Den senaste tiden har det kommit flera artiklar som beskriver hårdvaruimplementationer av hashfunktioner som är kandidater till NISTs kommande SHA-3-standard. Några av dessa artiklar är Evaluation of Hardware Performance for the SHA-3 Candidates Using SASEBO-GII och An FPGA Technologies Area Examination of the SHA-3 Hash Candidate Implementations och Compact Hardware Implementations of the SHA-3 Candidates ARIRANG, BLAKE, Gr0stl, and Skein.
Det pågår även flera forskningsprojekt där man bygger upp ramverk för att på olika sätt jämföra implementationer (SW och HW) av olika kryptografiska funktioner – krypton, hashfunktioner etc. Ett sådan projekt är Athena-projektet som fokuserar på hårdvaruimplementationer. Ett annat projekt är ECRYPTs eBASH som mer tittar på SW-implementationer över ett stort antal processorarkitekturer.
Ett bekymmer med alla olika HW-implementationer är att det finns så många design- och teknologimässiga frihetsgrader. Är en given implementation optimerad för maximal prestanda eller minimal storlek? Är målteknologin en ASIC-process (och i så fall vilken processnod) eller en FPGA? Vilka teknologispecifika funktioner utntyttjas etc. Det är lätt att det blir en jämförelse mellan äpplen och päron, och kanske äpplen och köttfärslimpa.
I höstas kom artikeln Artikeln High-Speed Hardware Implementations of BLAKE, Blue Midnight Wish, CubeHash, ECHO, Fugue, Gr{o}stl, Hamsi, JH, Keccak, Luffa, Shabal, SHAvite-3, SIMD, and Skein där man försökt hantera detta. Genom att välja samma målteknologi, samma verktygsflöde, samma metodik och implementationstategi har man försökt skapa implementationer av kandidater som skall gå att jämföra med varandra.
Rapporten ger en bra översiktlig beskrivning av samtliga HW-implementationer som skapats. Målteknologi är en 180nm Standard Cell-process (ASIC) från Faraday och man har tagit design genom syntes ned till nätlista och där gjort prestandaskattningar.
Utifrån ren prestanda når Keccak 21 Gbit/s och vinner med bred marginal:
En mer intressant blir det om man tittar på prestanda kontra storlek på implementationen:
Det verkar som de flesta kandidater ligger inom 40-60 kGates och där återfinns de fem snabbaste kandidaterna. I diagrammet ser man även hur Keccak och Luffa sticker ut prestandamässigt. Vidare är det värt att notera hur mycket mer komplexa de största kandidaterna är, och att det iaf inte ger någon prestandafördel. Om man skulle gå på dessa siffror (och utgår ifrån att säkerheten är lika hög hos alla kandidater) borde Keccak och Luffa ligga bra till samt att BMW och SIMD samt Skein sitta sämre till.
Det jag saknar nu är en bra jämförelse med SW-implementationer, ex från eBASH samt vad andra får fram för resultat av HW-implementationer (ex Athena). Visserligen riskerar det att bli äpplen och köttfärslimpa, men jag tror att den samlade bilden är viktig.
