<html><head><meta http-equiv="Content-Type" content="text/html charset=windows-1252"></head><body style="word-wrap: break-word; -webkit-nbsp-mode: space; -webkit-line-break: after-white-space;"><div>Top replying!  I believe that the birthday attack still applies.</div><div><br></div><div>The state is divided into two pieces, of sizes $rate and $capacity = $statesize - $rate.  The message blocks are xor’d into the $rate-sized piece, but the $capacity-sized piece is not changed.</div><div><br></div><div>If the attacker can find two messages mA and mB which cause a collision on the $capacity-sized piece, he can set the message blocks for the next round to set the $rate-sized pieces of stateA and stateB to anything he wants (in particular, to the same thing), thereby causing a collision on the entire state.</div><div><br></div><div>This birthday attack requires 2^($capacity/2) work and storage.  There’s probably also a rho attack which requires less storage.</div><div><br></div><div>So postfixing with the nonce or key doesn’t help.</div><div><br></div><div>Cheers,</div><div>— Mike</div><br><div><div>On Jul 16, 2014, at 5:46 PM, David Leon Gil <<a href="mailto:coruus@gmail.com">coruus@gmail.com</a>> wrote:</div><br class="Apple-interchange-newline"><blockquote type="cite"><div dir="ltr">> Certainly not if you hash the message first.  That drops security to 128<br>> bits vs collision attacks.  Even if those attacks aren’t realistic, that’s<br>> pretty far below the design security of the system.<br>

<div><h1 id="the-use-of-sponge-functions-in-keyed-modes" style="font-family: Times;"><font size="4">The use of sponge functions in keyed modes</font></h1><p style="font-family: Times; font-size: inherit;">

So, as I understand it, this isn't true for sponge functions: a collision in message hashs does not imply a collision in nonce-postfixed message hashs.</p><p style="font-family: Times; font-size: inherit;">

Here's why (very informally):</p><p style="font-family: Times; font-size: inherit;">(Apologies for the detail, but I figure that it might be useful to users on the list less familiar with this area.)</p><h2 id="background-merkle-damgard" style="font-family: Times;">

<font style="font-weight:normal" size="4">Background: Merkle-Damgard</font></h2><p style="font-family: Times; font-size: inherit;"><em>Merkle-Damgard.</em> Each update step consumes a message block and outputs an IV for the next message block.</p><p style="font-family: Times; font-size: inherit;">Thus, if H(m) == H(n), then H(m || g) == H(n || g). (So a message collision implies a collision in nonce-postfixed messages if len(m) == len(n).)</p><p style="font-family: Times; font-size: inherit;">

So, this is why, if I did this reordering with SHA2-512, the resulting signature scheme would not be collision-resistant.</p><p style="font-family: Times; font-size: inherit;"><em>Sponge functions.</em> Just to recall the definitions, in Python-like pseudocode for clarity (and omitting the padding rule),</p>

<pre style=""><code>class Sponge(object):
  def __init__(permutation, rate):
    state = zeros(permutation.blocksize)
    capacity = permutation.blocksize - rate
    position = 0
  def absorb(bytes):
    i = 0
    while i < len(bytes):
      if position == (rate - 1):
         permutation(state)
         position = 0
      state[position] ^= bytes[i]
      i++; position++
  def squeeze(length):
    i = 0
    out = ''
    while i < length:
      if position == (rate - 1):
        permutation(state)
        position = 0
      i++; out += state[position]
    return out</code></pre><p style="font-family: Times; font-size: inherit;">So, note what's happening here: Each block of the message is absorbed into at most <em>rate</em> bytes of the sponge. Every time <code>rate</code> bytes is filled, the permutation is applied. When the sponge is squeezed, at least <em>capacity</em> bytes of the sponge's state is hidden.</p>

<h2 id="sponge-functions" style="font-family: Times;"><font size="4" style="font-weight:normal">Sponge functions</font></h2><h3 id="hash-collisions" style="font-family: Times;">Hash collisions</h3><p style="font-family: Times; font-size: inherit;">Let's define a hash collision in the usual way; two messages for which the hash output is the same value. So, here's how a sponge derives a hash:</p>
<pre style=""><code>msponge = Sponge(keccak, 200 - 64)           # shake128
msponge.absorb(message)
mhash = sponge.squeeze(64)</code></pre><p style="font-family: Times; font-size: inherit;">(And so, in this case, the resulting hash has 256-bits of collision resistance.)</p><p style="font-family: Times; font-size: inherit;">

So, if what I did with the sponge was this,</p><pre style=""><code>csponge = challenge_sponge = Sponge(keccak, 200 - 64)
csponge.absorb(mhash)
csponge.absorb(gnonce)
challenge = sponge.squeeze(64)</code></pre><p style="font-family: Times; font-size: inherit;">a message collision <em>would</em>, just as in the MD-case, imply a challenge collision.</p><p style="font-family: Times; font-size: inherit;">

(Call the colliding message <code>mess</code>.)</p><h3 id="collision-resistant-signatures" style="font-family: Times;">Collision-resistant signatures</h3><p style="font-family: Times; font-size: inherit;">

But here's what's happening in the code (simplified to omit the pubkey and DS):</p><pre style=""><code>sponge = Sponge(keccak, 200 - 64)  # shake256
sponge.absorb(message)
sponge.absorb(gnonce)
challenge = sponge.squeeze(64)</code></pre><p style="font-family: Times; font-size: inherit;">(The sponge retains its full 200 byte state between absorb calls.)</p><p style="font-family: Times; font-size: inherit;">

If</p><pre style=""><code>(sponge.absorb(message).absorb(gnonce)
 == sponge.absorb(mess).absorb(gnonce))</code></pre><p style="font-family: Times; font-size: inherit;">then the states must collide, i.e.,</p><pre style=""><code>sponge.absorb(message).state == sponge.absorb(mess).state</code></pre><p style="font-family: Times; font-size: inherit;">But the state is 200 bytes; the probability of a message that produces a <em>hash</em> collision also producing a <em>state</em> collision is extremely small.</p><p style="font-family: Times; font-size: inherit;">(There are obviously generic attacks with cost 2^512 in this case that find a colliding squeezed output.)</p><p style="font-family: Times; font-size: inherit;">

So this is essentially the argument for Shake256 providing 2^512 security strength in this mode of operation; and for Shake128 providing 2^256 security strength.</p><p style="font-family: Times; font-size: inherit;">

I, too, am somewhat conservative: Shake256 is fast enough for most applications. (It is, I believe, still somewhat faster than SHA2-512.) So, happy with that.</p><p style="font-family: Times; font-size: inherit;">

And I'll follow up with some citations to the security proofs that are less-handwavy, but more mathemetical in the next couple of days.</p><p style="font-family: Times; font-size: inherit;">So...does this make sense?</p>

</div></div>
</blockquote></div><br></body></html>