Tiger 해시 알고리즘

오늘은 해시 알고리즘 중에서도 뛰어난 속도와 비교적 짧은 해시 크기를 가진 Tiger 해시 알고리즘에 대해 알아보겠습니다. Tiger 해시는 1995년 Ross Anderson과 Eli Biham이 개발한 암호화 해시 함수로, 주로 데이터 무결성 검증 및 디지털 서명 등 다양한 보안 용도로 사용됩니다. 이 포스트에서는 Tiger 알고리즘의 기본 개념을 이해하고, Java와 Linux C 언어로 간단히 구현해보도록 하겠습니다.

Tiger 해시 알고리즘 개요

Tiger 해시는 비교적 단순한 구조를 가지고 있으며, 설계 당시 CPU의 성능을 최대한 활용하도록 고안되었습니다. 192비트의 출력을 가지며, 입력 데이터의 크기에 상관없이 고정된 크기의 해시 값을 생성합니다. 이를 통해 데이터의 무결성을 확인하거나, 데이터 비교를 용이하게 할 수 있습니다.

Tiger 해시 알고리즘의 주요 특징은 다음과 같습니다:

• 강력한 안전성: 충돌 가능성을 최소화하여 데이터의 무결성을 보장합니다.
• 고속 처리: 주로 64비트 시스템을 위해 설계되어 뛰어난 성능을 보입니다.
• 가변 입력 처리: 입력 데이터의 길이에 제한 없이 작동합니다.

Tiger 해시 알고리즘의 구조

Tiger 해시는 64비트 블록을 사용하며, Pass, Key Schedule, S-box Transformation의 세 가지 주요 단계로 구성됩니다. 간단히 말하면, 입력 데이터를 여러 블록으로 나누어 내부의 상태 변수와 결합하여 최종 해시 값을 도출합니다.

Tiger 해시는 다음과 같은 주요 단계로 진행됩니다:

1. 초기화 단계: 세 개의 64비트 레지스터 a, b, c를 초기화합니다.
2. 블록 처리 단계: 입력 데이터를 512비트의 블록으로 나누어 처리합니다.
3. 변환 단계: 각 블록에 대해 S-box를 사용하여 복잡한 변환을 수행하고, 레지스터 값을 갱신합니다.
4. 최종 해시 값 생성: 모든 블록 처리가 완료된 후 최종 해시 값을 반환합니다.

Tiger 해시 알고리즘의 Java 구현 예제

아래는 Java 언어로 Tiger 해시 알고리즘을 간단히 구현한 코드 예제입니다. 이 코드는 기본적인 알고리즘 흐름을 이해하는 데 도움이 됩니다.

import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.ByteOrder;

public class TigerHash {
    private static final long[] S_BOX = { /* S-box 값들 */ };
    private long a, b, c;

    public TigerHash() {
        // 초기화 값 설정
        this.a = 0x0123456789ABCDEFL;
        this.b = 0xFEDCBA9876543210L;
        this.c = 0xF096A5B4C3B2E187L;
    }

    public byte[] hash(byte[] message) {
        int blocks = (message.length + 8) / 64 + 1;
        ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(blocks * 64).order(ByteOrder.LITTLE_ENDIAN);
        buffer.put(message);
        buffer.put((byte) 0x01);
        while (buffer.position() % 64 != 56) buffer.put((byte) 0);
        buffer.putLong((long) message.length * 8);

        for (int i = 0; i < buffer.capacity() / 64; i++) {
            ByteBuffer block = ByteBuffer.wrap(buffer.array(), i * 64, 64).order(ByteOrder.LITTLE_ENDIAN);
            processBlock(block);
        }

        ByteBuffer result = ByteBuffer.allocate(24).order(ByteOrder.LITTLE_ENDIAN);
        result.putLong(a).putLong(b).putLong(c);
        return result.array();
    }

    private void processBlock(ByteBuffer block) {
        long[] x = new long[8];
        for (int i = 0; i < 8; i++) x[i] = block.getLong();

        long aa = a, bb = b, cc = c;
        // 각 블록에 대해 변환 수행
        for (int i = 0; i < 8; i++) {
            aa ^= x[i];
            aa = Long.rotateLeft(aa, 5);
            aa += bb;
            // S-box 적용 (예시)
            aa ^= S_BOX[(int) (cc & 0xFF)];
            long temp = aa;
            aa = bb;
            bb = cc;
            cc = temp;
        }
        a ^= aa;
        b -= bb;
        c += cc;
    }

    public static void main(String[] args) {
        TigerHash tiger = new TigerHash();
        byte[] hash = tiger.hash("Hello, Tiger!".getBytes());
        for (byte b : hash) {
            System.out.printf("%02x", b);
        }
    }
}

이 Java 구현은 Tiger 해시의 기본적인 처리 흐름을 보여줍니다. S-box 값들은 간단하게 표현되었으며, 실제 구현 시 보안에 강한 값을 사용해야 합니다.

Linux C로 구현한 Tiger 해시 예제

이제 Linux 환경에서 C 언어로 Tiger 해시를 구현해 보겠습니다. 이 코드는 C의 저수준 기능을 사용하여 해시 알고리즘의 구조를 그대로 반영합니다.

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <string.h>

uint64_t S_BOX[256] = { /* S-box 값들 */ };

typedef struct {
    uint64_t a, b, c;
} tiger_state;

void tiger_init(tiger_state *state) {
    state->a = 0x0123456789ABCDEF;
    state->b = 0xFEDCBA9876543210;
    state->c = 0xF096A5B4C3B2E187;
}

void tiger_process_block(tiger_state *state, uint64_t *x) {
    uint64_t aa = state->a, bb = state->b, cc = state->c;
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        aa ^= x[i];
        aa = (aa << 5) | (aa >> (64 - 5));
        aa += bb;
        aa ^= S_BOX[cc & 0xFF];
        uint64_t temp = aa;
        aa = bb;
        bb = cc;
        cc = temp;
    }
    state->a ^= aa;
    state->b -= bb;
    state->c += cc;
}

void tiger_hash(const char *message, tiger_state *state) {
    size_t len = strlen(message);
    int blocks = (len + 8) / 64 + 1;
    uint8_t buffer[blocks * 64];
    memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
    memcpy(buffer, message, len);
    buffer[len] = 0x01;
    uint64_t bit_len = len * 8;
    memcpy(buffer + blocks * 64 - 8, &bit_len, 8);

    for (int i = 0; i < blocks; i++) {
        tiger_process_block(state, (uint64_t *)(buffer + i * 64));
    }
}

int main() {
    tiger_state state;
    tiger_init(&state);
    tiger_hash("Hello, Tiger!", &state);
    printf("%016llx%016llx%016llx\n", state.a, state.b, state.c);
    return 0;
}

이 C 코드에서는 tiger_state 구조체를 사용하여 레지스터 a, b, c를 관리하고, 메시지를 블록 단위로 처리하여 최종 해시 값을 생성합니다.

마무리

Tiger 해시 알고리즘은 간결하고 고속으로 설계된 해시 함수로, 특히 64비트 시스템에서 좋은 성능을 발휘합니다. Java와 Linux C 언어로 구현한 예제를 통해 해시 알고리즘의 작동 원리와 블록 처리 방식을 이해하는 데 도움이 되었기를 바랍니다. Tiger 알고리즘은 강력한 보안성과 효율성을 제공하므로 다양한 응용 분야에서 유용하게 사용될 수 있습니다.