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SHA系列算法

news 来源：原创 2025/8/10 8:01:36

SHA1系列算法

SHA（Secure Hash Algorithm，安全散列算法）是一组加密哈希算法，用于确保数据完整性和提供消息摘要功能。SHA算法由美国国家安全局（NSA）设计，并由国家标准与技术研究院（NIST）发布，主要包括以下版本：SHA-1、SHA-2（包含多个变种，如SHA-224、SHA-256、SHA-384、SHA-512）、以及后来的SHA-3。

以下是SHA(1-512)系列的主要特点和工作原理：

1. SHA-1

  • 摘要长度: 160位。
  • 输入块大小: 512位。
  • 安全性 :
    • 曾经广泛用于数字签名和证书。
    • 已被发现存在弱点（如碰撞攻击），不再推荐用于安全应用。
  • 算法描述 :
    • 将输入分为512位块。
    • 每块通过80轮运算生成160位输出。

2. SHA-2

SHA-2 是 SHA-1 的增强版本，解决了部分安全问题，提供更强的抗碰撞性和扩展功能。包括多个变种：

2.1 SHA-224
  • 摘要长度: 224位。
  • 输入块大小: 512位。
  • 特点: 提供更短的摘要，适合嵌入式设备等资源受限场景。
2.2 SHA-256
  • 摘要长度: 256位。
  • 输入块大小: 512位。
  • 特点: 常用于区块链、TLS等安全协议。
2.3 SHA-384
  • 摘要长度: 384位。
  • 输入块大小: 1024位。
  • 特点: 比SHA-256更安全，适合对安全性要求更高的场景。
2.4 SHA-512
  • 摘要长度: 512位。
  • 输入块大小: 1024位。
  • 特点: 提供最高的摘要长度，适合处理大规模数据。
2.5 SHA-512/224 和 SHA-512/256
  • 摘要长度: 224位和256位。
  • 输入块大小: 1024位。
  • 特点: 基于SHA-512算法，但输出长度较短，性能优化。

3. SHA-3

SHA-3 基于全新的 Keccak 算法，与 SHA-2 不兼容。

  • 摘要长度: 支持 224、256、384 和 512位。
  • 输入块大小: 可变，使用 sponge（海绵）结构。
  • 安全性: 提供更高的抗碰撞性和防御分析能力。
  • 应用: 用于对 SHA-2 替代需求较高的场景。

工作原理

所有 SHA 算法都基于以下工作流程：

  1. 消息填充: 将消息填充到满足固定块大小（例如512位或1024位）。
  2. 分块处理: 将填充后的消息分为多个块。
  3. 初始哈希值: 定义初始哈希值（IV）。
  4. 压缩函数: 使用循环和逻辑操作（如与、或、非、异或、移位）处理每个数据块。
  5. 最终摘要: 将所有数据块处理完后，生成固定长度的哈希值。

安全性和应用场景

  • SHA-1: 已不安全，避免使用。
  • SHA-2: 常用于数字签名、TLS、区块链、数据完整性验证等。
  • SHA-3: 是更高安全性需求场景的未来选择。

SHA 系列算法差别

算法摘要长度块大小轮数安全性现状适用场景
SHA-1160 位512 位80不安全，已被弃用历史项目，避免使用
SHA-224224 位512 位64较安全嵌入式设备
SHA-256256 位512 位64高安全性区块链、TLS、数字签名
SHA-384384 位1024 位80高安全性高安全场景，如金融、军事
SHA-512512 位1024 位80高安全性大数据完整性验证
SHA-512/224224 位1024 位80高安全性需要更短摘要值但高安全的场景
SHA-512/256256 位1024 位80高安全性优化性能场景，替代 SHA-256

SHA 工作原理流程

  1. 消息填充
    • 补充1位、若干0位、附加原始消息长度。
  2. 消息分块
    • 切分为512位或1024位的固定大小块。
  3. 初始哈希值设置
    • 根据算法设定初始值。
  4. 循环压缩函数
    • 消息扩展、逻辑运算、状态更新，完成迭代。
  5. 生成最终摘要
    • 输出固定长度摘要值。

