Квантово-устойчивая хэш-функция BLAKE-PQ. Часть 1

Квантово-устойчивая хэш-функция BLAKE-PQ. Часть 1

Петренко А.С. (СПб ФИЦ РАН, Санкт-Петербург, Россия)

Аннотация

Статья посвящена анализу угроз для симметричных криптографических примитивов в условиях появления квантовых алгоритмов, потенциально превосходящих по эффективности поиск прообраза и коллизий, и постановке задачи построения новой криптографической хэш-функции на основе алгоритма BLAKE3, обозначенной как BLAKE‑PQ и предназначенной для использования в высоконагруженных системах, включая блокчейн-системы. Предлагаемая архитектура состоит из семи модификаций, в первой части настоящей работы рассмотрены: введение мультипликативного преобразования в раундовую функцию для разрушения чисто аддитивной и побитово‑линейной структуры, добавление нелинейного слоя на основе таблицы замен, применение специально спроектированных неабелевых перестановок состояния между раундами, нелинейное смешивание значений в дереве Меркла при объединении дочерних узлов. Для каждого из этих компонентов сформулирован целевой класс потенциальных квантовых атак (алгоритмы скрытого сдвига и скрытой подгруппы, методы для задач типа суммы по модулю два, усовершенствованный поиск коллизий и алгебраический квантовый криптоанализ), дана оценка влияния на алгебраическую структуру и статистические свойства внутреннего состояния, а также проанализированы дополнительные накладные расходы по времени. Во второй части настоящей работы будет оценено совокупное замедление относительно исходного алгоритма BLAKE3, проведено сравнение по расчётной производительности с распространёнными на сегодняшний день хэш-функциями и сформулированы общие для совокупной работы выводы.

Ключевые слова

постквантовая криптография; симметричная криптография; хэш-функция; квантовый криптоанализ; скрытые алгебраические и групповые структуры; дерево Меркла; решёточные задачи; хаотические динамические системы; блокчейн-системы.

Издание

Труды Института системного программирования РАН, том 38, вып. 6, часть 2, 2026, стр. 363-384.

ISSN 2220-6426 (Online), ISSN 2079-8156 (Print).

DOI: 10.15514/ISPRAS-2026-38(6)-43

Для цитирования

Петренко А.С. Квантово-устойчивая хэш-функция BLAKE-PQ. Часть 1. Труды Института системного программирования РАН, том 38, вып. 6, часть 2, 2026, стр. 363-384. DOI: 10.15514/ISPRAS-2026-38(6)-43.

Полный текст статьи в формате pdf Вернуться к содержанию тома