xref: /linux/Documentation/translations/zh_CN/security/siphash.rst (revision 1260ed77798502de9c98020040d2995008de10cc)

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.. include:: ../disclaimer-zh_CN.rst
:Original: Documentation/security/siphash.rst

:翻译:

 张巍 zhangwei <zhangwei@cqsoftware.com.cn>

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SipHash - 一种短输入伪随机函数（PRF）
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：作者: Jason A.Donenfeld <jason@zx2c4.com>

SipHash是一种加密安全的伪随机函数，即一种用于生成伪随机密钥的哈
希函数，因为其在处理短输入时表现出色，因此得名。其由密码学家
Daniel J. Bernstein和Jean-Philippe Aumasson设计。目的主要是替
代其他哈希函数，例如：jhash，md5_transform，sha1_transform等。

SipHash采用一个完全由随机数生成的密钥，以及一个输入缓冲区或者
多个输入整数，它输出一个与随机数难以区分的整数，你可以将它作
为安全序列、安全cookies的一部分，或者对其进行掩码处理，以便在
哈希表中使用。

生成密钥
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密钥应来源于加密安全的随机数生成，要么使用get random bytes
要么使用get random once::

        siphash_key_t key;
        get_random_bytes(&key, sizeof(key));

如果你的密钥来源不是这两个，那么你的做法是错的。

使用函数
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这个函数有两个变种，一种是接受整数列表，另一种是接受缓冲区::

        u64 siphash(const void *data, size_t len, const siphash_key_t *key);

和::

        u64 siphash_1u64(u64, const siphash_key_t *key);
        u64 siphash_2u64(u64, u64, const siphash_key_t *key);
        u64 siphash_3u64(u64, u64, u64, const siphash_key_t *key);
        u64 siphash_4u64(u64, u64, u64, u64, const siphash_key_t *key);
        u64 siphash_1u32(u32, const siphash_key_t *key);
        u64 siphash_2u32(u32, u32, const siphash_key_t *key);
        u64 siphash_3u32(u32, u32, u32, const siphash_key_t *key);
        u64 siphash_4u32(u32, u32, u32, u32, const siphash_key_t *key);

如果向一个通用的hsiphash函数传递一个恒定长度的常量，他将
在编译的时候将常量折叠，并自动选择一个优化后的函数。

哈希表键函数的用法::

        struct some_hashtable {
                DECLARE_HASHTABLE(hashtable, 8);
                siphash_key_t key;
        };

        void init_hashtable(struct some_hashtable *table)
        {
                get_random_bytes(&table->key, sizeof(table->key));
        }

        static inline hlist_head *some_hashtable_bucket(struct some_hashtable *table, struct interesting_input *input)
        {
                return &table->hashtable[siphash(input, sizeof(*input), &table->key) & (HASH_SIZE(table->hashtable) - 1)];
        }

然后，你可以像往常一样对返回的哈希存储桶进行迭代。

安全性
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SipHash有着非常高的安全性,因为其有128位的密钥。只要密钥是保密的，
即使攻击者看到多个输出，也无法猜测出函数的正确输出，因为2^128次
方个输出是非常庞大的。

Linux实现了SipHash的“2-4”变体

Struct-passing陷阱
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通常情况下，XuY函数的输出长度不够大，因此你可能需要传递一个预填充
的结构体给SipHash，在这样做时，务必确保结构体没有填充空隙，最简单
的方法就是将结构体的成员按照大小降序的方式排序，并且使用offsetofend()
函数代替sizeof()来获取结构体大小，出于性能的考虑，如果可以的话，最
好将结构体按右边界对齐，示例如下::

        const struct {
                struct in6_addr saddr;
                u32 counter;
                u16 dport;
        } __aligned(SIPHASH_ALIGNMENT) combined = {
                .saddr = *(struct in6_addr *)saddr,
                .counter = counter,
                .dport = dport
        };
        u64 h = siphash(&combined, offsetofend(typeof(combined), dport), &secret);

资源
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如果你有兴趣了解更多信息，请阅读SipHash论文:
https://131002.net/siphash/siphash.pdf

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HalfSipHash 是 SipHash 的一个较不安全的变种
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：作者: Jason A.Donenfeld <jason@zx2c4.com>

如果你认为SipHash的速度不够快，无法满足你的需求，那么你可以
使用HalfSipHash，这是一种令人担忧但是有用的选择。HalfSipHash
将SipHash的轮数从“2-4”降低到“1-3”，更令人担心的是，它使用一
个容易被穷举攻击的64位密钥(输出为32位)，而不是SipHash的128位
密钥，不过，这对于要求高性能“jhash”用户来说这是比较好的选择。

HalfSipHash是通过 "hsiphash" 系列函数提供的。

.. warning::
   绝对不要在作为哈希表键函数之外使用hsiphash函数，只有在你
   能完全能确定输出永远不会从内核传输出去的情况下才能使用，
   作为缓解哈希表泛洪拒绝服务攻击的一种手段，它仅在某些情况
   下比jhash好用。

在64位的内核中，hsiphash函数实际上实现的是SipHash-1-3，这是一
种减少轮数的SipHash变形，而不是HalfSipHash-1-3。这是因为在64位
代码中SipHash-1-3的性能与HalfSipHash-1-3相当，甚至可能更快，请
注意，这并不意味这在64位的内核中，hsihpash函数与siphash函数相
同，也不意味着他们是安全的；hsihash函数仍然使用一种不太安全的
减少轮数的算法，并将输出截断为32位。

生成哈希密钥
============

密钥应始终来源于加密安全的随机数生成，要么使用get random bytes
要么使用get random once::

        hsiphash_key_t key;
        get_random_bytes(&key, sizeof(key));

如果你的钥匙来源不是这两个，那么你的做法是错的。

使用哈希函数
============

这个函数有两种变体，一个是接受整数列表，另一种是接受缓冲区::

        u32 hsiphash(const void *data, size_t len, const hsiphash_key_t *key);

和::

        u32 hsiphash_1u32(u32, const hsiphash_key_t *key);
        u32 hsiphash_2u32(u32, u32, const hsiphash_key_t *key);
        u32 hsiphash_3u32(u32, u32, u32, const hsiphash_key_t *key);
        u32 hsiphash_4u32(u32, u32, u32, u32, const hsiphash_key_t *key);

如果向一个通用的hsiphash函数传递一个恒定长度的常量，他将在编译
的时候将常量折叠，并自动选择一个优化后的函数。

哈希表键函数的用法
==================

::

        struct some_hashtable {
                DECLARE_HASHTABLE(hashtable, 8);
                hsiphash_key_t key;
        };

        void init_hashtable(struct some_hashtable *table)
        {
                get_random_bytes(&table->key, sizeof(table->key));
        }

        static inline hlist_head *some_hashtable_bucket(struct some_hashtable *table, struct interesting_input *input)
        {
                return &table->hashtable[hsiphash(input, sizeof(*input), &table->key) & (HASH_SIZE(table->hashtable) - 1)];
        }

然后，你可以像往常一样对返回的哈希存储桶进行迭代。

性能
====

hsiphash()大约比jhash()慢三倍，这是因为有许多替换，不过这些都不是问题，
因为哈希表查找不是瓶颈。而且，这些牺牲是为了hsiphash()的安全性和DoS抗
性，这是值得的。