,0x33,0x5c,0x3c,0x7d,0x9d,0x72,0x1c,0xad,0x68,0x5e,0x35,0x3f,
0xa9,0xd7,0x2c,0x82,0xed,0x03,0xd6,0x75,0xd8,0xb7,0x13,0x33,0x93,0x52,0x03,0xbe,
0x34,0x53,0xea,0xa1,0x93,0xe8,0x37,0xf1,0x22,0x0c,0xbe,0xbc,0x84,0xe3,0xd1,0x2e
},
new byte[64]{
0x4b,0xea,0x6b,0xac,0xad,0x47,0x47,0x99,0x9a,0x3f,0x41,0x0c,0x6c,0xa9,0x23,0x63,
0x7f,0x15,0x1c,0x1f,0x16,0x86,0x10,0x4a,0x35,0x9e,0x35,0xd7,0x80,0x0f,0xff,0xbd,
0xbf,0xcd,0x17,0x47,0x25,0x3a,0xf5,0xa3,0xdf,0xff,0x00,0xb7,0x23,0x27,0x1a,0x16,
0x7a,0x56,0xa2,0x7e,0xa9,0xea,0x63,0xf5,0x60,0x17,0x58,0xfd,0x7c,0x6c,0xfe,0x57
},
new byte[64]{
0xae,0x4f,0xae,0xae,0x1d,0x3a,0xd3,0xd9,0x6f,0xa4,0xc3,0x3b,0x7a,0x30,0x39,0xc0,
0x2d,0x66,0xc4,0xf9,0x51,0x42,0xa4,0x6c,0x18,0x7f,0x9a,0xb4,0x9a,0xf0,0x8e,0xc6,
0xcf,0xfa,0xa6,0xb7,0x1c,0x9a,0xb7,0xb4,0x0a,0xf2,0x1f,0x66,0xc2,0xbe,0xc6,0xb6,
0xbf,0x71,0xc5,0x72,0x36,0x90,0x4f,0x35,0xfa,0x68,0x40,0x7a,0x46,0x64,0x7d,0x6e
},
new byte[64]{
0xf4,0xc7,0x0e,0x16,0xee,0xaa,0xc5,0xec,0x51,0xac,0x86,0xfe,0xbf,0x24,0x09,0x54,
0x39,0x9e,0xc6,0xc7,0xe6,0xbf,0x87,0xc9,0xd3,0x47,0x3e,0x33,0x19,0x7a,0x93,0xc9,
0x09,0x92,0xab,0xc5,0x2d,0x82,0x2c,0x37,0x06,0x47,0x69,0x83,0x28,0x4a,0x05,0x04,
0x35,0x17,0x45,0x4c,0xa2,0x3c,0x4a,0xf3,0x88,0x86,0x56,0x4d,0x3a,0x14,0xd4,0x93
},
new byte[64]{
0x9b,0x1f,0x5b,0x42,0x4d,0x93,0xc9,0xa7,0x03,0xe7,0xaa,0x02,0x0c,0x6e,0x41,0x41,
0x4e,0xb7,0xf8,0x71,0x9c,0x36,0xde,0x1e,0x89,0xb4,0x44,0x3b,0x4d,0xdb,0xc4,0x9a,
0xf4,0x89,0x2b,0xcb,0x92,0x9b,0x06,0x90,0x69,0xd1,0x8d,0x2b,0xd1,0xa5,0xc4,0x2f,
0x36,0xac,0xc2,0x35,0x59,0x51,0xa8,0xd9,0xa4,0x7f,0x0d,0xd4,0xbf,0x02,0xe7,0x1e
},
new byte[64]{
0x37,0x8f,0x5a,0x54,0x16,0x31,0x22,0x9b,0x94,0x4c,0x9a,0xd8,0xec,0x16,0x5f,0xde,
0x3a,0x7d,0x3a,0x1b,0x25,0x89,0x42,0x24,0x3c,0xd9,0x55,0xb7,0xe0,0x0d,0x09,0x84,
0x80,0x0a,0x44,0x0b,0xdb,0xb2,0xce,0xb1,0x7b,0x2b,0x8a,0x9a,0xa6,0x07,0x9c,0x54,
0x0e,0x38,0xdc,0x92,0xcb,0x1f,0x2a,0x60,0x72,0x61,0x44,0x51,0x83,0x23,0x5a,0xdb
},
new byte[64]{
0xab,0xbe,0xde,0xa6,0x80,0x05,0x6f,0x52,0x38,0x2a,0xe5,0x48,0xb2,0xe4,0xf3,0xf3,
0x89,0x41,0xe7,0x1c,0xff,0x8a,0x78,0xdb,0x1f,0xff,0xe1,0x8a,0x1b,0x33,0x61,0x03,
0x9f,0xe7,0x67,0x02,0xaf,0x69,0x33,0x4b,0x7a,0x1e,0x6c,0x30,0x3b,0x76,0x52,0xf4,
0x36,0x98,0xfa,0xd1,0x15,0x3b,0xb6,0xc3,0x74,0xb4,0xc7,0xfb,0x98,0x45,0x9c,0xed
},
new byte[64]{
0x7b,0xcd,0x9e,0xd0,0xef,0xc8,0x89,0xfb,0x30,0x02,0xc6,0xcd,0x63,0x5a,0xfe,0x94,
0xd8,0xfa,0x6b,0xbb,0xeb,0xab,0x07,0x61,0x20,0x01,0x80,0x21,0x14,0x84,0x66,0x79,
0x8a,0x1d,0x71,0xef,0xea,0x48,0xb9,0xca,0xef,0xba,0xcd,0x1d,0x7d,0x47,0x6e,0x98,
0xde,0xa2,0x59,0x4a,0xc0,0x6f,0xd8,0x5d,0x6b,0xca,0xa4,0xcd,0x81,0xf3,0x2d,0x1b
},
new byte[64]{
0x37,0x8e,0xe7,0x67,0xf1,0x16,0x31,0xba,0xd2,0x13,0x80,0xb0,0x04,0x49,0xb1,0x7a,
0xcd,0xa4,0x3c,0x32,0xbc,0xdf,0x1d,0x77,0xf8,0x20,0x12,0xd4,0x30,0x21,0x9f,0x9b,
0x5d,0x80,0xef,0x9d,0x18,0x91,0xcc,0x86,0xe7,0x1d,0xa4,0xaa,0x88,0xe1,0x28,0x52,
0xfa,0xf4,0x17,0xd5,0xd9,0xb2,0x1b,0x99,0x48,0xbc,0x92,0x4a,0xf1,0x1b,0xd7,0x20
}
};


