Keccak Hash算法是什麼？

Keccak被選為SHA-3，在以太坊中用作Keccak-256，以表彰其在區塊鏈應用中的高安全性和效率。

2025/04/10 21:49

Keccak Hash算法是一種加密哈希功能，被選為NIST HASH功能競爭的贏家，最終成為SHA-3標準。它旨在提供高水平的安全性和效率，使其成為各種應用程序（包括加密貨幣生態系統）的流行選擇。在本文中，我們將深入研究Keccak Hash算法的細節，其結構及其在加密貨幣世界中的重要性。

Keccak的起源和發展

Keccak Hash算法是由來自比利時和法國的一組密碼學家，即Guido Bertoni，Joan Daemen，MichaëlPeeters和Gilles Van Assche開發的。該算法於2008年首次引入，並於2008年提交了NIST Hash功能競賽。在嚴格的測試和評估之後，Keccak於2012年被選為贏家，並於2015年被標準化為SHA-3。

Keccak的發展是由新的加密哈希功能的需要驅動的，該功能可以解決SHA-1和MD5等現有算法中發現的漏洞。 Keccak的設計師旨在創建一個不僅安全的功能，而且還可以在廣泛的應用中使用，而且能夠使用高效且通用。

Keccak的結構和功能

Keccak哈希算法在海綿結構上運行，這是用於構建加密哈希功能的多功能框架。海綿結構由兩個階段組成：吸收階段和擠壓階段。在吸收階段，輸入消息被分解為固定尺寸的塊，並通過Keccak-F置換函數處理。在擠壓階段，通過反复應用Keccak-F功能並提取狀態的部分來生成輸出。

Keccak算法的核心是Keccak-F排序函數，該功能在5x5車道的狀態陣列上運行，每個車道都由64位單詞組成。狀態陣列通過一系列的回合進行了轉換，每個巡迴賽由五個步驟組成：theta，rho，pi，chi和iota。這些步驟旨在混合和擴散狀態陣列的位，以確保輸出非常不可預測且對攻擊具有抵抗力。

凱卡克（Keccak）在加密貨幣中

Keccak Hash算法在加密貨幣世界中發現了大量使用，尤其是在以太坊中。以太坊使用Keccak的修改版本（稱為Keccak-256）作為各種目的的主要哈希功能，包括交易驗證和智能合約執行。 Keccak-256的選擇是由其高安全性和效率驅動的，非常適合區塊鏈技術的苛刻要求。

除了以太坊外，其他加密貨幣和區塊鏈項目還針對其加密需求採用了Keccak或其變體。 Keccak算法的多功能性和魯棒性使其成為希望建立安全有效系統的開發人員的吸引人選擇。

Keccak的安全功能

Keccak Hash算法的關鍵優勢之一是其高度安全性。 Keccak已經過密碼社區進行了廣泛的分析和測試，它表現出對各種類型攻擊的強烈抵抗，包括碰撞攻擊，預印象攻擊和第二次預印象攻擊。

Keccak的海綿結構允許在安全參數方面具有高度的靈活性。通過調整海綿的容量和速度，開發人員可以定制哈希功能的安全級別以滿足特定要求。這種靈活性使Keccak適用於從輕巧設備到高安全性系統的廣泛應用。

Keccak的實施和績效

由於其簡單有效的設計，實施Keccak Hash算法相對簡單。許多編程語言和加密庫為Keccak提供了內置的支持，使開發人員可以輕鬆地將算法集成到其應用程序中。

在性能方面，Keccak在各種硬件平台上都非常有效，從嵌入式系統到高性能服務器。該算法的效率是由於其低門數和並行化的能力，從而可以快速處理大量數據。

要以Python等編程語言實現Keccak，您可以使用以下步驟：

• 安裝所需的庫：您可以使用pycryptodome庫，該庫提供了Keccak的實現。使用PIP安裝它：

   pip install pycryptodome

• 導入必要的模塊：在您的Python腳本中，從Crypto.Hash模塊導入SHA3_256類：

   from Crypto.Hash import SHA3_256

• 創建一個新的哈希對象：使用SHA3_256.new()方法初始化一個新的哈希對象：

   hash_object = SHA3_256.new()

• 使用您的數據更新哈希對象：使用update()方法將數據添加到哈希對像中。如果您的數據很大，則可以在塊中進行此操作：

   data = b'Hello, Keccak!'
   hash_object.update(data)

• 獲取摘要：最後，使用digest()方法將哈希值作為字節對像或hexdigest()方法獲取作為十六進製字符串：

   digest = hash_object.digest()
   hexdigest = hash_object.hexdigest()
   print(f'Hash digest: {digest}')
   print(f'Hash hexdigest: {hexdigest}')

這個簡單的示例演示瞭如何在Python中使用Keccak-256，展示了其易於實現和使用。

Keccak變體和應用

Keccak哈希算法有幾種變體，每個變體都為不同的用例和安全級別設計。最常用的變體是Keccak-224，Keccak-256，Keccak-384和Keccak-512，它們對應於不同的輸出尺寸和安全級別。

除了在加密貨幣中使用外，Keccak還在其他各個領域中找到了應用程序，包括數字簽名，密碼哈希和隨機數。它的多功能性和強大的安全屬性使其成為開發人員和密碼學家的寶貴工具。

常見問題

問：Keccak與SHA-2等其他哈希功能相比如何？

答：Keccak作為SHA-3的基礎，旨在解決SHA-2和其他現有哈希功能中的潛在漏洞。儘管SHA-2仍被廣泛使用並被視為安全，但Keccak通過其海綿結構提供了其他安全功能和靈活性。 Keccak的設計允許輕鬆自定義安全參數，使其適用於更廣泛的應用程序。

問：Keccak可以用於密碼哈希嗎？

答：是的，keccak可以用於密碼哈希，儘管通常與諸如argon2或pbkdf2之類的密鑰推導函數一起使用，以添加其他安全功能，例如內存硬度和緩慢的計算。 Keccak的高安全性和效率使其成為密碼哈希方案的基礎哈希功能的理想選擇。

問：Keccak對量子計算攻擊有抵抗力嗎？

答：Keccak與其他加密哈希功能一樣，並非專門設計用於抗量子計算攻擊。但是，與簡單的哈希功能相比，它的海綿結構及其內部操作的複雜性使量子計算機破裂更具挑戰性。量子後密碼學的持續研究可能會導致Keccak的新變體，這些變體對量子攻擊具有更耐藥性。

問：如何使用keccak驗證文件的完整性？

答：要使用Keccak驗證文件的完整性，您可以按照以下步驟操作：

• 生成文件的哈希：使用支持keccak生成文件哈希的工具或庫。例如，在Python中：

   from Crypto.Hash import SHA3_256使用打開（'file_to_hash.txt'，'rb'）作為文件：
  
  
  
  
  hash_object = SHA3_256.new() while chunk := file.read(8192): hash_object.update(chunk) file_hash = hash_object.hexdigest()

• 存儲哈希：將生成的哈希保存在安全的位置。

• 驗證文件：當您需要驗證文件時，使用相同的方法生成文件的新哈希，並將其與存儲的哈希進行比較。如果哈希匹配，則該文件尚未更改。

此過程確保文件的任何更改都會導致不同的哈希，從而可以檢測篡改或損壞。