SHA-2
SHA-2,名稱來自於安全散列演算法2(英語:)的縮寫,一種密碼雜湊函數演算法標準,由美國國家安全局研發[3],由美國國家標準與技術研究院(NIST)在2001年發布。屬於SHA演算法之一,是SHA-1的後繼者。其下又可再分為六個不同的演算法標準,包括了:SHA-224、SHA-256、SHA-384、SHA-512、SHA-512/224、SHA-512/256。
安全散列算法 | |
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概念 | |
散列函数 · SHA · DSA | |
主流标准 | |
SHA-0 · SHA-1 · SHA-2 · SHA-3 | |
概述 | |
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设计者 | 美國國家安全局 |
首次发布 | 2001年 |
系列 | (SHA-0), SHA-1, SHA-2, SHA-3 |
认证 | FIPS PUB 180-4, CRYPTREC, NESSIE |
细节 | |
摘要长度 | 224, 256, 384, or 512 bits |
结构 | Merkle–Damgård construction with Davies–Meyer compression function |
重复回数 | 64 or 80 |
最佳公开破解 | |
A 2011 attack breaks preimage resistance for 57 out of 80 rounds of SHA-512, and 52 out of 64 rounds for SHA-256.[1] Pseudo-collision attack against up to 46 rounds of SHA-256.[2] |
开发
NIST發佈了三個額外的SHA變體,這三個函數都將訊息對應到更長的訊息摘要。以它們的摘要長度(以位元計算)加在原名後面來命名:SHA-256,SHA-384和SHA-512。它們發佈於2001年的FIPS PUB 180-2草稿中,隨即通過審查和評論。包含SHA-1的FIPS PUB 180-2,於2002年以官方標準發佈。2004年2月,發佈了一次FIPS PUB 180-2的變更通知,加入了一個額外的變種SHA-224,這是為了符合雙金鑰3DES所需的金鑰長度而定義[4]。
SHA-256和SHA-512是很新的雜湊函數,前者以定義一個word為32位元,後者則定義一個word為64位元。它們分別使用了不同的偏移量,或用不同的常數,然而,實際上二者結構是相同的,只在迴圈執行的次數上有所差異。SHA-224以及SHA-384則是前述二種雜湊函數的截短版,利用不同的初始值做計算。
這些新的雜湊函數並沒有接受像SHA-1一樣的公眾密碼社群做詳細的檢驗,所以它們的密碼安全性還不被大家廣泛的信任。Gilbert和Handschuh在2003年曾對這些新變種作過一些研究,聲稱他們沒有找到弱點。
演算法
以下是SHA-256演算法的虛擬碼。注意,64個word w[16..63]
中的位元比起SHA-1演算法,混合的程度大幅提升。
Note: All variables are unsigned 32 bits and wrap modulo 232 when calculating
Initialize variables (first 32 bits of the fractional parts of the square roots of the first 8 primes 2..19): h0 := 0x6a09e667 h1 := 0xbb67ae85 h2 := 0x3c6ef372 h3 := 0xa54ff53a h4 := 0x510e527f h5 := 0x9b05688c h6 := 0x1f83d9ab h7 := 0x5be0cd19
Initialize table of round constants (first 32 bits of the fractional parts of the cube roots of the first 64 primes 2..311): k[0..63] := 0x428a2f98, 0x71374491, 0xb5c0fbcf, 0xe9b5dba5, 0x3956c25b, 0x59f111f1, 0x923f82a4, 0xab1c5ed5, 0xd807aa98, 0x12835b01, 0x243185be, 0x550c7dc3, 0x72be5d74, 0x80deb1fe, 0x9bdc06a7, 0xc19bf174, 0xe49b69c1, 0xefbe4786, 0x0fc19dc6, 0x240ca1cc, 0x2de92c6f, 0x4a7484aa, 0x5cb0a9dc, 0x76f988da, 0x983e5152, 0xa831c66d, 0xb00327c8, 0xbf597fc7, 0xc6e00bf3, 0xd5a79147, 0x06ca6351, 0x14292967, 0x27b70a85, 0x2e1b2138, 0x4d2c6dfc, 0x53380d13, 0x650a7354, 0x766a0abb, 0x81c2c92e, 0x92722c85, 0xa2bfe8a1, 0xa81a664b, 0xc24b8b70, 0xc76c51a3, 0xd192e819, 0xd6990624, 0xf40e3585, 0x106aa070, 0x19a4c116, 0x1e376c08, 0x2748774c, 0x34b0bcb5, 0x391c0cb3, 0x4ed8aa4a, 0x5b9cca4f, 0x682e6ff3, 0x748f82ee, 0x78a5636f, 0x84c87814, 0x8cc70208, 0x90befffa, 0xa4506ceb, 0xbef9a3f7, 0xc67178f2
