SHA-2

SHA-2，名称来自于安全散列算法2（英语：Secure Hash Algorithm 2）的缩写，一种密码散列函数算法标准，

介绍SHA-2，名称来自于安全散列算法2（英语：Secure Hash Algorithm 2）的缩写，一种密码散列函数算法标准，由美国国家安全局研发，由美国国家标准与技术研究院（NIST）在2001年发布。属于SHA算法之一，是SHA-1的后继者。其下又可再分为六个不同的算法标准，包括了：SHA-224、SHA-256、SHA-384、SHA-512、SHA-512/224、SHA-512/256。1

开发图中的深蓝色方块是事先定义好的非线性函数。ABCDEFGH一开始分别是八个初始值，Kt是第t个密钥，Wt是本区块产生第t个word。原消息被切成固定长度的区块，对每一个区块，产生n个word（n视算法而定），通过重复运作循环n次对ABCDEFGH这八个工作区块循环加密。最后一次循环所产生的八段字符串合起来即是此区块对应到的散列字符串。若原消息包含数个区块，则最后还要将这些区块产生的散列字符串加以混合才能产生最后的散列字符串。

NIST发布了三个额外的SHA变体，这三个函数都将消息对应到更长的消息摘要。以它们的摘要长度（以比特计算）加在原名后面来命名：SHA-256，SHA-384和SHA-512。它们发布于2001年的FIPS PUB 180-2草稿中，随即通过审查和评论。包含SHA-1的FIPS PUB 180-2，于2002年以官方标准发布。2004年2月，发布了一次FIPS PUB 180-2的变更通知，加入了一个额外的变种SHA-224，这是为了匹配双密钥3DES所需的密钥长度而定义。

SHA-256和SHA-512是很新的散列函数，前者以定义一个word为32位，后者则定义一个word为64位。它们分别使用了不同的偏移量，或用不同的常量，然而，实际上二者结构是相同的，只在循环运行的次数上有所差异。SHA-224以及SHA-384则是前述二种散列函数的截短版，利用不同的初始值做计算。

这些新的散列函数并没有接受像SHA-1一样的公众密码社区做详细的检验，所以它们的密码安全性还不被大家广泛的信任。Gilbert和Handschuh在2003年曾对这些新变种作过一些研究，声称他们没有找到弱点。

算法以下是SHA-256算法的伪代码。注意，64个wordw[16..63]中的比特比起SHA-1算法，混合的程度大幅提升。

Note: All variables are unsigned 32 bits and wrap modulo 232 when calculating

Initialize variables

(first 32 bits of the fractional parts of the square roots of the first 8 primes 2..19):

h0:= 0x6a09e667

h1:= 0xbb67ae85

h2:= 0x3c6ef372

h3:= 0xa54ff53a

h4:= 0x510e527f

h5:= 0x9b05688c

h6:= 0x1f83d9ab

h7:= 0x5be0cd19

Initialize table of round constants

(first 32 bits of the fractional parts of the cube roots of the first 64 primes 2..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

Pre-processing:

append the bit '1' to the message

append k bits '0', where k is the minimum number >= 0 such that the resulting message

length (in bits) is congruent to 448(mod 512)

append length of message (before pre-processing), in bits, as 64-bit big-endian integer

Process the message in successive 512-bit chunks:

break message into 512-bit chunksfor each chunk

break chunk into sixteen 32-bit big-endian words w[0..15]

Extend the sixteen 32-bit words into sixty-four 32-bit words:

for i from 16 to 63

s0:= (w[i-15] rightrotate 7) xor (w[i-15] rightrotate 18) xor(w[i-15] rightshift 3)

s1:= (w[i-2] rightrotate 17) xor (w[i-2] rightrotate 19) xor(w[i-2] rightshift 10)

w[i]:= w[i-16] + s0 + w[i-7] + s1

Initialize hash value for this chunk:

a:= h0 b:= h1 c:= h2 d:= h3 e:= h4 f:= h5 g:= h6 h:= h7

Main loop:

for i from 0 to 63

s0:= (a rightrotate 2) xor (a rightrotate 13) xor(a rightrotate 22)

maj:= (a and b) xor (a and c) xor(b and c)

t2:= s0 + maj

s1:= (e rightrotate 6) xor (e rightrotate 11) xor(e rightrotate 25)

ch:= (e and f) xor ((not e) and g)

t1:= h + s1 + ch + k[i] + w[i]

h:= g g:= f f:= e e:= d + t1 d:= c c:= b b:= a a:= t1 + t2

Add this chunk's hash to result so far:

h0:= h0 + a h1:= h1 + b h2:= h2 + c h3:= h3 + d h4:= h4 + e h5:= h5 + f h6:= h6 + g h7:= h7 + h

Produce the final hash value (big-endian):digest = hash = h0 append h1 append h2 append h3 append h4 append h5 append h6 append h7

其中ch函数及maj函数可利用前述SHA-1的优化方式改写。

SHA-224和SHA-256基本上是相同的，除了：

h0到h7的初始值不同，以及

SHA-224输出时截掉h7的函数值。

SHA-512和SHA-256的结构相同，但：

SHA-512所有的数字都是64位，

SHA-512运行80次加密循环而非64次，

SHA-512初始值和常量拉长成64位，以及

二者比特的偏移量和循环位移量不同。

SHA-384和SHA-512基本上是相同的，除了：

h0到h7的初始值不同，以及

SHA-384输出时截掉h6和h7的函数值。

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所