cc 如果要评选出一个最出名的哈希算法，那一定是SHA系列算法，其中SHA-2更是目前使用场景最多的哈希算法。这时就有小伙伴要问了，有SHA-1和SHA-2，那么有没有SHA-3呢？当然有，下面我们就来了解一下当选SHA-3标准的Keccak算法。
Keccak算法简介
2007年起，NIST开始向全球公开征集SHA-3标准，要求新的算法在保持SHA-2的在线处理能力之外，还必须能够处理小数据块。最终在2012年，经过层层筛选，Keccak在64种算法中脱颖而出，最终当选SHA-3标准。
Keccak的结构仍然属于Merkle提出的迭代哈希函数节点。最大的创新是采用了一种新的迭代结构，称为海绵结构。海绵结构也叫海绵功能。在海绵函数中，输入数据被分成固定长度的数据包。每一组作为迭代的输入逐一进行，上一次迭代的输出也反馈给下一次迭代，最终生成输出哈希值。
海绵函数允许输入长度和输出长度都是可变的，可以用来设计哈希函数(固定输出长度)、伪随机数生成器和其他密码函数。
Keccak算法描述
Keccak算法采用海绵结构，在预处理（padding并分成大小相同的块）后，海绵结构主要分成两部分：
- 吸入阶段（absorbing phase）：将块x_i传入算法并处理。
- 挤出阶段（squeezing phase）：产生一个固定长度的输出。
在这两个阶段要是使用同一个压缩函数Keccak-f，下图展示了算法“吸入”一个块x_i并处理，最后挤出输出的过程：
流程如下：
- 对输入串x做padding，使其长度能被r整除，将padding后分割成长度为r的块，即x=x_0||x_1||x_2||...||x_t-1。
- 初始化一个长度为r+c bit的全零向量。
- 输入块x_i，将x_i和向量的前r个bit亦或，然后输入到Keccak-f函数中处理。
- 重复上一步，直至处理完x中的每个块。
- 输出长为r的块作为y_0，并将向量输入到Keccak-f函数中处理，输出y_1，以此类推。得到的Hash序列即为y=y_0||y_1||y_2||...||y_u。在Keccak-224/256/384/512中，只需要在y_0中取出对应长度的前缀即可。
压缩函数
压缩函数Keccak-f是Keccak算法的核心，Keccak-f包含n_r轮。n_r的取值与我们之前计算b时用到的指数l有关，具体地，n_r=12+2*l。Keccak-224/256/384/512中，取l=6，因此n_r=24。在每一轮中，要以此执行五步，即θ(theta)、ρ(rho)、π(pi)、χ(chi)、ι(iota)。在处理过程中，我们把b=1600个比特排列成一个5*5*w的矩阵，其中w=2^l=64比特。
Keccak算法的优点
- 安全性：可以抵御对哈希函数的所有现有攻击。
- 灵活性：可选参数配置，能够适应哈希函数的各种应用。
- 高效性：设计简单，软硬件实现方便高效。
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