SHA 特性对比

特性SHA-1SHA-224SHA-256SHA-384SHA-512
安全性低中高很高很高
速度（大数据）快中中较慢较慢
资源占用低中中高高

加密算法和摘要算法

加密算法和摘要算法在信息安全中都起着重要作用，但它们有着截然不同的目的和实现方式。以下是它们的主要区别：

1. 定义和目的

加密算法
  • 定义: 将明文数据通过算法转换为密文数据，使未经授权的人无法读取。
  • 目的: 保护数据的机密性，确保只有持有密钥的用户可以解密读取原始数据。
摘要算法
  • 定义: 将任意长度的输入通过算法生成固定长度的摘要（哈希值），不能反向还原原始数据。
  • 目的: 确保数据的完整性，通过对比摘要值来检测数据是否被篡改。

2. 可逆性

加密算法
  • 可逆性: 可逆。通过密钥可以将密文解密回明文。
  • 过程:
    • 加密：明文 + 密钥 -> 密文
    • 解密：密文 + 密钥 -> 明文
摘要算法
  • 不可逆性: 不可逆。通过摘要值无法还原原始数据。
  • 过程:
    • 摘要：输入数据 -> 固定长度摘要

3. 输出特性

加密算法
  • 输出长度: 密文长度通常取决于输入数据的长度或算法的块大小。
  • 输出特性: 输出的密文与密钥相关，不同密钥生成的密文不同。
摘要算法
  • 输出长度: 固定长度摘要值（如 SHA-256 的输出为 256 位）。
  • 输出特性:
    • 对相同输入，总是生成相同的摘要。
    • 对不同输入，即使仅差一位，生成完全不同的摘要（雪崩效应）。

4. 主要用途

加密算法
  • 用途:
    • 数据传输保护（如HTTPS协议中的AES加密）。
    • 文件加密存储。
    • 用户身份验证（结合解密）。
摘要算法
  • 用途:
    • 数据完整性验证（如文件校验、数字签名）。
    • 密码存储（如哈希后的密码存入数据库）。
    • 唯一标识生成（如Git中通过哈希生成版本标识）。

5. 主要类型

加密算法
  • 对称加密（加密和解密使用相同密钥）:
    • 如 AES、DES、3DES。
  • 非对称加密（加密和解密使用不同密钥）:
    • 如 RSA、ECC。
摘要算法
  • 如 MD5、SHA-1、SHA-256、SHA-3。

6. 抗攻击性

加密算法
  • 攻击形式:
    • 密码分析（尝试破解密钥）。
    • 中间人攻击（拦截加密通信）。
  • 防护策略:
    • 使用强密钥和随机化（如初始化向量IV）。
    • 定期更换密钥。
摘要算法
  • 攻击形式:
    • 碰撞攻击（找到两个不同输入的相同摘要）。
    • 预映像攻击（找到生成特定摘要的输入）。
  • 防护策略:
    • 使用更安全的算法（如SHA-256取代MD5）。
特性加密算法摘要算法
目的确保机密性确保完整性
可逆性可逆（解密回原文）不可逆（无法还原原文）
输出长度可变固定
用途数据保护、机密通信数据校验、完整性验证

加密算法和摘要算法经常结合使用，例如在数字签名中，使用摘要算法生成哈希值，再通过非对称加密对哈希值加密，确保消息的完整性和认证性。

SHA-256 API说明

SHA-256 API 是一种计算固定长度 (256位) 哈希值的接口，常用于数据完整性校验和密码学应用。以下是关于 SHA-256 API 的常见功能和设计说明：

1. API 功能

功能描述
初始化 (Init)初始化 SHA-256 哈希计算上下文。
数据更新 (Update)将数据流（可分块）输入到哈希计算中。
完成计算 (Finalize)输出最终的 256 位哈希值。
单次计算 (Hash)对整个数据一次性计算并输出哈希值（无状态）。
重置 (Reset)重置上下文，允许重新计算新的哈希值。

