通过 Key-Selected Hashing 实现的增强扩散

Source: Dev.to

概述

要在元类加密架构中实现完全扩散，系统可以实现键驱动的哈希算法选择。
密钥本身决定用于参数派生的哈希算法，从而为无限算法空间添加了另一层。

主要哈希候选

所有候选算法均具备密码学安全性，因此无需自定义哈希实现。

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密钥处理流程

1. 提取 密钥的前几位。
2. 确定 根据这些位使用哪种哈希算法。
3. 哈希 使用选定的算法对剩余的密钥进行哈希。
4. 生成 所有加密参数，来源于哈希输出。

示例

Key: "mySecretKey123xyz"
First 3 bits: 101 → selects SHA‑512
SHA‑512("mySecretKey123xyz") → generates modulus, exponent, maps …

更改单个位可以：

• 切换哈希算法本身。
• 产生完全不同的哈希输出。
• 导致派生参数出现最大程度的变化（雪崩效应）。

算法多样性

• 两个相似的密钥可能调用 不同的哈希函数（例如，SHA‑256 与 BLAKE2b）。
• 这为已经无限的算法空间增加了一个 乘法层。

加密强度

• 所有列出的散列函数都提供强扩散。
• 除密钥之外不需要额外的秘密。

性能灵活性

速度（约略，平台相关）：

• BLAKE2b: ~3.3 GB/s（在 64 位上最快）
• BLAKE2s: ~2.5 GB/s（在 32 位上最快）
• SHA‑256 / SHA‑224: ~500 MB/s
• SHA‑512 / SHA‑384: ~650 MB/s（在 64 位上比 SHA‑256 更快）

当性能至关重要时，密钥可以自然选择更快的算法；否则可选择较慢但兼容性更好的算法。

与现有框架的集成

之前：

Key → SHA‑256 → Parameters → Algorithm

使用哈希选择：

Key → [Key selects hash] → Selected Hash → Parameters → Algorithm

现在，密钥控制：

• 哪个哈希算法对其进行处理。
• 使用哪种映射生成方法。
• 应用哪种表示策略。
• 遵循哪种模数模式。
• 实施哪些转换规则。

每一层都会乘以可能性：

[ \infty_1 \times \infty_2 \times \infty_3 \times \infty_4 \times \infty_5 \dots ]

哈希选择方法

方法 1 – 直接位映射

方法 2 – 派生选择

selector = (sum of first N bytes) mod 6
0 → SHA‑224
1 → SHA‑256
2 → SHA‑384
3 → SHA‑512
4 → BLAKE2s
5 → BLAKE2b

方法 3 – 基于密钥长度

威胁模型

对攻击者

1. 猜测密钥。
2. 确定使用的哈希算法。
3. 逆向工程哈希生成的参数。
4. 确认生成的加密算法。
5. 解密密文。

每一步都会乘以搜索空间 (∞ × 6 × ∞ × ∞ × ∞ …)。

对合法用户

• 密钥 确定性 地选择相同的哈希。
• 哈希 确定性 地生成相同的参数。
• 解密遵循相同的路径——无需额外的秘密。

示例实现（Python）

import hashlib

def derive_parameters(key: str):
    """
    Derive encryption parameters from a key using key‑driven hash selection.
    """
    # 1️⃣ Choose hash algorithm (simple selector: first byte % 6)
    selector = key.encode()[0] % 6
    hash_algorithms = [
        hashlib.sha224,
        hashlib.sha256,
        hashlib.sha384,
        hashlib.sha512,
        hashlib.blake2s,
        hashlib.blake2b,
    ]
    selected_hash = hash_algorithms[selector]

    # 2️⃣ Hash the key
    key_hash = selected_hash(key.encode()).digest()

    # 3️⃣ Derive parameters from the hash output
    modulus   = int.from_bytes(key_hash[:8],  'big') % (10**12)
    exponent  = int.from_bytes(key_hash[8:10], 'big') % 7 + 3
    map_seed  = int.from_bytes(key_hash[10:], 'big')

    return modulus, exponent, map_seed, selected_hash.__name__

与传统方法的比较

整体影响

• 完全扩散，同时在元类架构中添加乘法层。
• 仅使用已建立且可信的密码散列。
• 除密钥外不需要额外的秘密。
• 增加最小的计算开销。
• 无缝集成到现有框架中。
• 扩展算法空间的规模（再增加一个倍数）。

系列信息

Metaclass Encryption Architecture 系列的一部分

作者: Muhammed Shafin P (@hejhdiss)
许可证: CC BY‑SA 4.0 – 开源概念。

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