Вычисление хеш-функции


Теперь опишем процедуру формирования хеш-значения. Для любого входного сообщения M:
  1. Присвоить начальные значения внутренних переменных:
    • Для хеш-функции с длиной выхода 512 бит: h=iv=0x0064. Для хеш-функции с длиной выхода 256 бит: h=iv=0x0164.
    • N = 0512
    • Σ = 0512
  2. Проверить следующее условие: длина сообщения M<512. Если условие выполняется перейти к пункту 3. В противном случае выполнить последовательность вычислений:
    • m — последние 512 бит сообщения M
    • h = g(N, m, h)
    • N = (N + 512) mod 2512
    • Σ = (Σ + m) mod 2512
    • Обрезать M, убрав последние 512 бит
    • Перейти к шагу 2
  3. Произвести дополнение сообщения M до длины в 512 бит по следующему правилу:
    m = 0511-|M|||1||M, где |M| — длина сообщения M в битах.
  4. Вычислить h = g(N, m, h)
  5. Вычислить N = (N + |M|) mod 2512
  6. Вычислить Σ = (Σ + m) mod 2512
  7. Вычислить h = g(0, h, N)
  8. Вычислить h = g(0, h, Σ)
  9. Для хеш-функции с длиной выхода в 512 бит возвращаем h в качестве результата. Для функции с длиной выхода 256 бит возвращаем MSB256(h).


