hi，大家好，明天咱们开始介绍音讯摘要算法中的SHA（Secure Hash Algorithm）平安散列算法。因为其余曾被宽泛应用的Hash算法，比方上一篇文章提到的MD5，起初都被发现存在肯定的安全隐患，新的摘要算法算法就呈现了。SHA 算法是由美国国家安全局（NSA）所设计，并由美国国家标准与技术研究院（NIST）于1993年公布，是美国的政府规范。从2005年至今，SHA或者曾经成为仅存的Hash算法的规范了。
SHA家族的五个算法，别离是SHA-1、SHA-224、SHA-256、SHA-384 和 SHA-512。
SHA 算法家族的发展史
SHA-0
最后载明的算法于1993年公布，称做平安杂凑规范（Secure Hash Standard），FIPS PUB 180。这个版本常被称为SHA-0。因为很快被发现存在安全隐患，它在公布之后很快就被NSA撤回，并且由1995年公布的订正版本FIPS PUB 180-1（通常称为SHA-1）取代。
SHA-1
SHA-1算法和 MD5 算法都是由 MD4 算法导出，因而他们俩的特点、缺点、利用场景根本是雷同的。
它俩的区别在于SHA-1算法在长度上是40位十六进制，即160位的二进制；而MD5算法是32位的十六进制，即128位的二进制，所以2的160次是远远超过2的128次这个数量级的，所以 SHA-1 算法相对来说要比 MD5 算法更平安一些。
SHA-2
2002年，NIST别离公布了SHA-256、SHA-384、SHA-512，这些算法统称为SHA-2，2008年又新增了SHA-224。
因为SHA-1曾经不太平安，目前SHA-2各版本已成为支流。SHA-2是一系列SHA算法变体的总称，其中蕴含如下子版本：
- SHA-256：能够生成长度256bit的信息摘要。
- SHA-224：SHA-256的“阉割版”，能够生成长度224bit的信息摘要。
- SHA-512：能够生成长度512bit的信息摘要。
- SHA-384：SHA-512的“阉割版”，能够生成长度384bit的信息摘要。
SHA-3
2012年10月，通过多年的测试和剖析，美国NIST抉择了Keccak算法作为SHA - 3的规范算法，Keccak领有良好的加密性能以及抗解密能力。SHA3算法是以太坊的根底加密算法。
Keccak算法（读作为“ket-chak”）是Guido Bertoni, Joan Daemen, Michael Peters, and Giles Van Assche的工作。 SHA-3的候选人在2008年10月提交。
Keccak采纳了翻新的的“海绵引擎”散列音讯文本。它是疾速的，在英特尔酷睿2处理器下的平均速度为12.5周期每字节。它设计简略，不便硬件实现。
SHA 算法基本原理
后面咱们简略的介绍了SHA算法家族，接下来咱们以SHA-1为例来剖析其基本原理。SHA-1是一种数据加密算法，该算法的思维是接管一段明文，而后以一种不可逆的形式将它转换成一段密文，也能够简略的了解为输出一串二进制码，并把它们转化为长度较短、位数固定的输入序列即散列值，也称为信息摘要或信息认证代码的过程。
SHA-1算法输出报文的最大长度不超过264位，产生的输入是一个160位的报文摘要。输出是按512 位的分组进行解决的。SHA-1是不可逆的、防抵触，并具备良好的雪崩效应。
一般来说SHA-1算法包含有如下的处理过程：
（1）对输出信息进行解决
既然SHA-1算法是对给定的信息进行解决失去相应的摘要，那么首先须要按算法的要求对信息进行解决。那么如何解决呢？对输出的信息按512位进行分组并进行填充。如何填充信息报文呢？其实即便填充报文后使其按512进行分组后，最初正好余448位。那填充什么内容呢？就是先在报文前面加一个1，再加很多个0，直到长度满足对512取模后果为448。到这里可能有人会奇怪，为什么非得是448呢？这是因为在最初会附加上一个64位的报文长度信息，而448+64正好是512。
（2）填充长度信息
后面曾经说过了，最初会补充信息报文使其按512位分组后余448位，剩下的64位就是用来填写报文的长度信息的。至次可能大家也明确了后面说过的报文长度不能超过264位了。填充长度值时要留神必须是低位字节优先。
（3）信息分组解决
通过增加位数解决的明文，其长度正好为512位的整数倍，而后按512位的长度进行分组，能够失去肯定数量的明文分组，咱们用Y0，Y1，……YN-1示意这些明文分组。对于每一个明文分组，都要反复重复的解决，这些与MD5都是雷同的。
（4）初始化缓存
所谓初始化缓存就是为链接变量赋初值。后面咱们实现MD5算法时，说过因为摘要是128位，以32位为计算单位，所以须要4个链接变量。同样SHA-1采纳160位的信息摘要，也以32位为计算长度，就须要5个链接变量。咱们记为A、B、C、D、E。其初始赋值别离为：A = 0x67452301、B = 0xEFCDAB89、Ｃ = 0x98BADCFE、Ｄ = 0x10325476、Ｅ = 0xC3D2E1F0。
如果咱们比照后面说过的MD5算法就会发现，前４个链接变量的初始值是一样的，因为它们原本就是同源的。
（5）计算信息摘要
通过后面的筹备，接下来就是计算信息摘要了。SHA1有4轮运算，每一轮包含20个步骤，一共80步，最终产生160位的信息摘要，这160位的摘要寄存在5个32位的链接变量中。
SHA 算法的比照
不同SHA 算法的数据比拟如下表，其中的长度单位均为位：
| 类别 | SHA-1 | SHA-224 | SHA-256 | SHA-384 | SHA-512 |
|---|---|---|---|---|---|
| 音讯摘要长度 | 160 | 224 | 256 | 384 | 512 |
| 音讯长度 | <2^64 | <2^64 | <2^64 | <2^128 | <2^128 |
| 分组长度 | 512 | 512 | 512 | 1024 | 1024 |
| 计算字步长 | 32 | 32 | 32 | 64 | 64 |
| 计算步骤数 | 80 | 64 | 64 | 80 | 80 |