Pre-processing: append the bit '1' to the message append k bits '0', where k is the minimum number >= 0 such that the resulting message length (in bits) is congruent to 448(mod 512) append length of message (before pre-processing), in bits, as 64-bit big-endian integer
Process the message in successive 512-bit chunks:
break message into 512-bit chunks
for each chunk
break chunk into sixteen 32-bit big-endian words w[0..15]
Extend the sixteen 32-bit words into sixty-four 32-bit words: for i from 16 to 63 s0 := (w[i-15] rightrotate 7) xor (w[i-15] rightrotate 18) xor(w[i-15] rightshift 3) s1 := (w[i-2] rightrotate 17) xor (w[i-2] rightrotate 19) xor(w[i-2] rightshift 10) w[i] := w[i-16] + s0 + w[i-7] + s1
Initialize hash value for this chunk: a := h0 b := h1 c := h2 d := h3 e := h4 f := h5 g := h6 h := h7
Main loop: for i from 0 to 63 s0 := (a rightrotate 2) xor (a rightrotate 13) xor(a rightrotate 22) maj := (a and b) xor (a and c) xor(b and c) t2 := s0 + maj s1 := (e rightrotate 6) xor (e rightrotate 11) xor(e rightrotate 25) ch := (e and f) xor ((not e) and g) t1 := h + s1 + ch + k[i] + w[i] h := g g := f f := e e := d + t1 d := c c := b b := a a := t1 + t2
Add this chunk's hash to result so far: h0 := h0 + a h1 := h1 + b h2 := h2 + c h3 := h3 + d h4 := h4 + e h5 := h5 + f h6 := h6 + g h7 := h7 + h
Produce the final hash value (big-endian):
digest = hash = h0 append h1 append h2 append h3 append h4 append h5 append h6 append h7
其中ch
函數及maj
函數可利用前述SHA-1的優化方式改寫。
SHA-224和SHA-256基本上是相同的,除了:
h0
到h7
的初始值不同,以及- SHA-224輸出時截掉
h7
的函數值。
SHA-512和SHA-256的結構相同,但:
- SHA-512所有的數字都是64位元,
- SHA-512執行80次加密迴圈而非64次,
- SHA-512初始值和常數拉長成64位元,以及
- 二者位元的偏移量和循環位移量不同。
SHA-384和SHA-512基本上是相同的,除了:
h0
到h7
的初始值不同,以及- SHA-384輸出時截掉
h6
和h7
的函數值。
实现
Windows操作系统的System32目录下有certutil.exe,可以直接调用,例如:
certutil -hashfile yourfilename.ext SHA256
参考文献
- Dmitry Khovratovich, Christian Rechberger & Alexandra Savelieva. (PDF). IACR Cryptology ePrint Archive. 2011,. 2011:286 [2016-12-15]. (原始内容存档 (PDF)于2016-07-22).
- Mario Lamberger & Florian Mendel. (PDF). IACR Cryptology ePrint Archive. 2011,. 2011:37 [2016-12-15]. (原始内容存档 (PDF)于2017-03-29).
- (PDF). [2016-12-15]. (原始内容 (PDF)存档于2014-10-14).
- (PDF). csrc.nist.gov. [2017-01-13]. (原始内容存档 (PDF)于2012-03-18).