Обещанную реализацию алгоритма на C# вы смотрите под спойлером:
C# класс GOST
class GOST
    {
        // Matrix A for MixColumns (L) function
        private ulong[] A = {
        0x8e20faa72ba0b470, 0x47107ddd9b505a38, 0xad08b0e0c3282d1c, 0xd8045870ef14980e,
        0x6c022c38f90a4c07, 0x3601161cf205268d, 0x1b8e0b0e798c13c8, 0x83478b07b2468764,
        0xa011d380818e8f40, 0x5086e740ce47c920, 0x2843fd2067adea10, 0x14aff010bdd87508,
        0x0ad97808d06cb404, 0x05e23c0468365a02, 0x8c711e02341b2d01, 0x46b60f011a83988e,
        0x90dab52a387ae76f, 0x486dd4151c3dfdb9, 0x24b86a840e90f0d2, 0x125c354207487869,
        0x092e94218d243cba, 0x8a174a9ec8121e5d, 0x4585254f64090fa0, 0xaccc9ca9328a8950,
        0x9d4df05d5f661451, 0xc0a878a0a1330aa6, 0x60543c50de970553, 0x302a1e286fc58ca7,
        0x18150f14b9ec46dd, 0x0c84890ad27623e0, 0x0642ca05693b9f70, 0x0321658cba93c138,
        0x86275df09ce8aaa8, 0x439da0784e745554, 0xafc0503c273aa42a, 0xd960281e9d1d5215,
        0xe230140fc0802984, 0x71180a8960409a42, 0xb60c05ca30204d21, 0x5b068c651810a89e,
        0x456c34887a3805b9, 0xac361a443d1c8cd2, 0x561b0d22900e4669, 0x2b838811480723ba,
        0x9bcf4486248d9f5d, 0xc3e9224312c8c1a0, 0xeffa11af0964ee50, 0xf97d86d98a327728,
        0xe4fa2054a80b329c, 0x727d102a548b194e, 0x39b008152acb8227, 0x9258048415eb419d,
        0x492c024284fbaec0, 0xaa16012142f35760, 0x550b8e9e21f7a530, 0xa48b474f9ef5dc18,
        0x70a6a56e2440598e, 0x3853dc371220a247, 0x1ca76e95091051ad, 0x0edd37c48a08a6d8,
        0x07e095624504536c, 0x8d70c431ac02a736, 0xc83862965601dd1b, 0x641c314b2b8ee083
        };

