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高阶哈希算法

news 来源：原创 2025/8/26 22:14:02

SHA-256简介

SHA-256 是 **SHA-2（Secure Hash Algorithm 2）**家族中的一种哈希算法，由美国国家安全局设计，并于 2001 年发布。它能够将任意长度的数据映射为一个固定长度256 位，即 32 字节的哈希值，通常以 64 个十六进制字符的形式表示。SHA-256 被广泛用于数据完整性验证、数字签名、区块链等领。

SHA-256 的特点

  1. 固定输出长度：
    • SHA-256 生成的哈希值始终是 256 位（32 字节）。
  2. 不可逆性：
    • 从哈希值无法反推出原始数据。
  3. 雪崩效应：
    • 输入数据的微小变化会导致输出哈希值的巨大变化。
  4. 抗碰撞性：
    • 设计上极难找到两个不同的输入生成相同的哈希值。
  5. 高效性：
    • 计算速度快，适合处理大量数据。
  6. 安全性：
    • 目前尚未发现有效的攻击方法，被广泛认为是安全的。

SHA-256 的应用场景

  1. 数据完整性验证：
    • 通过比较文件的 SHA-256 值，可以验证文件是否被篡改。
  2. 数字签名：
    • 用于生成数据的唯一标识，确保数据的真实性和完整性。
  3. 区块链：
    • 比特币和其他加密货币使用 SHA-256 进行区块哈希计算。
  4. 密码存储：
    • 用于存储用户密码的哈希值（通常与盐值结合使用）。
  5. 证书和密钥：
    • 用于生成 SSL/TLS 证书和密钥。

SHA-256 的工作原理

SHA-256 的计算过程可以分为以下几个步骤：

1. 填充数据
  • 将输入数据的长度填充至 512 位（64 字节）的倍数。
  • 填充方式：在数据末尾添加一个 1，然后添加若干个 0，最后添加一个 64 位的整数，表示原始数据的长度。
2. 初始化哈希值

  • SHA-256 使用 8 个 32 位的状态变量（A, B, C, D, E, F, G, H），初始值为以下常量：

    A = 0x6A09E667
B = 0xBB67AE85
C = 0x3C6EF372
D = 0xA54FF53A
E = 0x510E527F
F = 0x9B05688C
G = 0x1F83D9AB
H = 0x5BE0CD19
3. 分块处理
  • 将填充后的数据分割成若干个 512 位（64 字节）的块。
  • 对每个块进行 64 轮处理。
4. 64 轮变换
  • 每轮使用以下非线性函数和常量：
    • Ch: Ch(x, y, z) = (x & y) ^ (~x & z)
    • Maj: Maj(x, y, z) = (x & y) ^ (x & z) ^ (y & z)
    • Σ0: Σ0(x) = (x >>> 2) ^ (x >>> 13) ^ (x >>> 22)
    • Σ1: Σ1(x) = (x >>> 6) ^ (x >>> 11) ^ (x >>> 25)
    • 常量表：使用 64 个预定义的常量值。
5. 更新哈希值
  • 每轮处理后，更新状态变量（A, B, C, D, E, F, G, H）。
6. 输出哈希值
  • 将最终的 8 个状态变量（A, B, C, D, E, F, G, H）按大端序拼接，生成 256 位的哈希值。

SHA-256 的伪代码

以下是 SHA-256 算法的简化伪代码：

Input: 数据 data
Output: 256 位的哈希值1. 填充数据：- 在 data 末尾添加 1 和若干个 0，使其长度 ≡ 448 mod 512- 在末尾添加 64 位的原始数据长度2. 初始化哈希值：A = 0x6A09E667B = 0xBB67AE85C = 0x3C6EF372D = 0xA54FF53AE = 0x510E527FF = 0x9B05688CG = 0x1F83D9ABH = 0x5BE0CD193. 对每个 512 位块进行处理：- 将块分割为 16 个 32 位字- 扩展为 64 个 32 位字- 进行 64 轮变换4. 输出哈希值：- 将 A, B, C, D, E, F, G, H 按大端序拼接- 转换为 64 个十六进制字符

SHA-256 的代码实现

以下是 SHA-256 的 C 语言实现的核心部分：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdint.h>// SHA-256 状态变量
typedef struct {uint32_t state[8];  // A, B, C, D, E, F, G, Huint8_t buffer[64]; // 缓冲区uint64_t length;    // 数据长度
} SHA256_CTX;// 初始化 SHA-256 上下文
void SHA256_Init(SHA256_CTX *ctx) {ctx->state[0] = 0x6A09E667;ctx->state[1] = 0xBB67AE85;ctx->state[2] = 0x3C6EF372;ctx->state[3] = 0xA54FF53A;ctx->state[4] = 0x510E527F;ctx->state[5] = 0x9B05688C;ctx->state[6] = 0x1F83D9AB;ctx->state[7] = 0x5BE0CD19;ctx->length = 0;
}// 更新 SHA-256 上下文
void SHA256_Update(SHA256_CTX *ctx, const uint8_t *data, size_t len) {// 处理数据块
}// 生成最终的 SHA-256 哈希值
void SHA256_Final(SHA256_CTX *ctx, uint8_t digest[32]) {// 填充数据并生成哈希值
}// 计算数据的 SHA-256 值
void SHA256(const uint8_t *data, size_t len, uint8_t digest[32]) {SHA256_CTX ctx;SHA256_Init(&ctx);SHA256_Update(&ctx, data, len);SHA256_Final(&ctx, digest);
}

