Стрибог или ГОСТ 34.11-2012

В качестве нового стандарта, который получил номер 34.11-2012, была принята хеш-функция под названием Стрибог. Стрибог — это семейство хеш-функций, включающие в себя всего две функции. Функцию с длиной выходного значения в 256 бит и функцию с длиной выходного значения в 512 бит. Обе эти функции имеют одинаковую структуру и отличаются друг от друга только начальным внутренним состоянием. Входными данными для обоих функций является блок данных длиной 512 бит.

Прежде чем приступать к описанию алгоритма, дадим опописание преобразованиям, которые используюся при вычислении хеш-функции.

Преобразования

1. X-преобразование. На вход функции X подаются две последовательности длиной 512 бит каждая, выходом функции является XOR этих последовательностей.
   
2. S-преобразование. Функция S является обычной функцией подстановки. Каждый байт из 512-битной входной последовательности заменяется соответствующим байтом из таблицы подстановок π
   
   Таблица π является константой и может быть записана в виде массива:
   
   Значение подстановки pi;

   byte[] Pi={
   0xFC, 0xEE, 0xDD, 0x11, 0xCF, 0x6E, 0x31, 0x16, 0xFB, 0xC4, 0xFA, 0xDA, 0x23, 0xC5, 0x04, 0x4D,
   0xE9, 0x77, 0xF0, 0xDB, 0x93, 0x2E, 0x99, 0xBA, 0x17, 0x36, 0xF1, 0xBB, 0x14, 0xCD, 0x5F, 0xC1,
   0xF9, 0x18, 0x65, 0x5A, 0xE2, 0x5C, 0xEF, 0x21, 0x81, 0x1C, 0x3C, 0x42, 0x8B, 0x01, 0x8E, 0x4F,
   0x05, 0x84, 0x02, 0xAE, 0xE3, 0x6A, 0x8F, 0xA0, 0x06, 0x0B, 0xED, 0x98, 0x7F, 0xD4, 0xD3, 0x1F,
   0xEB, 0x34, 0x2C, 0x51, 0xEA, 0xC8, 0x48, 0xAB, 0xF2, 0x2A, 0x68, 0xA2, 0xFD, 0x3A, 0xCE, 0xCC,
   0xB5, 0x70, 0x0E, 0x56, 0x08, 0x0C, 0x76, 0x12, 0xBF, 0x72, 0x13, 0x47, 0x9C, 0xB7, 0x5D, 0x87,
   0x15, 0xA1, 0x96, 0x29, 0x10, 0x7B, 0x9A, 0xC7, 0xF3, 0x91, 0x78, 0x6F, 0x9D, 0x9E, 0xB2, 0xB1,
   0x32, 0x75, 0x19, 0x3D, 0xFF, 0x35, 0x8A, 0x7E, 0x6D, 0x54, 0xC6, 0x80, 0xC3, 0xBD, 0x0D, 0x57,
   0xDF, 0xF5, 0x24, 0xA9, 0x3E, 0xA8, 0x43, 0xC9, 0xD7, 0x79, 0xD6, 0xF6, 0x7C, 0x22, 0xB9, 0x03,
   0xE0, 0x0F, 0xEC, 0xDE, 0x7A, 0x94, 0xB0, 0xBC, 0xDC, 0xE8, 0x28, 0x50, 0x4E, 0x33, 0x0A, 0x4A,
   0xA7, 0x97, 0x60, 0x73, 0x1E, 0x00, 0x62, 0x44, 0x1A, 0xB8, 0x38, 0x82, 0x64, 0x9F, 0x26, 0x41,
   0xAD, 0x45, 0x46, 0x92, 0x27, 0x5E, 0x55, 0x2F, 0x8C, 0xA3, 0xA5, 0x7D, 0x69, 0xD5, 0x95, 0x3B,
   0x07, 0x58, 0xB3, 0x40, 0x86, 0xAC, 0x1D, 0xF7, 0x30, 0x37, 0x6B, 0xE4, 0x88, 0xD9, 0xE7, 0x89,
   0xE1, 0x1B, 0x83, 0x49, 0x4C, 0x3F, 0xF8, 0xFE, 0x8D, 0x53, 0xAA, 0x90, 0xCA, 0xD8, 0x85, 0x61,
   0x20, 0x71, 0x67, 0xA4, 0x2D, 0x2B, 0x09, 0x5B, 0xCB, 0x9B, 0x25, 0xD0, 0xBE, 0xE5, 0x6C, 0x52,
   0x59, 0xA6, 0x74, 0xD2, 0xE6, 0xF4, 0xB4, 0xC0, 0xD1, 0x66, 0xAF, 0xC2, 0x39, 0x4B, 0x63, 0xB6
   };
3. P-преобразование. Функция перестановки. Для каждой пары байт из входной последовательности происходит замена одного байта другим.
   