        // Substitution for SubBytes function
        private byte[] Sbox={
        0xFC, 0xEE, 0xDD, 0x11, 0xCF, 0x6E, 0x31, 0x16, 0xFB, 0xC4, 0xFA, 0xDA, 0x23, 0xC5, 0x04, 0x4D,
        0xE9, 0x77, 0xF0, 0xDB, 0x93, 0x2E, 0x99, 0xBA, 0x17, 0x36, 0xF1, 0xBB, 0x14, 0xCD, 0x5F, 0xC1,
        0xF9, 0x18, 0x65, 0x5A, 0xE2, 0x5C, 0xEF, 0x21, 0x81, 0x1C, 0x3C, 0x42, 0x8B, 0x01, 0x8E, 0x4F,
        0x05, 0x84, 0x02, 0xAE, 0xE3, 0x6A, 0x8F, 0xA0, 0x06, 0x0B, 0xED, 0x98, 0x7F, 0xD4, 0xD3, 0x1F,
        0xEB, 0x34, 0x2C, 0x51, 0xEA, 0xC8, 0x48, 0xAB, 0xF2, 0x2A, 0x68, 0xA2, 0xFD, 0x3A, 0xCE, 0xCC,
        0xB5, 0x70, 0x0E, 0x56, 0x08, 0x0C, 0x76, 0x12, 0xBF, 0x72, 0x13, 0x47, 0x9C, 0xB7, 0x5D, 0x87,
        0x15, 0xA1, 0x96, 0x29, 0x10, 0x7B, 0x9A, 0xC7, 0xF3, 0x91, 0x78, 0x6F, 0x9D, 0x9E, 0xB2, 0xB1,
        0x32, 0x75, 0x19, 0x3D, 0xFF, 0x35, 0x8A, 0x7E, 0x6D, 0x54, 0xC6, 0x80, 0xC3, 0xBD, 0x0D, 0x57,
        0xDF, 0xF5, 0x24, 0xA9, 0x3E, 0xA8, 0x43, 0xC9, 0xD7, 0x79, 0xD6, 0xF6, 0x7C, 0x22, 0xB9, 0x03,
        0xE0, 0x0F, 0xEC, 0xDE, 0x7A, 0x94, 0xB0, 0xBC, 0xDC, 0xE8, 0x28, 0x50, 0x4E, 0x33, 0x0A, 0x4A,
        0xA7, 0x97, 0x60, 0x73, 0x1E, 0x00, 0x62, 0x44, 0x1A, 0xB8, 0x38, 0x82, 0x64, 0x9F, 0x26, 0x41,
        0xAD, 0x45, 0x46, 0x92, 0x27, 0x5E, 0x55, 0x2F, 0x8C, 0xA3, 0xA5, 0x7D, 0x69, 0xD5, 0x95, 0x3B,
        0x07, 0x58, 0xB3, 0x40, 0x86, 0xAC, 0x1D, 0xF7, 0x30, 0x37, 0x6B, 0xE4, 0x88, 0xD9, 0xE7, 0x89,
        0xE1, 0x1B, 0x83, 0x49, 0x4C, 0x3F, 0xF8, 0xFE, 0x8D, 0x53, 0xAA, 0x90, 0xCA, 0xD8, 0x85, 0x61,
        0x20, 0x71, 0x67, 0xA4, 0x2D, 0x2B, 0x09, 0x5B, 0xCB, 0x9B, 0x25, 0xD0, 0xBE, 0xE5, 0x6C, 0x52,
        0x59, 0xA6, 0x74, 0xD2, 0xE6, 0xF4, 0xB4, 0xC0, 0xD1, 0x66, 0xAF, 0xC2, 0x39, 0x4B, 0x63, 0xB6
        };

        // Substitution for Transposition (P) function
        private byte[] Tau={
        0, 8, 16, 24, 32, 40, 48, 56,
        1, 9, 17, 25, 33, 41, 49, 57,
        2, 10, 18, 26, 34, 42, 50, 58,
        3, 11, 19, 27, 35, 43, 51, 59,
        4, 12, 20, 28, 36, 44, 52, 60,
        5, 13, 21, 29, 37, 45, 53, 61,
        6, 14, 22, 30, 38, 46, 54, 62,
        7, 15, 23, 31, 39, 47, 55, 63
        };

