密碼學摘要演算法之SHA1

• SHA介紹
• 思想
• 處理過程
• 與MD5的區別

SHA介紹

SHA演算法，即安全雜湊演算法（Secure Hash Algorithm）是一種與MD5同源的資料加密演算法，該演算法經過加密專家多年來的發展和改進已日益完善，現在已成為公認的最安全的雜湊演算法之一，並被廣泛使用

SHA演算法能計算出一個數位資訊所對應到的，長度固定的字串，又稱資訊摘要.而且如果輸入資訊有任何的不同，輸出的對應摘要不同的機率非常高。因此SHA演算法也是FIPS所認證的五種安全雜湊演算法之一。原因有兩點：一是由資訊摘要反推原輸入資訊，從計算理論上來說是極為困難的；二是，想要找到兩組不同的輸入資訊發生資訊摘要碰撞的機率，從計算理論上來說是非常小的。任何對輸入資訊的變動，都有很高的機率導致的資訊摘要大相徑庭。

SHA實際上是一系列演算法的統稱，分別包括：SHA-1、SHA-224、SHA-256、SHA-384以及SHA-512。後面4種統稱為SHA-2，事實上SHA-224是SHA-256的縮減版，SHA-384是SHA-512的縮減版。

提一下:MD5摘要長度128bit,SHA-1摘要長度160bit

思想

接收一段明文，然後以一種不可逆的方式將它轉換成一段密文，也可以簡單的理解為輸入一串二進位制碼，並把它們轉化為長度較短、位數固定的輸出序列即雜湊值，也稱為資訊摘要或資訊認證程式碼的過程。

SHA-1演算法輸入報文的最大長度不超過264位，產生的輸出是一個160位的報文摘要。輸入是按512 位的分組進行處理的。SHA-1是不可逆的、防衝突，並具有良好的雪崩效應

處理過程

• 對輸入資訊進行處理

既然SHA-1演算法是對給定的資訊進行處理得到相應的摘要，那麼首先需要按演算法的要求對資訊進行處理。那麼如何處理呢？對輸入的資訊按512位進行分組並進行填充。如何填充資訊報文呢？其實即使填充報文後使其按512進行分組後，最後正好餘448位。那填充什麼內容呢？就是先在報文後面加一個1，再加很多個0，直到長度滿足對512取模結果為448。到這裡可能有人會奇怪，為什麼非得是448呢？這是因為在最後會附加上一個64位的報文長度資訊，而448+64正好是512。

• 填充長度
  前面已經說過了，最後會補充資訊報文使其按512位分組後餘448位，剩下的64位就是用來填寫報文的長度資訊的.填充長度值時要注意必須是低位位元組優先。

• 資訊分組處理
  經過新增位數處理的明文，其長度正好為512位的整數倍，然後按512位的長度進行分組，可以得到一定數量的明文分組，我們用Y0，Y1，……YN-1表示這些明文分組。對於每一個明文分組，都要重複反覆的處理，這些與MD5都是相同的。

  而對於每個512位的明文分組，SHA1將其再分成16份更小的明文分組，稱為子明文分組，每個子明文分組為32位，我們且使用M[t]（t= 0, 1,……15）來表示這16個子明文分組。然後需要將這16個子明文分組擴充到80個子明文分組，我們將其記為W[t]（t= 0, 1,……79），擴充的具體方法是：當0≤t≤15時，Wt = Mt；當16≤t≤79時，Wt = ( Wt-3 ⊕ Wt-8⊕ Wt-14⊕ Wt-16) <<< 1，從而得到80個子明文分組

• 初始化快取
  所謂初始化快取就是為連結變數賦初值。SHA-1採用160位的資訊摘要，以32位為計算長度，需要5個連結變數。我們記為A、B、C、D、E。其初始賦值分別為：A = 0x67452301、B = 0xEFCDAB89、Ｃ = 0x98BADCFE、Ｄ = 0x10325476、Ｅ = 0xC3D2E1F0

• 計算資訊摘要
  SHA1有4輪運算，每一輪包括20個步驟，一共80步，最終產生160位的資訊摘要，這160位的摘要存放在5個32位的連結變數中

  在SHA1的4論運算中，雖然進行的就具體操作函式不同，但邏輯過程卻是一致的。首先，定義5個變數，假設為H0、H1、H2、H3、H4，對其分別進行如下操作：
  （A）、將A左移5位與 函式的結果求和，再與對應的子明文分組、E以及計算常數求和後的結果賦予H0。
  （B）、將A的值賦予H1。
  （C）、將B左移30位，並賦予H2。
  （D）、將C的值賦予H3。
  （E）、將D的值賦予H4。
  （F）、最後將H0、H1、H2、H3、H4的值分別賦予A、B、C、D
  這一過程表示如下：
  經過4論80步計算後得到的結果，再與各連結變數的初始值求和，就得到了我們最終的資訊摘要。而對於有多個明文分組的，則將前面所得到的結果作為初始值進行下一明文分組的計算，最終計算全部的明文分組就得到了最終的結果

與MD5的區別

1. 摘要長度不同
   MD5的摘要的長度盡128bit，SHA-1摘要長度160bit。多出32bit意味著什麼呢？不同明文的碰撞機率降低了2^32 = 324294967296倍
2. 效能略有差別
   SHA-1生成摘要的效能比MD5略低