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沃通数字证书商店SHA1算法原理过程详解
发布日期：2018-12-11SHA1是一种密码散列函数，由美国国家安全局设计，主要适用于数字签名标准里面定义的数字签名算法。对于长度小于2^64位的消息，SHA1会产生一个160位的消息摘要。当接收到消息的时候，这个消息摘要可以用来验证数据的完整性。在传输的过程中，数据很可能会发生变化，那么这时候就会产生不同的消息摘要。今天我们将讨论的是SHA1算法原理和流程。
SHA1哈希算法流程
对于任意长度的明文，SHA1首先对其进行分组，使得每一组的长度为512位，然后对这些明文分组反复重复处理。对于每个明文分组的摘要生成过程如下：
1、将512位的明文分组划分为16个子明文分组，每个子明文分组为32位。
2、申请5个32位的链接变量，记为A、B、C、D、E。
3、16份子明文分组扩展为80份。
4、80份子明文分组进行4轮运算。
5、链接变量与初始链接变量进行求和运算。
6、链接变量作为下一个明文分组的输入重复进行以上操作。
7、 最后，5个链接变量里面的数据就是SHA1摘要。
SHA1算法的分组过程
对于任意长度的明文，SHA1的明文分组过程与MD5相类似，首先需要对明文添加位数，使明文总长度为448（mod512）位。在明文后添加位的方法是第一个添加位是l，其余都是0。然后将真正明文的长度（没有添加位以前的明文长度）以64位表示，附加于前面已添加过位的明文后，此时的明文长度正好是512位的倍数。与MD5不同的是SHA1的原始报文长度不能超过2的64次方，另外SHA1的明文长度从低位开始填充。
经过添加位数处理的明文，其长度正好为512位的整数倍，然后按512位的长度进行分组（block），可以划分成L份明文分组，我们用Y0，Y1，……YL-1表示这些明文分组。对于每一个明文分组，都要重复反复的处理，这些与MD5是相同的。
对于512位的明文分组，SHA1将其再分成16份子明文分组（sub-block），每份子明文分组为32位，我们使用M[k]（k= 0, 1,……15）来表示这16份子明文分组。之后还要将这16份子明文分组扩充到80份子明文分组，我们记为W[k]（k= 0, 1,……79），扩充的方法如下。
W t = M t , 当0≤t≤15 W t = ( W t-3 ⊕ W t-8⊕ W t-14⊕ W t-16 ) <<< 1, 当16≤t≤79
SHA1有4轮运算，每一轮包括20个步骤（一共80步），最后产生160位摘要，这160位摘要存放在5个32位的链接变量中，分别标记为A、B、C、D、E。这5个链接变量的初始值以16进制位表示如下。
A=0x67452301
B=0xEFCDAB89
C=0x98BADCFE
D=0x10325476
E=0xC3D2E1F0
四．SHA1的4轮运算
SHA1有4轮运算，每一轮包括20个步骤，一共80步，当第1轮运算中的第1步骤开始处理时，A、B、C、D、E五个链接变量中的值先赋值到另外5个记录单元A′，B′，C′，D′，E′中。这5个值将保留，用于在第4轮的最后一个步骤完成之后与链接变量A，B，C，D，E进行求和操作。
SHA1的4轮运算，共80个步骤使用同一个操作程序，如下：
>A,B,C,D,E←[(A<<<5)+ ft(B,C,D)+E+Wt+Kt],A,(B<<<30),C,D
其中 ft(B,C,D)为逻辑函数，Wt为子明文分组W[t]，Kt为固定常数。这个操作程序的意义为：
a、将[(A<<<5)+ ft(B,C,D)+E+Wt+Kt]的结果赋值给链接变量A；
b、将链接变量A初始值赋值给链接变量B；
c、将链接变量B初始值循环左移30位赋值给链接变量C；
d、将链接变量C初始值赋值给链接变量D；
e、将链接变量D初始值赋值给链接变量E。
我们同样举一个例子来说明SHA1哈希算法中的每一步是怎样进行的，比起MD5算法，SHA1相对简单，假设W[1]=0x12345678，此时链接变量的值分别为A=0x67452301、B=0xEFCDAB89、C=0x98BADCFE、D=0x10325476、E=0xC3D2E1F0，那么第1轮第1步的运算过程如下。
（1） 将链接变量A循环左移5位，得到的结果为：0xE8A4602C。
（2） 将B，C，D经过相应的逻辑函数：
(B&C)|(~B&D)=(0xEFCDAB89&0x98BADCFE)|(~0xEFCDAB89&0x10325476)=0x98BADCFE
（3） 将第（1）步，第（2）步的结果与E，W[1]，和K[1]相加得：
0xE8A4602C+0x98BADCFE+0xC3D2E1F0+0x12345678+0x5A827999=0xB1E8EF2B
（4） 将B循环左移30位得：(B<<<30)=0x7BF36AE2。
（5） 将第3步结果赋值给A，A（这里是指A的原始值）赋值给B，步骤4的结果赋值给C，C的原始值赋值给D，D的原始值赋值给E。
（6） 最后得到第1轮第1步的结果：
A = 0xB1E8EF2B
B = 0x67452301
C = 0x7BF36AE2
D = 0x98BADCFE
E = 0x10325476
按照这种方法，将80个步骤进行完毕。
第四轮最后一个步骤的A，B，C，D，E输出，将分别与记录单元A′，B′，C′，D′，E′中的数值求和运算。其结果将作为输入成为下一个512位明文分组的链接变量A，B，C，D，E，当最后一个明文分组计算完成以后，A，B，C，D，E中的数据就是最后散列函数值。
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什么是SHA-1、SHA-2、SHA-256、SHA-384
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