        // Constant values for KeySchedule function
        private byte[][] C = {
        new byte[64]{
        0xb1,0x08,0x5b,0xda,0x1e,0xca,0xda,0xe9,0xeb,0xcb,0x2f,0x81,0xc0,0x65,0x7c,0x1f,
        0x2f,0x6a,0x76,0x43,0x2e,0x45,0xd0,0x16,0x71,0x4e,0xb8,0x8d,0x75,0x85,0xc4,0xfc,
        0x4b,0x7c,0xe0,0x91,0x92,0x67,0x69,0x01,0xa2,0x42,0x2a,0x08,0xa4,0x60,0xd3,0x15,
        0x05,0x76,0x74,0x36,0xcc,0x74,0x4d,0x23,0xdd,0x80,0x65,0x59,0xf2,0xa6,0x45,0x07
        },
        new byte[64]{
        0x6f,0xa3,0xb5,0x8a,0xa9,0x9d,0x2f,0x1a,0x4f,0xe3,0x9d,0x46,0x0f,0x70,0xb5,0xd7,
        0xf3,0xfe,0xea,0x72,0x0a,0x23,0x2b,0x98,0x61,0xd5,0x5e,0x0f,0x16,0xb5,0x01,0x31,
        0x9a,0xb5,0x17,0x6b,0x12,0xd6,0x99,0x58,0x5c,0xb5,0x61,0xc2,0xdb,0x0a,0xa7,0xca,
        0x55,0xdd,0xa2,0x1b,0xd7,0xcb,0xcd,0x56,0xe6,0x79,0x04,0x70,0x21,0xb1,0x9b,0xb7
        },
        new byte[64]{
        0xf5,0x74,0xdc,0xac,0x2b,0xce,0x2f,0xc7,0x0a,0x39,0xfc,0x28,0x6a,0x3d,0x84,0x35,
        0x06,0xf1,0x5e,0x5f,0x52,0x9c,0x1f,0x8b,0xf2,0xea,0x75,0x14,0xb1,0x29,0x7b,0x7b,
        0xd3,0xe2,0x0f,0xe4,0x90,0x35,0x9e,0xb1,0xc1,0xc9,0x3a,0x37,0x60,0x62,0xdb,0x09,
        0xc2,0xb6,0xf4,0x43,0x86,0x7a,0xdb,0x31,0x99,0x1e,0x96,0xf5,0x0a,0xba,0x0a,0xb2
        },
        new byte[64]{
        0xef,0x1f,0xdf,0xb3,0xe8,0x15,0x66,0xd2,0xf9,0x48,0xe1,0xa0,0x5d,0x71,0xe4,0xdd,
        0x48,0x8e,0x85,0x7e,0x33,0x5c,0x3c,0x7d,0x9d,0x72,0x1c,0xad,0x68,0x5e,0x35,0x3f,
        0xa9,0xd7,0x2c,0x82,0xed,0x03,0xd6,0x75,0xd8,0xb7,0x13,0x33,0x93,0x52,0x03,0xbe,
        0x34,0x53,0xea,0xa1,0x93,0xe8,0x37,0xf1,0x22,0x0c,0xbe,0xbc,0x84,0xe3,0xd1,0x2e
        },
        new byte[64]{
        0x4b,0xea,0x6b,0xac,0xad,0x47,0x47,0x99,0x9a,0x3f,0x41,0x0c,0x6c,0xa9,0x23,0x63,
        0x7f,0x15,0x1c,0x1f,0x16,0x86,0x10,0x4a,0x35,0x9e,0x35,0xd7,0x80,0x0f,0xff,0xbd,
        0xbf,0xcd,0x17,0x47,0x25,0x3a,0xf5,0xa3,0xdf,0xff,0x00,0xb7,0x23,0x27,0x1a,0x16,
        0x7a,0x56,0xa2,0x7e,0xa9,0xea,0x63,0xf5,0x60,0x17,0x58,0xfd,0x7c,0x6c,0xfe,0x57
        },
        new byte[64]{
        0xae,0x4f,0xae,0xae,0x1d,0x3a,0xd3,0xd9,0x6f,0xa4,0xc3,0x3b,0x7a,0x30,0x39,0xc0,
        0x2d,0x66,0xc4,0xf9,0x51,0x42,0xa4,0x6c,0x18,0x7f,0x9a,0xb4,0x9a,0xf0,0x8e,0xc6,
        0xcf,0xfa,0xa6,0xb7,0x1c,0x9a,0xb7,0xb4,0x0a,0xf2,0x1f,0x66,0xc2,0xbe,0xc6,0xb6,
        0xbf,0x71,0xc5,0x72,0x36,0x90,0x4f,0x35,0xfa,0x68,0x40,0x7a,0x46,0x64,0x7d,0x6e
