1.. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
2.. include:: ../disclaimer-zh_CN.rst
3:Original: Documentation/security/siphash.rst
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5:翻译:
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7 张巍 zhangwei <[email protected]>
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10SipHash - 一种短输入伪随机函数（PRF）
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13：作者: Jason A.Donenfeld <[email protected]>
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15SipHash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
16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
17Daniel J. Bernstein和Jean-Philippe Aumasson设计。目的主要是替
18代其他哈希函数，例如：jhash，md5_transform，sha1_transform等。
19
20SipHash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
21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
22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
23哈希表中使用。
24
25生成密钥
26========
27
28密钥应来源于加密安全的随机数生成，要么使用get random bytes
29要么使用get random once::
30
31        siphash_key_t key;
32        get_random_bytes(&key, sizeof(key));
33
34如果你的密钥来源不是这两个，那么你的做法是错的。
35
36使用函数
37========
38
39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::
40
41        u64 siphash(const void *data, size_t len, const siphash_key_t *key);
42
43和::
44
45        u64 siphash_1u64(u64, const siphash_key_t *key);
46        u64 siphash_2u64(u64, u64, const siphash_key_t *key);
47        u64 siphash_3u64(u64, u64, u64, const siphash_key_t *key);
48        u64 siphash_4u64(u64, u64, u64, u64, const siphash_key_t *key);
49        u64 siphash_1u32(u32, const siphash_key_t *key);
50        u64 siphash_2u32(u32, u32, const siphash_key_t *key);
51        u64 siphash_3u32(u32, u32, u32, const siphash_key_t *key);
52        u64 siphash_4u32(u32, u32, u32, u32, const siphash_key_t *key);
53
54如果向一个通用的hsiphash函数传递一个恒定长度的常量，他将
55在编译的时候将常量折叠，并自动选择一个优化后的函数。
56
57哈希表键函数的用法::
58
59        struct some_hashtable {
60                DECLARE_HASHTABLE(hashtable, 8);
61                siphash_key_t key;
62        };
63
64        void init_hashtable(struct some_hashtable *table)
65        {
66                get_random_bytes(&table->key, sizeof(table->key));
67        }
68
69        static inline hlist_head *some_hashtable_bucket(struct some_hashtable *table, struct interesting_input *input)
70        {
71                return &table->hashtable[siphash(input, sizeof(*input), &table->key) & (HASH_SIZE(table->hashtable) - 1)];
72        }
73
74然后，你可以像往常一样对返回的哈希存储桶进行迭代。
75
76安全性
77======
78
79SipHash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，
80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
81方个输出是非常庞大的。
82
83Linux实现了SipHash的“2-4”变体
84
85Struct-passing陷阱
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87
88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
89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
90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()
91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
92好将结构体按右边界对齐，示例如下::
93
94        const struct {
95                struct in6_addr saddr;
96                u32 counter;
97                u16 dport;
98        } __aligned(SIPHASH_ALIGNMENT) combined = {
99                .saddr = *(struct in6_addr *)saddr,
100                .counter = counter,
101                .dport = dport
102        };
103        u64 h = siphash(&combined, offsetofend(typeof(combined), dport), &secret);
104
105资源
106====
107
108如果你有兴趣了解更多信息，请阅读SipHash论文:
109https://131002.net/siphash/siphash.pdf
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112
113===========================================
114HalfSipHash 是 SipHash 的一个较不安全的变种
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116
117：作者: Jason A.Donenfeld <[email protected]>
118
119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
120使用HalfSipHash，这是一种令人担忧但是有用的选择。HalfSipHash
121将SipHash的轮数从“2-4”降低到“1-3”，更令人担心的是，它使用一
122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
123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。
124
125HalfSipHash是通过 "hsiphash" 系列函数提供的。
126
127.. warning::
128   绝对不要在作为哈希表键函数之外使用hsiphash函数，只有在你
129   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，
130   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
131   下比jhash好用。
132
133在64位的内核中，hsiphash函数实际上实现的是SipHash-1-3，这是一
134种减少轮数的SipHash变形，而不是HalfSipHash-1-3。这是因为在64位
135代码中SipHash-1-3的性能与HalfSipHash-1-3相当，甚至可能更快，请
136注意，这并不意味这在64位的内核中，hsihpash函数与siphash函数相
137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
138减少轮数的算法，并将输出截断为32位。
139
140生成哈希密钥
141============
142
143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
144要么使用get random once::
145
146        hsiphash_key_t key;
147        get_random_bytes(&key, sizeof(key));
148
149如果你的钥匙来源不是这两个，那么你的做法是错的。
150
151使用哈希函数
152============
153
154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::
155
156        u32 hsiphash(const void *data, size_t len, const hsiphash_key_t *key);
157
158和::
159
160        u32 hsiphash_1u32(u32, const hsiphash_key_t *key);
161        u32 hsiphash_2u32(u32, u32, const hsiphash_key_t *key);
162        u32 hsiphash_3u32(u32, u32, u32, const hsiphash_key_t *key);
163        u32 hsiphash_4u32(u32, u32, u32, u32, const hsiphash_key_t *key);
164
165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
166的时候将常量折叠，并自动选择一个优化后的函数。
167
168哈希表键函数的用法
169==================
170
171::
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173        struct some_hashtable {
174                DECLARE_HASHTABLE(hashtable, 8);
175                hsiphash_key_t key;
176        };
177
178        void init_hashtable(struct some_hashtable *table)
179        {
180                get_random_bytes(&table->key, sizeof(table->key));
181        }
182
183        static inline hlist_head *some_hashtable_bucket(struct some_hashtable *table, struct interesting_input *input)
184        {
185                return &table->hashtable[hsiphash(input, sizeof(*input), &table->key) & (HASH_SIZE(table->hashtable) - 1)];
186        }
187
188然后，你可以像往常一样对返回的哈希存储桶进行迭代。
189
190性能
191====
192
193hsiphash()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，
194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
195性，这是值得的。
196