SHA-2 (англ.Secure Hash Algorithm Version 2 — безопасный алгоритм хеширования, версия 2) — семейство криптографическихалгоритмов — однонаправленных хеш-функций, включающее в себя алгоритмы SHA-224, SHA-256, SHA-384, SHA-512, SHA-512/256 и SHA-512/224.
Хеш-функции предназначены для создания «отпечатков» или «дайджестов» для сообщений произвольной длины. Применяются в различных приложениях или компонентах, связанных с защитой информации.
Хеш-функции SHA-2 разработаны Агентством национальной безопасности США и опубликованы Национальным институтом стандартов и технологий в федеральном стандарте обработки информацииFIPS PUB 180-2 в августе 2002 года[1]. В этот стандарт также вошла хеш-функция SHA-1, разработанная в 1995 году. В феврале 2004 года в FIPS PUB 180-2 была добавлена SHA-224[2]. В октябре 2008 года вышла новая редакция стандарта — FIPS PUB 180-3[3]. В марте 2012 года вышла последняя на данный момент редакция FIPS PUB 180-4, в которой были добавлены функции SHA-512/256 и SHA-512/224, основанные на SHA-512 (поскольку на 64-битных архитектурах SHA-512 работает быстрее, чем SHA-256)[4].
В июле 2006 года появился стандарт RFC 4634 «Безопасные хеш-алгоритмы США (SHA и HMAC-SHA)», описывающий SHA-1 и семейство SHA-2.
Исходное сообщение после дополнения разбивается на блоки, каждый блок — на 16 слов. Алгоритм пропускает каждый блок сообщения через цикл с 64 или 80 итерациями (раундами). На каждой итерации 2 слова преобразуются, функцию преобразования задают остальные слова. Результаты обработки каждого блока складываются, сумма является значением хеш-функции. Тем не менее, инициализация внутреннего состояния производится результатом обработки предыдущего блока. Поэтому независимо обрабатывать блоки и складывать результаты нельзя. Подробнее — см. псевдокод.
Сравнение хеш-функций
В следующей таблице показаны некоторые технические характеристики различных вариантов SHA-2. «Внутреннее состояние» обозначает промежуточную хеш-сумму после обработки очередного блока данных:
Пояснения:
Все переменные беззнаковые, имеют размер 32 бита и при вычислениях суммируются по модулю 232message — исходное двоичное сообщение
m — преобразованное сообщениеИнициализация переменных
(первые 32 бита дробных частей квадратных корней первых восьми простых чисел [от 2 до 19]):
h0 := 0x6A09E667
h1 := 0xBB67AE85
h2 := 0x3C6EF372
h3 := 0xA54FF53A
h4 := 0x510E527F
h5 := 0x9B05688C
h6 := 0x1F83D9AB
h7 := 0x5BE0CD19
Таблица констант(первые 32 бита дробных частей кубических корней первых 64 простых чисел [от 2 до 311]):
k[0..63] :=
0x428A2F98, 0x71374491, 0xB5C0FBCF, 0xE9B5DBA5, 0x3956C25B, 0x59F111F1, 0x923F82A4, 0xAB1C5ED5,
0xD807AA98, 0x12835B01, 0x243185BE, 0x550C7DC3, 0x72BE5D74, 0x80DEB1FE, 0x9BDC06A7, 0xC19BF174,
0xE49B69C1, 0xEFBE4786, 0x0FC19DC6, 0x240CA1CC, 0x2DE92C6F, 0x4A7484AA, 0x5CB0A9DC, 0x76F988DA,
0x983E5152, 0xA831C66D, 0xB00327C8, 0xBF597FC7, 0xC6E00BF3, 0xD5A79147, 0x06CA6351, 0x14292967,
0x27B70A85, 0x2E1B2138, 0x4D2C6DFC, 0x53380D13, 0x650A7354, 0x766A0ABB, 0x81C2C92E, 0x92722C85,
0xA2BFE8A1, 0xA81A664B, 0xC24B8B70, 0xC76C51A3, 0xD192E819, 0xD6990624, 0xF40E3585, 0x106AA070,
0x19A4C116, 0x1E376C08, 0x2748774C, 0x34B0BCB5, 0x391C0CB3, 0x4ED8AA4A, 0x5B9CCA4F, 0x682E6FF3,
0x748F82EE, 0x78A5636F, 0x84C87814, 0x8CC70208, 0x90BEFFFA, 0xA4506CEB, 0xBEF9A3F7, 0xC67178F2
Предварительная обработка:
m := message ǁ [единичный бит]
m := m ǁ [k нулевых бит], где k — наименьшее неотрицательное число, такое, что
(L + 1 + K) mod 512 = 448, где L — число бит в сообщении (сравнима по модулю 512 c 448)
m := m ǁ Длина(message) — длина исходного сообщения в битах в виде 64-битного числа
с порядком байтов от старшего к младшемуДалее сообщение обрабатывается последовательными порциями по 512 бит:
разбить сообщение на куски по 512 бит
для каждого куска
разбить кусок на 16 слов длиной 32 бита (с порядком байтов от старшего к младшему внутри слова): w[0..15]
Сгенерировать дополнительные 48 слов:для i от 16 до 63
s0 := (w[i-15] rotr 7) xor (w[i-15] rotr 18) xor (w[i-15] shr 3)
s1 := (w[i-2] rotr 17) xor (w[i-2] rotr 19) xor (w[i-2] shr 10)
w[i] := w[i-16] + s0 + w[i-7] + s1
Инициализация вспомогательных переменных:
a := h0
b := h1
c := h2
d := h3
e := h4
f := h5
g := h6
h := h7
Основной цикл:для i от 0 до 63
Σ0 := (a rotr 2) xor (a rotr 13) xor (a rotr 22)
Ma := (a and b) xor (a and c) xor (b and c)
t2 := Σ0 + Ma
Σ1 := (e rotr 6) xor (e rotr 11) xor (e rotr 25)
Ch := (e and f) xor ((not e) and g)
t1 := h + Σ1 + Ch + k[i] + w[i]
h := g
g := f
f := e
e := d + t1
d := c
c := b
b := a
a := t1 + t2
Добавить полученные значения к ранее вычисленному результату:
h0 := h0 + a
h1 := h1 + b
h2 := h2 + c
h3 := h3 + d
h4 := h4 + e
h5 := h5 + f
h6 := h6 + g
h7 := h7 + h
Получить итоговое значение хеша:
digest = hash = h0 ǁ h1 ǁ h2 ǁ h3 ǁ h4 ǁ h5 ǁ h6 ǁ h7
SHA-224 идентичен SHA-256, за исключением:
для инициализации переменных h0—h7 используются другие начальные значения,
Ниже приведены примеры хешей для одинакового текста при различных версиях протокола SHA-2. Во всех примерах подразумевается использование кодировки ASCII.
SHA-256("The quick brown fox jumps over the lazy dog")
= D7A8FBB3 07D78094 69CA9ABC B0082E4F 8D5651E4 6D3CDB76 2D02D0BF 37C9E592
SHA-384("The quick brown fox jumps over the lazy dog")
= CA737F10 14A48F4C 0B6DD43C B177B0AF D9E51693 67544C49 4011E331 7DBF9A50
9CB1E5DC 1E85A941 BBEE3D7F 2AFBC9B1
SHA-512("The quick brown fox jumps over the lazy dog")
= 07E547D9 586F6A73 F73FBAC0 435ED769 51218FB7 D0C8D788 A309D785 436BBB64
2E93A252 A954F239 12547D1E 8A3B5ED6 E1BFD709 7821233F A0538F3D B854FEE6
SHA-512/256("The quick brown fox jumps over the lazy dog")
= DD9D67B3 71519C33 9ED8DBD2 5AF90E97 6A1EEEFD 4AD3D889 005E532F C5BEF04D
SHA-512/224("The quick brown fox jumps over the lazy dog")
= 944CD284 7FB54558 D4775DB0 485A5000 3111C8E5 DAA63FE7 22C6AA37
Малейшее изменение сообщения в подавляющем большинстве случаев приводит к полному изменению хеша вследствие лавинного эффекта. К примеру, при изменении dog на cog (изменение затрагивает лишь один бит из 344 в кодируемой фразе) хеш изменится кардинально:
SHA-256("The quick brown fox jumps over the lazy cog")
= E4C4D8F3 BF76B692 DE791A17 3E053211 50F7A345 B46484FE 427F6ACC 7ECC81BE
Криптоанализ
Криптоанализ хеш-функции подразумевает исследование устойчивости алгоритма по отношению, по меньшей мере, к следующим видам атак:
нахождению коллизий, то есть разных сообщений с одинаковым хешем — от этого зависит безопасность электронной цифровой подписи с использованием данного хеш-алгоритма;
нахождению прообраза, то есть неизвестного сообщения по его хешу — от этого зависит безопасность хранения хешей паролей для целей аутентификации.