        },
        new byte[64]{
        0xf4,0xc7,0x0e,0x16,0xee,0xaa,0xc5,0xec,0x51,0xac,0x86,0xfe,0xbf,0x24,0x09,0x54,
        0x39,0x9e,0xc6,0xc7,0xe6,0xbf,0x87,0xc9,0xd3,0x47,0x3e,0x33,0x19,0x7a,0x93,0xc9,
        0x09,0x92,0xab,0xc5,0x2d,0x82,0x2c,0x37,0x06,0x47,0x69,0x83,0x28,0x4a,0x05,0x04,
        0x35,0x17,0x45,0x4c,0xa2,0x3c,0x4a,0xf3,0x88,0x86,0x56,0x4d,0x3a,0x14,0xd4,0x93
        },
        new byte[64]{
        0x9b,0x1f,0x5b,0x42,0x4d,0x93,0xc9,0xa7,0x03,0xe7,0xaa,0x02,0x0c,0x6e,0x41,0x41,
        0x4e,0xb7,0xf8,0x71,0x9c,0x36,0xde,0x1e,0x89,0xb4,0x44,0x3b,0x4d,0xdb,0xc4,0x9a,
        0xf4,0x89,0x2b,0xcb,0x92,0x9b,0x06,0x90,0x69,0xd1,0x8d,0x2b,0xd1,0xa5,0xc4,0x2f,
        0x36,0xac,0xc2,0x35,0x59,0x51,0xa8,0xd9,0xa4,0x7f,0x0d,0xd4,0xbf,0x02,0xe7,0x1e
        },
        new byte[64]{
        0x37,0x8f,0x5a,0x54,0x16,0x31,0x22,0x9b,0x94,0x4c,0x9a,0xd8,0xec,0x16,0x5f,0xde,
        0x3a,0x7d,0x3a,0x1b,0x25,0x89,0x42,0x24,0x3c,0xd9,0x55,0xb7,0xe0,0x0d,0x09,0x84,
        0x80,0x0a,0x44,0x0b,0xdb,0xb2,0xce,0xb1,0x7b,0x2b,0x8a,0x9a,0xa6,0x07,0x9c,0x54,
        0x0e,0x38,0xdc,0x92,0xcb,0x1f,0x2a,0x60,0x72,0x61,0x44,0x51,0x83,0x23,0x5a,0xdb
        },
        new byte[64]{
        0xab,0xbe,0xde,0xa6,0x80,0x05,0x6f,0x52,0x38,0x2a,0xe5,0x48,0xb2,0xe4,0xf3,0xf3,
        0x89,0x41,0xe7,0x1c,0xff,0x8a,0x78,0xdb,0x1f,0xff,0xe1,0x8a,0x1b,0x33,0x61,0x03,
        0x9f,0xe7,0x67,0x02,0xaf,0x69,0x33,0x4b,0x7a,0x1e,0x6c,0x30,0x3b,0x76,0x52,0xf4,
        0x36,0x98,0xfa,0xd1,0x15,0x3b,0xb6,0xc3,0x74,0xb4,0xc7,0xfb,0x98,0x45,0x9c,0xed
        },
        new byte[64]{
        0x7b,0xcd,0x9e,0xd0,0xef,0xc8,0x89,0xfb,0x30,0x02,0xc6,0xcd,0x63,0x5a,0xfe,0x94,
        0xd8,0xfa,0x6b,0xbb,0xeb,0xab,0x07,0x61,0x20,0x01,0x80,0x21,0x14,0x84,0x66,0x79,
        0x8a,0x1d,0x71,0xef,0xea,0x48,0xb9,0xca,0xef,0xba,0xcd,0x1d,0x7d,0x47,0x6e,0x98,
        0xde,0xa2,0x59,0x4a,0xc0,0x6f,0xd8,0x5d,0x6b,0xca,0xa4,0xcd,0x81,0xf3,0x2d,0x1b
        },
        new byte[64]{
        0x37,0x8e,0xe7,0x67,0xf1,0x16,0x31,0xba,0xd2,0x13,0x80,0xb0,0x04,0x49,0xb1,0x7a,
        0xcd,0xa4,0x3c,0x32,0xbc,0xdf,0x1d,0x77,0xf8,0x20,0x12,0xd4,0x30,0x21,0x9f,0x9b,
        0x5d,0x80,0xef,0x9d,0x18,0x91,0xcc,0x86,0xe7,0x1d,0xa4,0xaa,0x88,0xe1,0x28,0x52,
        0xfa,0xf4,0x17,0xd5,0xd9,0xb2,0x1b,0x99,0x48,0xbc,0x92,0x4a,0xf1,0x1b,0xd7,0x20
        }
        };