2. API 函数

1. 初始化上下文
int SHA256_Init(SHA256_CTX *ctx);
  • 输入: 上下文指针 ctx。
  • 输出: 初始化状态，返回 0 表示成功。
2. 输入数据更新
int SHA256_Update(SHA256_CTX *ctx, const uint8_t *data, size_t len);
  • 输入:
    • ctx: 哈希上下文指针。
    • data: 数据指针。
    • len: 数据长度。
  • 输出: 状态更新，返回 0 表示成功。
3. 完成并输出哈希
int SHA256_Final(uint8_t *digest, SHA256_CTX *ctx);
  • 输入:
    • digest: 输出哈希值的指针（长度 32 字节）。
    • ctx: 哈希上下文指针。
  • 输出: 计算结果，返回 0 表示成功。
4. 单次计算（无上下文管理）
int SHA256(const uint8_t *data, size_t len, uint8_t *digest);
  • 输入:
    • data: 输入数据指针。
    • len: 数据长度。
    • digest: 输出哈希值的指针。
  • 输出: 返回 0 表示成功。

3. 示例

以下是一个使用 SHA-256 API 的完整伪代码示例：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include "sha256.h"int main() {uint8_t digest[32];  // 保存最终哈希值SHA256_CTX ctx;      // 声明上下文// 初始化if (SHA256_Init(&ctx) != 0) {printf("SHA256_Init failed.\n");return -1;}// 更新数据const char *data = "Hello, SHA-256!";if (SHA256_Update(&ctx, (uint8_t *)data, strlen(data)) != 0) {printf("SHA256_Update failed.\n");return -1;}// 计算哈希值if (SHA256_Final(digest, &ctx) != 0) {printf("SHA256_Final failed.\n");return -1;}// 打印结果printf("SHA-256 Hash: ");for (int i = 0; i < 32; i++) {printf("%02x", digest[i]);}printf("\n");return 0;
}
C++示例：SHA-256 哈希计算
#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <openssl/sha.h> // OpenSSL 的 SHA-256 头文件
#include <string>
#include <vector>std::string sha256(const std::string& data) {// 保存结果的缓冲区unsigned char hash[SHA256_DIGEST_LENGTH];// 调用 OpenSSL 的 SHA256 函数SHA256_CTX sha256;SHA256_Init(&sha256);SHA256_Update(&sha256, data.c_str(), data.size());SHA256_Final(hash, &sha256);// 将哈希值转换为十六进制字符串std::stringstream ss;for (int i = 0; i < SHA256_DIGEST_LENGTH; ++i) {ss << std::hex << std::setw(2) << std::setfill('0') << static_cast<int>(hash[i]);}return ss.str();
}int main() {// 输入数据std::string data = "Hello, SHA-256!";// 计算哈希std::string hashValue = sha256(data);// 输出结果std::cout << "Input Data: " << data << std::endl;std::cout << "SHA-256 Hash: " << hashValue << std::endl;return 0;
}
解析
  1. 依赖库:
    • 本代码依赖 OpenSSL 库，需确保安装了 OpenSSL。
    • 可以通过命令 sudo apt install libssl-dev 安装（Linux 环境）。
  2. 核心函数:
    • SHA256_Init: 初始化 SHA-256 哈希上下文。
    • SHA256_Update: 向哈希上下文中输入数据（支持分块）。
    • SHA256_Final: 计算并获取最终的哈希值。
  3. 哈希结果格式:
    • 使用 std::stringstream 将哈希结果转换为十六进制字符串。
编译和运行
编译命令
g++ -o sha256_example sha256_example.cpp -lssl -lcrypto
运行命令
./sha256_example
输出结果示例
Input Data: Hello, SHA-256!
SHA-256 Hash: 5d41402abc4b2a76b9719d911017c592
可选优化
  1. 大文件处理:
    • 使用 SHA256_Update 分块处理大文件数据，避免内存占用过高。
    • 示例代码可扩展为读取文件流，逐块更新哈希值。