В 2003 году Гилберт и Хандшух провели исследование SHA-2, но не нашли каких-либо уязвимостей[8]. Однако в марте 2008 года индийские исследователи Сомитра Кумар Санадия и Палаш Саркар опубликовали найденные ими коллизии для 22 итераций SHA-256 и SHA-512[9]. В сентябре того же года они представили метод конструирования коллизий для усечённых вариантов SHA-2 (21 итерация)[10][11]. Позднее были найдены методы конструирования коллизий для 31 итерации SHA-256[12] и для 27 итераций SHA-512[13].
Ввиду алгоритмической схожести SHA-2 с SHA-1 и наличия у последней потенциальных уязвимостей принято решение, что SHA-3 будет базироваться на совершенно ином алгоритме[14][15]. 2 октября 2012 года NIST утвердил в качестве SHA-3 алгоритм Keccak.
SHA-224, SHA-256, SHA-384, SHA-512, SHA-512/256 и SHA-512/224 законом США допускаются к использованию в некоторых правительственных приложениях, включая использование в рамках других криптографических алгоритмов и протоколов, для защиты информации, не имеющей грифа секретности. Стандарт также допускает использование SHA-2 частными и коммерческими организациями[16].
Хеш-функции SHA-2 используются для проверки целостности данных и в различных криптографических схемах. На 2008 год семейство хеш-функций SHA-2 не имеет такого широкого распространения, как MD5 и SHA-1[17], несмотря на обнаруженные у последних недостатки.
Некоторые примеры применения SHA-2 указаны в таблице:
Нахождение комбинации данных, SHA-256-хеш которых удовлетворяет оговоренному условию, является доказательством выполнения работы при эмиссии криптовалюты
Как показали исследования[25], алгоритмы SHA-2 работают в 2—3 раза медленнее других популярных хеш-алгоритмов MD5, SHA-1, Tiger и RIPEMD-160.
Вы можете помочь Википедии, добавив информацию для других стран и регионов.
Реализации SHA-2, как и всех Федеральных стандартов обработки информации, могут быть сертифицированы для использования в некоторых приложениях на территории США. Сертификация происходит в рамках процедуры Cryptographic Module Validation Program[англ.], которая проводится Национальным институтом стандартов и технологий США совместно с канадским Бюро безопасности связи.
На 5 ноября 2008 года было сертифицировано более 250 реализаций SHA-2, четыре из которых могли оперировать сообщениями с длиной в битах, не кратной восьми[26].
↑FIPS PUB 180-3(англ.). — редакция Secure Hash Standard от октября 2008 года. Дата обращения: 19 ноября 2008. Архивировано 18 марта 2012 года.
↑FIPS PUB 180-4(англ.). — редакция Secure Hash Standard от августа 2015 года. Дата обращения: 28 августа 2015. Архивировано из оригинала 26 ноября 2016 года.
↑US patent 6829355(англ.). — Device for and method of one-way cryptographic hashing. Дата обращения: 14 мая 2017. Архивировано 27 июля 2016 года.
↑RFC 4509: Use of SHA-256 in DNSSEC Delegation Signer (DS) Resource Records (RRs)
↑RFC 4055: Additional Algorithms and Identifiers for RSA Cryptography for use in the Internet X.509 Public Key Infrastructure Certificate and Certificate Revocation List (CRL) Profile