        private byte[] iv =new byte[64];

        private byte[] N =new byte[64];

        private byte[] Sigma = new byte[64];

        public int outLen = 0;

        public GOST(int outputLenght)
        {
            if (outputLenght == 512)
            {
                for (int i = 0; i < 64; i++)
                {
                    N[i] = 0x00;
                    Sigma[i] = 0x00;
                    iv[i] = 0x00;
                }
                outLen = 512;
            }
            else if (outputLenght == 256)
            {
                for (int i = 0; i < 64; i++)
                {
                    N[i] = 0x00;
                    Sigma[i] = 0x00;
                    iv[i] = 0x01;
                }
                outLen = 256;
            }
        }

        private byte[] AddModulo512(byte[] a, byte[] b)
        {
            byte[] temp = new byte[64];
            int i = 0, t = 0;
            byte[] tempA = new byte[64];
            byte[] tempB = new byte[64];
            Array.Copy(a, 0, tempA, 64 - a.Length, a.Length);
            Array.Copy(b, 0, tempB, 64 - b.Length, b.Length);
            for (i = 63; i >= 0; i--)
            {
                t = tempA[i] + tempB[i] + (t >> 8);
                temp[i] = (byte)(t & 0xFF);
            }
            return temp;
        }

        private byte[] AddXor512(byte[] a, byte[] b)
        {
            byte[] c = new byte[64];
            for (int i = 0; i < 64; i++)
                c[i] = (byte)(a[i] ^ b[i]);
            return c;
        }

        private byte[] S(byte[] state)
        {
            byte[] result = new byte[64];
            for (int i = 0; i < 64; i++)
                result[i] = Sbox[state[i]];
            return result;
        }

        private byte[] P(byte[] state)
        {
            byte[] result = new byte[64];
            for (int i = 0; i < 64; i++)
            {
                result[i] = state[Tau[i]];
            }
            return result;
        }

        private byte[] L(byte[] state)
        {
            byte[] result = new byte[64];            
            for (int i = 0; i < 8; i++)
            {
                ulong t = 0;
                byte[] tempArray = new byte[8];
                Array.Copy(state, i * 8, tempArray, 0, 8);
                tempArray = tempArray.Reverse().ToArray();
                BitArray tempBits1 = new BitArray(tempArray);
                bool[] tempBits=new bool[64];
                tempBits1.CopyTo(tempBits, 0);
                tempBits=tempBits.Reverse().ToArray();
                for (int j = 0; j < 64; j++)
                {
                    if (tempBits[j] != false)
                        t = t ^ A[j];
                }
                byte[] ResPart = BitConverter.GetBytes(t).Reverse().ToArray();
                Array.Copy(ResPart, 0, result, i * 8, 8);
            }
            return result;
        }

        private byte[] KeySchedule(byte[] K, int i)
        {
            K=AddXor512(K, C[i]);
            K = S(K);
            K = P(K);
            K = L(K);
            return K;
        }

        private byte[] E(byte[] K, byte[] m)
        {
            byte[] state = AddXor512(K, m);
            for (int i = 0; i < 12; i++)
            {
                state=S(state);
                state = P(state);
                state = L(state);                
                K=KeySchedule(K, i);
                state = AddXor512(state, K);
            }
            return state;
        }

        private byte[] G_n(byte[] N, byte[] h, byte[] m)
        {
            byte[] K = AddXor512(h, N);
            K=S(K);
            K=P(K);
            K=L(K);
            byte[] t= E(K, m);
            t=AddXor512(t, h);
            byte[] newh = AddXor512(t, m);
            return newh;
        }

