кеccak

Что такое алгоритм Keccak?

Алгоритм Keccak — это семейство криптографических хеш-функций, преобразующих произвольные входные данные в цифровой отпечаток фиксированной длины. Этот алгоритм лежит в основе стандарта SHA-3 и широко применяется в блокчейн-технологиях.

Хеш-функция — это инструмент для создания цифровых отпечатков: одинаковый вход всегда даёт одинаковый выход, но восстановить исходные данные по хешу практически невозможно. Keccak поддерживает различные длины выхода, наиболее распространён — 256 бит (Keccak-256). Фиксированная длина обеспечивает эффективную проверку, индексирование и контроль целостности.

Почему Keccak важен для Web3?

Keccak играет ключевую роль — он является основным механизмом создания отпечатков для таких систем, как Ethereum. На его основе работают процессы генерации адресов, селекторов функций смарт-контрактов и индексирования журналов событий.

Например, на биржах типа Gate при депозите ETH адрес, начинающийся с «0x», формируется путём хеширования публичного ключа через Keccak-256 и взятия последних 20 байт. Для вызова функций селектор создаётся хешированием сигнатуры функции с помощью Keccak-256 и извлечением первых 4 байт. Для журналов событий Keccak используется для генерации топиков, что ускоряет поиск.

Как работает алгоритм Keccak?

Keccak построен по принципу «губки». Сначала алгоритм «впитывает» входные данные, смешивая внутреннее состояние, затем «выжимает» необходимый хеш-выход.

Шаг 1, впитывание: входное сообщение делится на блоки, которые объединяются по XOR в «записываемую область» состояния — как вода впитывается губкой, данные интегрируются в состояние.

Шаг 2, перестановка: функция перестановки (Keccak-f) применяется в несколько раундов для перемешивания битов. Этот процесс обратим; Keccak-f[1600] обычно работает 24 раунда.

Шаг 3, выжимание: выход считывается из «читаемой области» состояния. Для длинных выходов выполняются дополнительные перестановки и извлекаются новые данные — аналогично тому, как из губки выжимают воду по мере необходимости.

При стандартных параметрах Keccak-256 внутреннее состояние составляет 1 600 бит, из них битрейт (область чтения/записи) — 1 088 бит, ёмкость (буфер безопасности) — 512 бит. Чем выше ёмкость, тем выше уровень безопасности.

Как применяется Keccak в Ethereum?

В Ethereum Keccak используется для генерации адресов, селекторов функций, топиков событий и индексирования структур данных.

• Генерация адресов: Ethereum-адрес создаётся с помощью Keccak-256 — хешируется публичный ключ и берутся последние 20 байт для адреса с префиксом «0x». Депозитные адреса на Gate формируются аналогично. Некоторые форматы контрольных сумм также используют Keccak для проверки регистра символов.
• Селекторы функций: Текстовая сигнатура функции (например, "transfer(address,uint256)") хешируется Keccak-256, первые 4 байта используются как селектор. Известный селектор "0xa9059cbb" получен этим способом.
• Топики событий: Имя события и типы параметров объединяются и хешируются Keccak-256 для получения топика. Это обеспечивает быстрый и эффективный поиск событий в блокчейне.
• Индексирование структур данных: В деревьях состояния или ключах отображения Keccak-256 хеширует ключи для минимизации коллизий и ускорения запросов.

В чём разница между Keccak и SHA3?

Главное отличие — параметры дополнения (разделения доменов). SHA3-256 использует суффикс дополнения 0x06, а Keccak-256, применяемый в Ethereum, — 0x01.

Это приводит к тому, что одинаковые входные данные дают разные выходы для Keccak-256 и SHA3-256. При разработке или аудите важно чётко различать «Keccak-256» и «SHA3-256» — они не взаимозаменяемы. При стандартизации SHA-3 в 2015 году NIST внёс изменение в разделение доменов (источник: NIST, 2015).

Как правильно использовать Keccak в разработке

Шаг первый: определите, является ли вход байтами или текстом. Если это строка, всегда кодируйте её в UTF-8; для шестнадцатеричных строк преобразуйте их в байты и не включайте префикс «0x» в данные.

Шаг второй: выберите правильную функцию. В EVM стандартом является keccak256 (Keccak-256). Некоторые библиотеки называют SHA3-256 как sha3 — внимательно изучайте документацию и версии библиотек, чтобы избежать ошибок.

Шаг третий: перепроверьте результаты. Используйте две независимые библиотеки или инструмента для вычисления хешей и убедитесь, что они совпадают; можно использовать известные селекторы, например "transfer(address,uint256)", который даёт "0xa9059cbb", как тестовые кейсы.

В рабочих процессах относитесь к хешам как к необратимым отпечаткам — это не шифрование и не случайные числа. Чтобы предотвратить атаки с радужными таблицами, всегда добавляйте случайную соль перед хешированием и хешируйте соль вместе с данными.

Какие риски и ошибки встречаются при работе с Keccak?