从上表中咱们不难发现，SHA-224和SHA-256、SHA-384和SHA-512在音讯长度、分组长度、计算字长以及计算步骤各方面别离都是统一的。通常认为SHA-224是SHA-256的缩减版，而SHA-384是SHA-512的缩减版。
SHA 算法实现
| 算法 | 摘要长度（bit） | 实现方 |
|---|---|---|
| SHA-1 | 160 | JDK、Bouncy Castle、Commons Codec |
| SHA-224 | 224 | JDK、Bouncy Castle |
| SHA-256 | 256 | JDK、Bouncy Castle、Commons Codec |
| SHA-384 | 384 | JDK、Bouncy Castle、Commons Codec |
| SHA-512 | 512 | JDK、Bouncy Castle、Commons Codec |
JDK 的 SHA 算法实现
从下面的介绍能够晓得，SHA分为多种算法，上述算法在JDK均有实现，以下实现为通用实现办法，例如，当algorithm传入对应的算法名称就能够取得对应的算法实例，比方“SHA-256”：
// SHA 加密public static String encodeSha(String data, String algorithm) throws Exception { MessageDigest sha = MessageDigest.getInstance(algorithm); byte[] srcBytes = data.getBytes(); // 应用srcBytes更新摘要 sha.update(srcBytes); // 实现哈希计算，失去result byte[] resultBytes = sha.digest(); // 返回十六进制字符串 return new HexBinaryAdapter().marshal(resultBytes);}Bouncy Castle 的 SHA 算法实现
第三方加密组件包Bouncy Castle是对JDK的补充，同样也实现了所有的SHA算法，以下为算法的通用实现：
public static String encodeSha(String data, String algorithm) throws NoSuchAlgorithmException { // 退出BouncyCastleProvider反对 Security.addProvider(new BouncyCastleProvider()); // 初始化MessageDigest MessageDigest sha = MessageDigest.getInstance(algorithm); // 获取音讯摘要 byte[] bytes = sha.digest(data.getBytes()); // 返回十六进制字符串 return Hex.toHexString(bytes);}Commons Codec 的 SHA 算法实现
Commons Codec 提供了 SHA 系列算法的音讯摘要算法的实现，在应用时能够通过封装的工具类-----DigestUtils类来进行操作。DigestUtils类是对Sun提供的MessageDigest类的一次封装，提供了残缺的实现办法。上面是以SHA-256算法实现的示例：
public static String encodeSha1Hex(String data) { return DigestUtils.sha1Hex(data);}public static String encodeSha256Hex(String data) { return DigestUtils.sha256Hex(data);}public static String encodeSha384Hex(String data) { return DigestUtils.sha384Hex(data);}public static String encodeSha512Hex(String data) { return DigestUtils.sha512Hex(data);}查看残缺代码请拜访：
https://github.com/ForTheDevelopers/JavaSecurity
利用场景
文件校验
很多软件，尤其是安全性要求较高的软件，会在官网上颁布软件的SHA值，用户下载软件后，能够自行计算软件SHA值，而后与官网颁布的SHA值进行比拟，确认软件是否被篡改过，和后面介绍的MD5的作用是一样的。同样的，Oracle官网也提供了两个版本的摘要值，别离是MD5和SHA-256，无论应用那种算法，都能够校验文件的完整性。
基于口令的加密
SHA也被用于基于口令的加密（Password Based Encryption，PBE），PBE的原理是将口令和盐（salt）混合后计算其SHA值，而后将这个散列值用作加密的秘钥。PBE能够进攻针对口令的字典攻打。
音讯认证码
音讯认证码是将“发送者和接收者之间的共享秘钥”和“音讯”进行混合后计算出的SHA。应用音讯认证码能够检测并避免通信过程中的谬误、篡改以及假装。
数字签名
数字签名是事实社会中的签名和盖章这样的行为在数字世界中的实现。数字签名的处理过程十分耗时，因而个别不会对整个音讯内容施加数字签名，而是先取音讯内容的SHA值，对SHA值进行数字签名。
平安协定
SHA算法在许多平安协定中广为应用，包含TSL/SSL、PGP、SSH、S/MIME和IPsec，同时在TSL/SSL平安协定数字证书中，也有SHA的影子，例如证书指纹个别都是通过SHA-1来实现的。
总结
SHA算法在以后生产利用中比拟常见的，其中SHA-256算法的安全性是被世界各国明码学家所宽泛抵赖的，另外也欢送大家关注咱们的公众号，回复【加解密】获取本系列的全副源码。
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