密码学学习笔记(十四)：SHA-3 & Sponge Construction - 海绵结构

**密码学学习笔记（十四）：SHA-3 & Sponge Construction**

在前面的章节中，我们已经讨论了哈希函数的基本概念、MD5和SHA-1算法等。今天我们要讲的是SHA-3算法及其构造原理——海绵结构。

**什么是SHA-3算法？**

SHA-3（Secure Hash Algorithm3）是一种由美国国家标准与技术研究所（NIST）于2015年推出的哈希函数算法。它的设计目的是取代SHA-1和MD5等已知有安全漏洞的算法。

**什么是海绵结构？**

海绵结构（Sponge Construction）是一种构造哈希函数的方法，首先由J. Patarin在2004年提出。这种方法通过将输入数据分成多个块，并对每个块进行特定操作，然后将这些块组合起来得到最终结果。

**SHA-3算法的构造原理**

SHA-3算法使用海绵结构来构造哈希函数。其基本流程如下：

1. **预处理**:首先，对输入数据进行预处理，包括填充和分割等步骤。
2. **海绵结构**:将预处理后的数据块按照特定规则排列，然后对每个块进行特定的操作（如压缩、混淆等）。
3. **组合**:将所有块的结果组合起来得到最终哈希值。

**SHA-3算法的具体实现**

下面是SHA-3算法的一个简单实现示例（注意，这是一个伪代码，实际实现可能会有所不同）。

import hashlibdef sha3(input_data):
 # 预处理 input_data = input_data.encode('utf-8')
 block_size =1024 # 块大小 num_blocks = (len(input_data) + block_size -1) // block_size # 块数 # 海绵结构 for i in range(num_blocks):
 block = input_data[i * block_size:(i +1) * block_size]
 # 对每个块进行特定操作（如压缩、混淆等）
 block = compress(block)
 block = mix(block)

 # 组合 final_hash = ''
 for i in range(num_blocks):
 block = input_data[i * block_size:(i +1) * block_size]
 final_hash += hash_block(block)

 return final_hashdef compress(data):
 # 对数据块进行压缩操作（如哈希函数等）
 return hashlib.sha256(data).hexdigest()

def mix(data):
 # 对数据块进行混淆操作（如加密等）
 return data[::-1]

def hash_block(block):
 # 对每个块的结果进行组合 return hashlib.sha256(block).hexdigest()