   Таблица перестановок τ также является константой:
   
   Значение перестановки tau

   byte[] Tau={
   0, 8, 16, 24, 32, 40, 48, 56,
   1, 9, 17, 25, 33, 41, 49, 57,
   2, 10, 18, 26, 34, 42, 50, 58,
   3, 11, 19, 27, 35, 43, 51, 59,
   4, 12, 20, 28, 36, 44, 52, 60,
   5, 13, 21, 29, 37, 45, 53, 61,
   6, 14, 22, 30, 38, 46, 54, 62,
   7, 15, 23, 31, 39, 47, 55, 63
   };
4. L-преобразование. Представляет собой умножение 64-битного входного вектора на бинарную матрицу A размерами 64×64.
   
   Матрицу A можно представить как массив 64-битных слов:
   
   Значение матрицы A

   ulong[] A = {
   0x8e20faa72ba0b470, 0x47107ddd9b505a38, 0xad08b0e0c3282d1c, 0xd8045870ef14980e,
   0x6c022c38f90a4c07, 0x3601161cf205268d, 0x1b8e0b0e798c13c8, 0x83478b07b2468764,
   0xa011d380818e8f40, 0x5086e740ce47c920, 0x2843fd2067adea10, 0x14aff010bdd87508,
   0x0ad97808d06cb404, 0x05e23c0468365a02, 0x8c711e02341b2d01, 0x46b60f011a83988e,
   0x90dab52a387ae76f, 0x486dd4151c3dfdb9, 0x24b86a840e90f0d2, 0x125c354207487869,
   0x092e94218d243cba, 0x8a174a9ec8121e5d, 0x4585254f64090fa0, 0xaccc9ca9328a8950,
   0x9d4df05d5f661451, 0xc0a878a0a1330aa6, 0x60543c50de970553, 0x302a1e286fc58ca7,
   0x18150f14b9ec46dd, 0x0c84890ad27623e0, 0x0642ca05693b9f70, 0x0321658cba93c138,
   0x86275df09ce8aaa8, 0x439da0784e745554, 0xafc0503c273aa42a, 0xd960281e9d1d5215,
   0xe230140fc0802984, 0x71180a8960409a42, 0xb60c05ca30204d21, 0x5b068c651810a89e,
   0x456c34887a3805b9, 0xac361a443d1c8cd2, 0x561b0d22900e4669, 0x2b838811480723ba,
   0x9bcf4486248d9f5d, 0xc3e9224312c8c1a0, 0xeffa11af0964ee50, 0xf97d86d98a327728,
   0xe4fa2054a80b329c, 0x727d102a548b194e, 0x39b008152acb8227, 0x9258048415eb419d,
   0x492c024284fbaec0, 0xaa16012142f35760, 0x550b8e9e21f7a530, 0xa48b474f9ef5dc18,
   0x70a6a56e2440598e, 0x3853dc371220a247, 0x1ca76e95091051ad, 0x0edd37c48a08a6d8,
   0x07e095624504536c, 0x8d70c431ac02a736, 0xc83862965601dd1b, 0x641c314b2b8ee083
   };

Функция сжатия

Основным элементом любой хеш-функции является функция сжатия. Опишем используемую в новом стандарте функцию сжатия g_n в виде алгоритма.
Пусть h, N и m — 512-битные последовательности. Для вычисления функции g(N, m, h) необходимо проделать следующие шаги:

1. Вычислить значение K = h ⊕ N;
2. Присвоить значение K = S(K);
3. Присвоить значение K = P(K);
4. Присвоить значение K = L(K);
5. Вычислить t = E(K, m);
6. Присвоить значение t = h ⊕ t;
7. Вычислить значение G = t ⊕ m;
8. Вернуть G в качестве результата вычисления функции g(N, m, h).

Вы наверное заметили, что в описании функции g(N, m, h) используется незнакомая функция E(K, m), которая выполняет нижеприведенные действия:

1. Вычислить значение state = K⊕ m;
2. Для i=0 по 11 выполнить: