Iteraatioon perustuvia tietoturvaheikkouksia moderneissa hash-funktioissa

Kryptografinen hash-funktio on yksisuuntainen funktio, joka tuottaa viestistä määrämittaisen tiivisteen, eli hash-arvon. Tämä määritelmä tarkoittaa sitä, että hash-funktion käyttäjän tulisi olla helppoa syöttää funktioon viesti ja saada sitä vastaava hash-arvo, mutta vaikeaa löytää satunnaisesti valittua hash-arvoa vastaava viesti. Nykymuotoisen internetin turvallisen käytön edellytys on, että meillä on käytössämme turvallisia kryptografisia hash-funktioita. Ilman niitä esimerkiksi salasanojen säilöminen tai henkilöllisyyden vahvistaminen verkossa on nykymuodossa mahdotonta.

Hash-funktioita hyödynnetään usein olosuhteissa, joissa ei ole aikaa odottaa koko viestin valmistumista. Niin kutsuttu Merkle-Damgård-rakenne lukee viestin sisään viestiblokki kerrallaan ja käyttää tiivistefunktiota, joka liittää hash-arvoon ja viestiblokkiin uuden hash-arvon. Tämä iteratiivinen rakenne saa kuitenkin aikaan joitakin turvallisuuden kannalta vaarallisia ominaisuuksia. Se on osoitettu haavoittuvaksi esimerkiksi Joux’n monitörmäyshyökkäykselle, timanttirakenteita hyödyntävälle paimennushyökkäykselle ja Troijan viesti -hyökkäykselle.

Väitöskirjan pääasiallinen tutkimusaihe on Merkle-Damgård-rakenteen aiheuttamat puutteet tietoturvassa. Tässä työssä esitetään uusi versio Joux’n monitörmäyshyökkäyksestä, luodaan uusi aikaa säästävä algoritmi timanttirakenteiden kehittämiseksi ja kaksi uutta tehokasta versiota Troijan viesti -hyökkäyksestä.

Väitöskirjan tärkein kontribuutio on yleistettyjen iteratiivisten hash-funktioiden turvallisuuden analysointi. Sanojen kombinatorisia ominaisuuksia tutkitaan uudesta näkökulmasta, jonka pohjalta kehitettyjä tuloksia soveltamalla luodaan uusi yläraja niin kutsuttujen q-rajoitettujen yleistettyjen iteratiivisten hash-funktioiden monitörmäyshyökkäysten kompleksisuudelle.