SHA-256 的优缺点

优点：
  1. 安全性高：抗碰撞性强，尚未发现有效的攻击方法。
  2. 固定输出长度：便于存储和比较。
  3. 高效性：计算速度快，适合处理大量数据。
缺点：
  1. 计算资源消耗较大：相比 MD5，SHA-256 的计算开销更大。
  2. 不适合密码存储：虽然安全，但通常需要与盐值结合使用。

以下是 MD5 和 SHA-256 的对比表格：

特性MD5SHA-256
全称Message Digest Algorithm 5Secure Hash Algorithm 256-bit
设计者Ronald Rivest美国国家安全局（NSA）
发布时间19912001
输出长度128 位（16 字节）256 位（32 字节）
哈希值表示32 个十六进制字符64 个十六进制字符
不可逆性是是
雪崩效应是是
抗碰撞性弱（存在碰撞风险）强（尚未发现有效碰撞攻击）
计算速度快较慢（比 MD5 慢）
安全性不安全（已被证明存在碰撞漏洞）安全（目前无有效攻击方法）
应用场景文件校验、数据去重（不推荐用于安全场景）文件校验、数字签名、区块链、密码存储
填充方式填充至 448 位（56 字节）的倍数填充至 512 位（64 字节）的倍数
状态变量4 个（A, B, C, D）8 个（A, B, C, D, E, F, G, H）
处理轮数4 轮（每轮 16 次操作）64 轮
非线性函数F, G, H, ICh, Maj, Σ0, Σ1
常量表无64 个预定义常量
初始值A=0x67452301, B=0xEFCDAB89, C=0x98BADCFE, D=0x10325476A=0x6A09E667, B=0xBB67AE85, C=0x3C6EF372, D=0xA54FF53A, E=0x510E527F, F=0x9B05688C, G=0x1F83D9AB, H=0x5BE0CD19
推荐使用场景非安全性场景（如文件校验）安全性要求高的场景（如数字签名、区块链）
  • MD5：计算速度快，但安全性不足，已被证明存在碰撞漏洞，不推荐用于安全性要求高的场景。
  • SHA-256：安全性高，抗碰撞性强，是目前广泛使用的哈希算法，适合安全性要求高的场景。

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编程日记 2025/8/21 22:44:46

32.C++二叉树进阶1（二叉搜索树）

⭐上篇文章&#xff1a;31.C多态4&#xff08;静态多态&#xff0c;动态多态&#xff0c;虚函数表的存储位置&#xff09;-CSDN博客 ⭐本篇代码&#xff1a;c学习/18.二叉树进阶-二叉搜索树 橘子真甜/c-learning-of-yzc - 码云 - 开源中国 (gitee.com) ⭐标⭐是比较重要的部分…...

编程日记 2025/8/16 10:14:39

RV1126+FFMPEG多路码流监控项目

一.项目介绍&#xff1a; 本项目采用的是易百纳RV1126开发板和CMOS摄像头&#xff0c;使用的推流框架是FFMPEG开源项目。这个项目的工作流程如下(如上图)&#xff1a;通过采集摄像头的VI模块&#xff0c;再通过硬件编码VENC模块进行H264/H265的编码压缩&#xff0c;并把压缩后的…...

编程日记 2025/8/23 12:23:47

doris: SQL Server

Doris JDBC Catalog 支持通过标准 JDBC 接口连接 SQL Server 数据库。本文档介绍如何配置 SQL Server 数据库连接。 使用须知​ 要连接到 SQL Server 数据库&#xff0c;您需要 SQL Server 2012 或更高版本&#xff0c;或 Azure SQL 数据库。 SQL Server 数据库的 JDBC 驱动…...

编程日记 2025/8/21 16:13:02

valgrind 检测多线程 bug，检测 并发 bug concurrent bug parallel bug

valgrind --toolhelgrind ./your_program 如果检测的对象是大型程序&#xff0c;可以设定仅在某些函数中开启 valgrind 的检测&#xff1a; Valgrind 提供了一些客户请求&#xff08;client requests&#xff09;&#xff0c;可以在代码中插入特定的宏来控制 Valgrind 的行为。…...

编程日记 2025/8/21 12:14:29

查看k8s集群的资源使用情况

查看Kubernetes&#xff08;k8s&#xff09;集群的资源使用情况有多种方法&#xff0c;以下是一些常见的方式&#xff1a; 使用kubectl命令行工具 查看节点资源使用情况 kubectl top nodes命令可以显示集群中各个节点的CPU和内存使用情况。例如&#xff1a; NAME …...

编程日记 2025/8/25 0:51:23

在 k8s中查看最大 CPU 和内存的极限

在 Kubernetes&#xff08;k8s&#xff09;中&#xff0c;你可以从不同层面查看最大 CPU 和内存的极限&#xff0c;下面为你详细介绍从节点和集群层面查看的方法。 查看节点的 CPU 和内存极限 节点的 CPU 和内存极限是指单个节点上可分配的最大资源量&#xff0c;可通过以下几…...

编程日记 2025/8/20 11:06:20

IDC权威认证！永洪科技入选 IDC「GBI图谱」，点亮生成式 BI 价值灯塔

大数据市场正在稳步前进&#xff0c;生成式AI已成为厂商服务的重点方向&#xff0c;其发展离不开数据底座建设和数据工程管理&#xff0c;反过来AI也会帮助开发运维人员、业务人员和管理层更好地使用、查询数据。IDC调研数据显示&#xff0c;在生成式AI的驱动下&#xff0c;未来…...

编程日记 2025/8/20 2:34:52