SHA-2

✍ dations ◷ 2025-06-08 12:28:27 #密码散列函数,密码学

A 2011 attack breaks preimage resistance for 57 out of 80 rounds of SHA-512, and 52 out of 64 rounds for SHA-256.

SHA-2,名称来自于安全散列算法2(英语:Secure Hash Algorithm 2)的缩写,一种密码散列函数算法标准,由美国国家安全局研发,由美国国家标准与技术研究院(NIST)在2001年发布。属于SHA算法之一,是SHA-1的后继者。其下又可再分为六个不同的算法标准,包括了:SHA-224、SHA-256、SHA-384、SHA-512、SHA-512/224、SHA-512/256。

NIST发布了三个额外的SHA变体,这三个函数都将消息对应到更长的消息摘要。以它们的摘要长度(以比特计算)加在原名后面来命名:SHA-256,SHA-384和SHA-512。它们发布于2001年的FIPS PUB 180-2草稿中,随即通过审查和评论。包含SHA-1的FIPS PUB 180-2,于2002年以官方标准发布。2004年2月,发布了一次FIPS PUB 180-2的变更通知,加入了一个额外的变种SHA-224,这是为了符合双密钥3DES所需的密钥长度而定义。

SHA-256和SHA-512是很新的散列函数,前者以定义一个word为32位,后者则定义一个word为64位。它们分别使用了不同的偏移量,或用不同的常量,然而,实际上二者结构是相同的,只在循环运行的次数上有所差异。SHA-224以及SHA-384则是前述二种散列函数的截短版,利用不同的初始值做计算。

这些新的散列函数并没有接受像SHA-1一样的公众密码社群做详细的检验,所以它们的密码安全性还不被大家广泛的信任。Gilbert和Handschuh在2003年曾对这些新变种作过一些研究,声称他们没有找到弱点。

以下是SHA-256算法的伪代码。注意,64个word w中的比特比起SHA-1算法,混合的程度大幅提升。

(first 32 bits of the fractional parts of the square roots of the first 8 primes 2..19):h0 := 0x6a09e667h1 := 0xbb67ae85h2 := 0x3c6ef372h3 := 0xa54ff53ah4 := 0x510e527fh5 := 0x9b05688ch6 := 0x1f83d9abh7 := 0x5be0cd19
(first 32 bits of the  of the cube roots of the first 64 primes 2..311):k :=   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
append the bit '1' to the messageappend k bits '0', where k is the minimum number >= 0 such that the resulting message    length (in ) is congruent to 448(mod 512)append length of message (before pre-processing), in , as 64-bit big-endian integer
break message into 512-bit chunksfor each chunk    break chunk into sixteen 32-bit big-endian words w
        for i from 16 to 63        s0 := (w rightrotate 7) xor (w rightrotate 18) xor(w rightshift 3)        s1 := (w rightrotate 17) xor (w rightrotate 19) xor(w rightshift 10)        w := w + s0 + w + s1
        a := h0    b := h1    c := h2    d := h3    e := h4    f := h5    g := h6    h := h7
        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 + w        h := g        g := f        f := e        e := d + t1        d := c        c := b        b := a        a := t1 + t2
        h0 := h0 + a    h1 := h1 + b    h2 := h2 + c    h3 := h3 + d    h4 := h4 + e    h5 := h5 + f    h6 := h6 + g    h7 := h7 + h
digest = hash = h0 append h1 append h2 append h3 append h4 append h5 append h6 append h7

其中ch函数及maj函数可利用前述SHA-1的优化方式改写。

SHA-224和SHA-256基本上是相同的,除了:

SHA-512和SHA-256的结构相同,但:

SHA-384和SHA-512基本上是相同的,除了:

Windows操作系统的System32目录下有certutil.exe,可以直接调用,例如:

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