        public byte[] GetHash(byte[] message)
        {
            byte[] paddedMes=new byte[64];
            int len = message.Length * 8;
            byte[] h = new byte[64];
            Array.Copy(iv, h, 64);
            byte[] N_0 ={
            0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,
            0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,
            0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,
            0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00
            };
            if (outLen == 512)
            {
                for (int i = 0; i < 64; i++)
                {
                    N[i] = 0x00;
                    Sigma[i] = 0x00;
                    iv[i] = 0x00;
                }                
            }
            else if (outLen == 256)
            {
                for (int i = 0; i < 64; i++)
                {
                    N[i] = 0x00;
                    Sigma[i] = 0x00;
                    iv[i] = 0x01;
                }                
            }
            byte[] N_512 = BitConverter.GetBytes(512);
            int inc = 0;
            while (len >= 512)
            {
                inc++;
                byte[] tempMes = new byte[64];
                Array.Copy(message, message.Length - inc*64, tempMes, 0, 64);                
                h=G_n(N, h, tempMes);
                N = AddModulo512(N, N_512.Reverse().ToArray());
                Sigma=AddModulo512(Sigma, tempMes);
                len -= 512;                
            }
            byte[] message1 = new byte[message.Length - inc * 64];
            Array.Copy(message, 0, message1, 0, message.Length - inc * 64);
            if (message1.Length < 64)
            {
                for (int i = 0; i < (64 - message1.Length - 1); i++)
                {
                    paddedMes[i] = 0;
                }
                paddedMes[64 - message1.Length - 1] = 0x01;
                Array.Copy(message1, 0, paddedMes, 64 - message1.Length, message1.Length);
            }            
            h=G_n(N, h, paddedMes);
            byte[] MesLen = BitConverter.GetBytes(message1.Length * 8);
            N = AddModulo512(N, MesLen.Reverse().ToArray());
            Sigma = AddModulo512(Sigma, paddedMes);            
            h = G_n(N_0, h, N);
            h = G_n(N_0, h, Sigma);
            if (outLen == 512)
                return h;
            else
            {
                byte[] h256 = new byte[32];
                Array.Copy(h, 0, h256, 0, 32);
                return h256;
            }
        }
    }


Контрольный пример


Вычислим хеш-функцию для массива данных:
0x32,0x31,0x30,0x39,0x38,0x37,0x36,0x35,0x34,0x33,0x32,0x31,0x30,0x39,0x38,0x37,
0x36,0x35,0x34,0x33,0x32,0x31,0x30,0x39,0x38,0x37,0x36,0x35,0x34,0x33,0x32,0x31,
0x30,0x39,0x38,0x37,0x36,0x35,0x34,0x33,0x32,0x31,0x30,0x39,0x38,0x37,0x36,0x35,
0x34,0x33,0x32,0x31,0x30,0x39,0x38,0x37,0x36,0x35,0x34,0x33,0x32,0x31,0x30


Для этого воспользуемся процедурой:
private void ComputeHash()
        {
            GOST G = new GOST(256);
            GOST G512 = new GOST(512);
            byte[] message={
                                0x32,0x31,0x30,0x39,0x38,0x37,0x36,0x35,0x34,0x33,0x32,0x31,0x30,0x39,0x38,0x37,
                                0x36,0x35,0x34,0x33,0x32,0x31,0x30,0x39,0x38,0x37,0x36,0x35,0x34,0x33,0x32,0x31,
                                0x30,0x39,0x38,0x37,0x36,0x35,0x34,0x33,0x32,0x31,0x30,0x39,0x38,0x37,0x36,0x35,
                                0x34,0x33,0x32,0x31,0x30,0x39,0x38,0x37,0x36,0x35,0x34,0x33,0x32,0x31,0x30};          
            byte[] res = G.GetHash(message);
            byte[] res2 = G512.GetHash(message);            
            string h256 = BitConverter.ToString(res);
            string h512 = BitConverter.ToString(res2);
        }

В результате получим значения:

h256=00-55-7B-E5-E5-84-FD-52-A4-49-B1-6B-02-51-D0-5D-27-F9-4A-B7-6C-BA-A6-DA-89-0B-59-D8-EF-1E-15-9D

h512=48-6F-64-C1-91-78-79-41-7F-EF-08-2B-33-81-A4-E2-11-C3-24-F0-74-65-4C-38-82-3A-7B-76-F8-30-AD-00-FA-1F-BA-E4-2B-12-85-C0-35-2F-22-75-24-BC-9A-B1-62-54-28-8D-D6-86-3D-CC-D5-B9-F5-4A-1A-D0-54-1B

Ссылки


  1. Полное описание стандарта вы можете скачать отсюда.
  2. Сравнение старого и нового стандартов.
  3. Разобраться с алгоритмом мне очень помогла реализация пользователя okazymyrov на языке С, доступная здесь.
  4. Реализация на assembler, пользователя omegicus
Проголосовать:
+65
Сохранить: