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附录 A. 示例 20 位哈希函数

本附录提供一个可用于生成 Flow Label 值的哈希函数示例. 这不是强制算法. 实现可以自由使用任何能够产生合适 Flow Label 值分布的方法.

目的​

此哈希函数的目的在于生成满足以下条件的 Flow Label 值:

  1. 近似离散均匀分布
  2. 难以被第三方预测
  3. 对属于同一流的分组保持一致
  4. 可以高效计算

算法描述​

该哈希函数以以下内容作为输入:

  • Source Address (128 位)
  • Destination Address (128 位)
  • Source Port (16 位)
  • Destination Port (16 位)
  • Protocol Number (8 位)
  • 源节点唯一的秘密密钥 (128 位)

输出是 20 位 Flow Label 值.

实现方法​

一种可能的实现方法如下:

  1. 连接输入: 将所有输入值连接成单个位串.

  2. 应用密码学哈希: 对连接后的输入应用密码学哈希函数 (例如 MD5, SHA-1 或 SHA-256).

  3. 提取 20 位: 从哈希输出中提取 20 位形成 Flow Label 值.

使用 MD5 的示例​

Input:
  - Source Address: 128 bits
  - Destination Address: 128 bits
  - Source Port: 16 bits
  - Destination Port: 16 bits
  - Protocol: 8 bits
  - Secret Key: 128 bits

Process:
  1. Concatenate all inputs: 424 bits total
  2. Compute MD5 hash: 128-bit output
  3. Take the first 20 bits of the MD5 output as the Flow Label

Output:
  - Flow Label: 20 bits

安全考虑事项​

秘密密钥对于防止攻击者预测 Flow Label 值至关重要. 秘密密钥应:

  • 长度至少为 128 位
  • 使用密码学安全随机数生成器生成
  • 对每个源节点唯一
  • 保持机密, 且不通过网络传输
  • 定期更改 (例如每天或每周一次)

性能考虑事项​

为每个分组计算密码学哈希可能计算开销较高. 实现可以通过以下方式优化性能:

  1. 缓存: 缓存活动流的 Flow Label 值, 并为同一流中的后续分组复用该值.

  2. 轻量级哈希: 使用轻量级哈希函数替代完整密码学哈希, 只要它提供足够的不可预测性.

  3. 硬件加速: 在可用时使用硬件加速进行哈希计算.

替代方法​

其他可使用的方法包括:

  • Linear Congruential Generator (LCG): 使用流 5 元组和秘密密钥作为种子的简单伪随机数生成器.

  • SipHash: 为哈希表查找设计的快速且密码学强的哈希函数.

  • 基于 AES 的 PRF: 使用计数器模式或 CMAC 模式下的 AES 作为伪随机函数.

哈希函数的选择取决于实现的具体要求和约束. 关键要求是输出应对攻击者不可预测, 并应近似均匀分布.

示例代码 (伪代码)​

function compute_flow_label(src_addr, dst_addr, src_port, dst_port, protocol, secret_key):
    // Concatenate inputs
    input = concatenate(src_addr, dst_addr, src_port, dst_port, protocol, secret_key)
    
    // Compute hash
    hash_output = MD5(input)
    
    // Extract 20 bits
    flow_label = hash_output[0:20]  // First 20 bits
    
    // Ensure non-zero (optional, depending on requirements)
    if flow_label == 0:
        flow_label = 1
    
    return flow_label

Notes​

  • The Flow Label value of 0 has special meaning (unlabeled packets). Implementations may choose to avoid generating a Flow Label of 0, or they may allow it.

  • The hash function should be applied consistently for all packets in a flow to ensure that they all receive the same Flow Label value.

  • The secret key should be protected and not exposed to potential attackers.

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