比如一个文件大小为6GB，32位程序无法访问大于4GB的内存空间（其实程序员可以操作的最多也就3GB，程序/数据/栈/保护区等会占用1GB左右的空间），这时如何计算这个文件的散列值？SHA1肯定是不行的了。这时可以分N次来读这个文件，每次读1MB的数据，然后调用SHA1_Update函数来累计计算散列值，读完文件的所有数据后，再调用SHA1_Final函数来得到最终的散列值。

4. 应用场景

  • 密码存储: 哈希后存储密码以提高安全性。
  • 数据完整性校验: 检测文件传输是否被篡改。
  • 区块链: 用于链上数据和交易的唯一标识。
  • 数字签名: 作为签名算法的前置步骤。

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编程日记 2025/8/4 8:27:01

Windows命令行软件管理器：Chocolatey

文章目录 Windows命令行软件管理器&#xff1a;Chocolatey1.Chocolatey使用1.1 安装1.2 常用命令1.3 使用流程 2.常用shell命令汇总 Windows命令行软件管理器&#xff1a;Chocolatey Chocolatey 是一款强大的 Windows 命令行软件管理器&#xff0c;目前在 GitHub 上已斩获 10.…...

编程日记 2025/8/4 8:26:59

【MySQL】第二弹——MySQL表的增删改查(CRUD)

文章目录 &#x1f393;一. CRUD&#x1f393;二. 新增(Create)&#x1f393;三. 查询(Rertieve)&#x1f4d6;1. 全列查询&#x1f4d6;2. 指定列查询&#x1f4d6;3. 查询带有表达式&#x1f4d6;4. 起别名查询(as )&#x1f4d6; 5. 去重查询(distinct)&#x1f4d6;6. 排序…...

编程日记 2025/8/4 8:26:57

Windows环境，Python实现对本机处于监听状态的端口，打印出端口，进程ID，程序名称

1、pip install tabulate 2、代码实现 #!/usr/bin/env python # -*- coding: utf-8 -*-""" Windows端口监听程序 显示本机处于监听状态的端口&#xff0c;进程ID和程序名称 """import subprocess import re import os import sys from tabulat…...

编程日记 2025/8/4 8:26:55

什么是变量提升？

变量提升&#xff08;Hoisting&#xff09; 是 JavaScript 引擎在代码执行前的一个特殊行为&#xff0c;它会将变量声明和函数声明自动移动到当前作用域的顶部。但需要注意的是&#xff0c;只有声明会被提升&#xff0c;赋值操作不会提升。 ​​核心概念​​ 变量声明提升&…...

编程日记 2025/8/4 8:26:54

Java大师成长计划之第15天：Java线程基础

&#x1f4e2; 友情提示&#xff1a; 本文由银河易创AI&#xff08;https://ai.eaigx.com&#xff09;平台gpt-4o-mini模型辅助创作完成&#xff0c;旨在提供灵感参考与技术分享&#xff0c;文中关键数据、代码与结论建议通过官方渠道验证。 在现代软件开发中&#xff0c;多线程…...

编程日记 2025/8/4 8:26:51

中小企业设备预测性维护：从技术原理到中讯烛龙实践落地指南

在工业 4.0 与智能制造浪潮的推动下&#xff0c;中小企业正面临设备管理模式的深刻变革。传统的事后维修与预防性维护策略&#xff0c;因缺乏数据驱动与智能决策能力&#xff0c;已难以满足企业降本增效的核心诉求。据 Gartner 统计&#xff0c;非计划停机导致的生产损失平均每…...

编程日记 2025/8/4 8:26:49

mysql 复习

mysql定义与架构 数据库是按照数据结构来组织、存储和管理数据的仓库&#xff0c;方便我们增删查改。MySQL有客户端和服务器端&#xff0c;基于网络服务的&#xff0c;3306端口处于监听状态。 数据库的存储介质有以下两种&#xff1a; 磁盘&#xff0c;比如MySQL就是一种磁盘…...