Основные проблемы: различия в дополнении, ошибки кодирования и некорректное применение в сценариях использования.

• Различия в дополнении: Использование Keccak-256 вместо SHA3-256 приведёт к разным результатам, что может вызвать несовпадение адресов или селекторов — это опасно потерей средств или сбоями при вызове контрактов.
• Ошибки кодирования: Если текст обрабатывается как hex или наоборот, результат хеша будет полностью отличаться. Стандартизируйте стратегию кодирования и покрывайте крайние случаи тестами.
• Некорректное применение: Хеширование — это не шифрование. Хранение чувствительных данных после однократного хеширования может быть уязвимо для атак по словарю. Всегда добавляйте случайную соль и контролируйте политики доступа. Для процессов финансовой безопасности (например, распознавание депозитов на Gate) проводите тщательное тестирование и аудит до запуска.

Насколько безопасен и эффективен Keccak?

Безопасность Keccak основана на конструкции губки и параметре ёмкости. Для Keccak-256 устойчивость к коллизиям — примерно 2^128 операций; устойчивость к нахождению исходного значения — около 2^256 операций.

По состоянию на январь 2025 года не выявлено практических атак на коллизии или исходные значения при стандартных параметрах; исследования касаются вариантов с уменьшенным числом раундов или теоретических границ. С точки зрения производительности ведущие библиотеки оптимизированы для CPU/GPU; аппаратное ускорение (ASIC) активно развивается для ресурсоёмких задач.

Каковы перспективы Keccak?

Keccak останется основой безопасности систем как ядро SHA-3; в экосистеме EVM он фундаментален для адресов, селекторов и индексирования логов. Аппаратное ускорение и совершенствование библиотек повысят производительность и инструментарий. Некоторые новые сценарии (например, zero-knowledge proofs) могут использовать альтернативные хеши, такие как Poseidon, но это не влияет на стабильность Keccak для задач общего назначения. Для разработчиков важно различать Keccak-256 и SHA3-256, а также строго контролировать процессы кодирования и тестирования — при таком подходе Keccak остаётся надёжным низкоуровневым инструментом.

FAQ

Я хочу сгенерировать адрес кошелька с помощью Keccak. С чего начать?

В Ethereum адрес аккаунта создаётся через Keccak-256 — публичный ключ хешируется Keccak-256, а последние 20 байт используются как адрес. Если вы используете Gate или другое приложение-кошелёк, этот процесс происходит автоматически; при разработке смарт-контрактов используйте встроенную функцию Solidity keccak256(). Начните с библиотек типа Web3.js, чтобы увидеть, как хеши преобразуют данные произвольной длины в фиксированный 256-битный результат.

Почему разные инструменты дают разные результаты хеширования Keccak?

Обычно причина — различия в кодировании входных данных. Keccak-256 ожидает байтовые данные — если вводить текстовые строки, инструменты могут по-разному обрабатывать кодировку (UTF-8 или ASCII). Решение — стандартизировать кодировку и явно указывать формат входа; платформы типа Gate обычно предоставляют чёткие инструкции. Также убедитесь, что используете именно Keccak-256 или SHA3-256 — их результаты различаются даже при одинаковых входных данных.

Кроме генерации адресов, для чего ещё Keccak применяется в смарт-контрактах?

Keccak-256 широко используется в смарт-контрактах: для проверки целостности данных (хеширование транзакционных данных для сравнения), генерации уникальных идентификаторов (хеширование объединённых параметров), контроля доступа (хранение конфиденциальной информации в виде хеша вместо открытых данных). Некоторые контракты хешируют пользовательские данные перед сохранением, чтобы не раскрывать исходные значения. Такая гибкость делает Keccak базовым инструментом Web3 — но помните, что хеширование необратимо: исходные данные по хешу восстановить нельзя.

Нужно ли глубокое знание криптографии для освоения Keccak?

Нет. Для пользователя Web3 или начинающего разработчика достаточно знать, что «Keccak — это односторонняя хеш-функция: одинаковый вход всегда даёт одинаковый выход». Более глубокое изучение криптографии — по желанию (например, для аудитов безопасности или исследований); большинство разработчиков просто используют готовые функции библиотек, такие как keccak256 в Solidity. Начните с экспериментов в реальных приложениях — например, с подписями или генерацией адресов на Gate или тестовых сетях.

На что обратить внимание при использовании Keccak вне блокчейна?

При вызове Keccak из внецепочного кода (фронт-энд или бэк-энд) убедитесь, что версия библиотеки совпадает с используемой в блокчейне — обычно Keccak-256. Стандартные библиотеки, такие как Web3.js или ethers.js, реализуют Keccak корректно по умолчанию. Будьте внимательны с сериализацией данных — если хеши создаются вне цепи для проверки в блокчейне, методы сериализации (например, ABI-кодирование) должны совпадать полностью. Всегда тщательно тестируйте в тестовых средах, особенно при работе с подписями или верификацией контрактов.