SHA-1算法

发表于 2019-04-02 更新于 2021-11-17 分类于密码学本文字数： 1.3k 阅读时长 ≈ 1 分钟

背景

SHA全称Secure Hash Algorithm，即安全散列算法。它是一个算法簇，包含多种算法。是FIPS所认证的安全散列算法。能计算出一个数字消息所对应到的，长度固定的字符串（又称消息摘要）的算法。且若输入的消息不同，它们对应到不同字符串的机率很高。

SHA-1于1995年发布，应用相当广泛，被认为是MD5的替代者，但是随着技术的进步SHA-1已经被认为是不安全的，特别是2017年荷兰密码学研究小组CWI和Google正式宣布攻破了SHA-1

SHA-2在2001年发布，包括SHA-224、SHA-256、SHA-384、SHA-512、SHA-512/224、SHA-512/256。虽然至今尚未出现对SHA-2有效的攻击，它的算法跟SHA-1基本上仍然相似，所以理论上也有漏洞

SHA-3在2015年正式发布，SHA-3并不是要取代SHA-2，因为SHA-2当前并没有出现明显的弱点。由于对MD5出现成功的破解，以及对SHA-0和SHA-1出现理论上破解的方法，NIST感觉需要一个与之前算法不同的，可替换的加密散列算法，也就是现在的SHA-3。

SHA家族几种算法比较如下：

这里我们先来梳理SHA-1的详细过程

SHA-1和MD5设计非常类似，标准文档链接，基本步骤如下

和MD5一样，填充总是增加的，也就是512的倍数少64

将原始长度的64位表示添加到末尾

每512位一块

总共有5个，其中ABCD和MD5一样，D的值位C3D2E1F0。五个值如下

A=67452301
B=efcdab89
C=98badcfe
D=10325476
E=c3d2e1f0

将A~~E赋值到a~~e
将每块分为16个子块，每个子块32位
SHA共4轮，每轮20步，输入为子块，abcde，常量。整体算法和MD5类似。与MD5不同，这里的常量仅有四个值，每轮用一个，分别是：5a827999,6ed9eba1,8f1bbcdc，ca62c1d6。
每一步的逻辑如下图所示

具体来说，一次操作的数学表达式如下：

abcde=(e + P + a<<5 + W[] + K[]),a,b<<30,c,d

P依然还是一个非线性操作，<<表示循环左移，W[]表示计算某一子块，K[]表示该轮的常量

w是将16个子块扩展为80个，前16个就是原16个子块，后面的按照下面公式计算

w[t] = (w[t-16] xor w[t-14] xor w[t-8] xor w[t-3])<<1

就这样对每一块执行80次后，输出的abcde就是160位的散列值。相比于MD5无规则的运算，SHA-1基本可以用公式表示整个算法

题图来自unsplash：https://unsplash.com/photos/I2UR7wEftf4