🔒 SHA-256 vs BLAKE3, 왜 BLAKE3는 이렇게 빠를까?

해시 알고리즘은 암호학, 데이터 무결성, 디지털 서명 등 거의 모든 시스템의 핵심입니다.
오래된 SHA-256과 최신 BLAKE3는 같은 “해시 함수”이지만, 구조와 철학이 완전히 다릅니다.
이번 글에서는 두 알고리즘의 차이점을 구조적 관점에서 명확히 비교하고,
공식 GitHub 저장소의 핵심 내용을 함께 요약해드립니다.

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🧩 1. 구조적 차이 한눈에 보기

구분	SHA-256	BLAKE3
설계 구조	Merkle–Damgård (순차 처리)	Merkle Tree (병렬 처리)
내부 블록 크기	512비트	1024비트
라운드 수	64 라운드	효율화된 G 함수 (라운드 수 감소)
병렬화 가능성	매우 제한적	뛰어남 (멀티코어 + SIMD)
SIMD 활용	제한적	AVX2, AVX-512, NEON 등 광범위
출력 크기	256비트 고정	가변 (1바이트 ~ 무한)

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⚙️ 2. 연산 과정 비교: 왜 BLAKE3가 빠를까?

🔸 SHA-256: 순차 구조

SHA-256은 입력을 512비트 블록 단위로 처리하며,
이전 블록의 해시 결과를 다음 블록 처리의 입력으로 사용합니다.
이 때문에 멀티코어나 SIMD 병렬화가 거의 불가능합니다.

🔸 BLAKE3: 병렬 트리 구조

BLAKE3는 전체 데이터를 여러 작은 청크(chunk, 보통 1KiB 단위)로 나누고,
각 청크를 독립적으로 병렬 해시합니다.
이후 Merkle Tree 방식으로 병합하며 최종 해시를 만듭니다.
이 구조 덕분에 CPU의 여러 코어와 SIMD 유닛을 모두 활용할 수 있습니다.

또한 내부 G 함수가 단순하고 효율적인 설계여서,
하나의 블록당 처리 비용도 낮습니다.

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⚡ 3. 실제 성능 차이

환경	SHA-256	BLAKE3
x86_64 + AVX2	약 300–500 MB/s	3–5 GB/s 이상
ARM (모바일 등)	약 100–200 MB/s	1–2 GB/s 이상
GPU / 병렬 환경	비효율적	매우 적합

실제 벤치마크에서 5배 ~ 20배 이상 속도 차이가 보고되는 경우가 많습니다.

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📏 4. 출력 길이: BLAKE3는 “가변” 출력 가능

SHA-256은 언제나 256비트(32바이트)를 출력합니다.
반면 BLAKE3는 XOF (Extendable Output Function) 방식으로 동작할 수 있어 필요한 길이만큼 해시를 출력할 수 있습니다.

예:

• 8바이트 출력 → 캐시 키 용도로
• 256비트 출력 → 보안 해시
• 몇 킬로바이트 이상 → 무작위 바이트 스트림 등

보안 목적이라면 최소 16바이트 이상 출력을 권장합니다.

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📂 5. GitHub 저장소 & 사양 문서 요약

• 공식 저장소: BLAKE3-team / BLAKE3
  → Rust + C 구현, SIMD & 멀티스레드 지원, b3sum 유틸리티 포함
• 사양 저장소: BLAKE3-specs
  → 알고리즘 사양, 설계 근거, LaTeX 원본 제공
• 라이선스: CC0 또는 Apache 2.0 / Apache 2.0 with LLVM 예외 조건 중 선택 가능
  • 즉, 상업용, 내부 시스템, 폐쇄형 소프트웨어에서도 자유롭게 사용 가능 (CC0 / Apache 2.0)
• 최근 릴리즈 v1.8.2: 빌드 시스템 개선, C 구현 수정 등
• 기타 구현: Go용 AVX-512 가속 버전 등도 존재 (예: lukechampine/blake3)

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✅ 결론 요약

1. BLAKE3는 SHA-256보다 훨씬 더 고성능을 낼 수 있는 병렬형 해시 알고리즘입니다.
2. 구조적 차이 (Merkle Tree vs 순차 처리), SIMD 활용, 라운드 단순화 등이 성능 우위의 핵심입니다.
3. 출력 길이는 자유롭게 조절 가능하며, 기본값은 256비트입니다.
4. GitHub 저장소에는 다양한 구현체, 최적화 코드, 테스트 벡터 등이 모두 포함되어 있으므로 실제 코드 활용이나 검증에 유용합니다.