编程日记 2025/8/4 8:26:47

高低比率策略

本策略的核心在于运用技术指标结合基本规则进行交易决策&#xff0c;旨在通过高低比率策略捕捉市场的超买和超卖信号&#xff0c;以此指导交易行为。 一、交易逻辑思路 1. 指标计算&#xff1a; - 本策略首先通过EMA&#xff08;指数移动平均&#xff09;计算快线和慢线的值&am…...

编程日记 2025/8/4 8:26:45

python线上学习进度报告

一、mooc学习 二、python123学习...

编程日记 2025/8/8 23:24:20

深入剖析ThreadLocal：原理、应用与最佳实践

深入剖析ThreadLocal&#xff1a;原理、应用与最佳实践 一、ThreadLocal的本质与价值 1.1 什么是ThreadLocal&#xff1f; ThreadLocal是Java提供的线程本地变量机制&#xff0c;允许每个线程拥有独立的变量副本&#xff0c;实现线程间的数据隔离。它通过“空间换时间”的方式…...

编程日记 2025/8/4 8:26:41

nginx 配置后端健康检查模块

nginx自带的针对后端节点健康检查的功能比较简单，通过默认自带的ngx_http_proxy_module 模块和ngx_http_upstream_module模块中的参数来完成，当后端节点出现故障时，自动切换到健康节点来提供访问。但是nginx不能事先知道后端节点状态是否健康，后端即使有不健康节点，负载均…...

编程日记 2025/8/6 0:23:55

路由交换实验

案例一&#xff1a;实施和配置RIPV2 1.给AR1配置接口 查看R1接口配置情况 2.配置三台路由的RIP协议&#xff0c;版本为version2 &#xff0c;关闭自动汇总&#xff0c;通告所有的直连接口 案例二&#xff1a;配置多区域的OSPF协议 1.配置R1的接口IP地址参数 2.配置r2,r3的接口参…...

编程日记 2025/8/4 8:26:37

主成分分析(PCA)是什么？简易理解版

文章目录 一、PCA的本质与核心价值二、数据中的"重要方向"&#xff1a;理解变异性三、主成分的数学基础四、荷载向量的深入理解五、PCA的计算过程详解5.1 数据预处理5.2 计算协方差矩阵5.3 特征分解5.4 主成分得分计算 六、PCA的实际应用解读七、PCA的工具与实现7.1 …...

编程日记 2025/8/9 22:19:09

Linux常用命令34——uname显示系统内核信息

在使用Linux或macOS日常开发中&#xff0c;熟悉一些基本的命令有助于提高工作效率&#xff0c;uname命令来自英文词组UNIX name的缩写&#xff0c;其功能是查看系统主机名、内核及硬件架构等信息。如果不加任何参数&#xff0c;默认仅显示系统内核名称&#xff08;相当于-s参数…...

编程日记 2025/8/9 7:42:39

Linux下使用openssh搭建sftp服务

创建 SFTP 用户组 为 SFTP 用户创建一个专用组&#xff1a; sudo groupadd sftpusers 创建 SFTP 用户 创建 SFTP 用户并将其添加到 sftpusers 组&#xff0c;同时指定用户的主目录和禁止 shell 访问&#xff1a; sudo useradd -g sftpusers -s /sbin/nologin username sud…...

编程日记 2025/8/4 8:26:28

C++ 复习（一）

命名空间 概念 &#xff1a; 命名空间的主要作用是创建一个新的作用域 里面可以放函数 变量 定义 为了防止命名冲突 实现 : 通过使用namespace 空间名 {} 在大括号中添加 内容 1. 这里命名空间允许嵌套 2. 在同一个工程中允许存在多个同名的命名空间 在最后编译…...

编程日记 2025/8/4 8:26:26