關於SHA算法原理與常用實現方式

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看本文前，最好先看看之前的這一篇關於MD5算法的介紹。

MD5算法原理與常用實現

定義

SHA算法（Secure Hash Algorithm），又叫安全散列算法。

SHA算法是基於MD4算法的基礎上，演變而來。

但SHA算法出生好，是美國國傢安全局設計的。

SHA算法，是一個系列傢族，包括SHA-1，SHA-2（SHA-224、SHA-256、SHA-384、SHA-512），括號中的四個通常被統稱為SHA-2。

JDK中對SHA-1、SHA-256、SHA-384、SHA-512都有實現。

  • SHA-1的最終密碼長度是160位。
  • SHA-256的最終密碼長度是256位。
  • SHA-384的最終密碼長度是384位。
  • SHA-512的最終密碼長度是512位。

SHA算法，實際上也是一種消息摘要算法，這個和MD算法是類似的。

本文主要介紹SHA-256算法。

任意長度的消息文件，通過SHA-256算法加密，最終得到的密文都是256位（32字節），通常用一個長度為64的十六進制字符串來表示。

效果上，SHA算法，與MD5算法都差不多，主要特點都是不可逆。

MD5和SHA-1的碰撞問題

碰撞問題，就是指對於一個算法，由明文生成的密文，並不是唯一的，甚至可以人為的通過構造新的明文去得到指定的密文。

對於能出現這種情況的算法，我們就說這個算法是有碰撞問題的，簡單理解就是兩個不同的明文，通過算法加密，卻得到瞭同樣的密文。

目前為止，MD5算法和SHA-1算法，都被證實瞭存在碰撞問題。

所以在安全性特別高的場景下，都不會用MD5算法和SHA-1算法，至少都用SHA-256算法瞭。

常見應用場景

1、類似MD5的應用場景

MD5的應用場景，SHA算法基本也都可以使用。

2、比特幣

比特幣中，挖礦算法其實就是SHA-256算法，礦工們根據不斷修改隨機數，不斷的進行SHA-256運算，最終算的快的挖到礦。

3、https簽名算法會用到

打開瀏覽器，以谷歌為例，查看任意一個整數的詳情：

簽名算法就是：帶 RSA 加密的 SHA-256，如下圖：

SHA-256算法原理

SHA傢族的基本算法思想，都和MD5一樣，先定義常量，然後循環計算，最後組裝，不同的就是循環裡面的計算方式。

1、填補信息

類似MD5

2、拿到初始值

MD5中有4個初始值，而SHA-256中，有8個。

h0 := 0x6a09e667
h1 := 0xbb67ae85
h2 := 0x3c6ef372
h3 := 0xa54ff53a
h4 := 0x510e527f
h5 := 0x9b05688c
h6 := 0x1f83d9ab
h7 := 0x5be0cd19

3、真正的計算

計算分為多次循環，每次循環，都是用ABCD和原文在第一步填補完的信息，進行計算，最終得到新的ABCD。最後將最後一次ABCD拼成字符串，就是最終的密文。

  • 循環先分為主循環，每個主循環中又套有子循環。
  • 主循環次數 = 原文長度/512。
  • 子循環次數 = 64次。

我們看看單次子循環都做瞭什麼：

下面是單次子循環真正的計算邏輯（這段實現摘自網友）：

java實現和使用

其實看過上一篇MD5介紹的，就會發現，其實SHA的java實現，和MD5的java實現，幾乎一模一樣。

唯一的不同，就是MessageDigest.getInstance(“SHA”);這個方法中：

  • SHA-1算法的入參是SHA
  • SHA-256算法的入參是SHA-256
  • SHA-384算法的入參是SHA-384
  • SHA-512算法的入參是SHA-512

MD5的入參是MD5

public class SHA1Util {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        System.out.println(encodeString("123"));
    }
    public static String encodeString(String plainText) throws UnsupportedEncodingException {
        return encodeBytes(plainText.getBytes("UTF-8"));
    }
    public static String encodeBytes(byte[] bytes) {
        try {
            MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("SHA");
            md.update(bytes);
            byte b[] = md.digest();
            int i;
            StringBuffer buf = new StringBuffer("");
            for (int offset = 0; offset < b.length; offset++) {
                i = b[offset];
                if (i < 0) {
                    i += 256;
                }
                if (i < 16) {
                    buf.append("0");
                }
                buf.append(Integer.toHexString(i));
            }
            return buf.toString();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return "";
    }
}

以上為個人經驗，希望能給大傢一個參考，也希望大傢多多支持WalkonNet。 

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