SHA-1、SHA-2、SHA-256 和 SHA-512 哈希算法

第一次学习安全哈希算法 (SHA) 就像破译外星密码一样。实际上，它并不像看起来那么复杂。您可能听说过 SHA-1、SHA-2、SHA-256 和 SHA-512，但您了解它们的区别以及它们如何影响您的数据安全吗？

这些加密哈希函数在数据完整性和身份验证方面发挥着至关重要的作用。然而，它们并不完全相同。有些提供更好的安全性，而有些则更快。

本博客涵盖了SHA-1 与 SHA-256 算法以及两者之间的所有内容。让我们深入了解网络安全的核心组件，看看它们是如何工作的。

什么是 SHA？

SHA是安全哈希算法的首字母缩写，是美国国家安全局 (NSA) 设计的一组加密哈希函数。该加密哈希函数在确保数字数据的完整性和安全性方面起着至关重要的作用。

SHA 的目的是为任何数字信息创建一个唯一的标识符，称为哈希值。此哈希值就像数字指纹，确保即使原始信息发生微小变化也会导致完全不同的哈希值。

一个典型的例子就是您的密码。当您在网站上创建帐户时，该网站不会存储您的密码。相反，它使用 SHA 将您的密码转换为哈希值。哈希值驻留在数据库中。因此，即使有人获得数据库的访问权限，他们也不会看到您的实际密码，而只会看到其哈希形式。

假设你的电子邮件密码是“likeflowers”。它的哈希值如下所示：

9a96c8326d228471d1f01616d92a2d2b0e796c9a8d0624df9a9b7d0246475a42

这一长串字符就是密码的 SHA-256 哈希值。如果你对密码中的一个字母进行调整，最终的哈希值就会完全不同。

SHA 如何工作？

SHA 的工作原理是雪崩效应，信息中哪怕是最微小的改变都会导致哈希值发生重大且不可预测的变化。这一特性使得两个不同的输出几乎不可能产生相同的哈希值。

SHA 旨在抵御各种加密攻击，可防止两个不同输出生成相同哈希的碰撞攻击。这种稳健性对于数字签名、SSL 证书和验证数据真实性等应用至关重要。

SHA 有多种版本，例如 SHA-1、SHA-256和 SHA-512，每种版本都会生成不同长度的哈希值，并且具有不同的安全特性。让我们更仔细地研究一下它们。

SHA 的不同版本

不同 SHA 版本的开发源于密码社区不断努力应对不断出现的威胁。随着技术的进步和新漏洞的出现，增强哈希函数对于维护数字系统的安全至关重要。

每个版本都旨在解决其前身中发现的缺点并适应不断变化的加密要求。例如，如果你想知道 SHA-1 和 SHA-256 之间的区别，那么了解每个 SHA 版本的作用是一个起点。

什么是 SHA-1？

SHA-1以速度快而著称，但安全性较差。由 NSA 设计，由美国国家标准与技术研究院 (NIST) 发布。它产生 160 位（20 字节）哈希值，通常表示为 40 位十六进制数。

由于它计算哈希值的速度很快，因此更容易受到暴力攻击，攻击者会尝试所有可能的输入来找到匹配项。随着时间的推移，SHA-1 中发现的漏洞使其容易受到碰撞攻击，不同的输入可能会产生相同的哈希值。

SHA-1 已用于数字签名和 SSL 证书。然而，由于其存在缺陷，SHA-1 已被弃用，取而代之的是更安全的哈希函数，例如 SHA-2 系列中的函数。

什么是 SHA-2？

SHA-2系列包括具有不同输出长度的哈希函数，例如 SHA-224、SHA-256、SHA-384、SHA-512、SHA-512/224 和 SHA-512/256。名称中的数字对应于哈希输出的位长度。

与其前身一样，SHA-2 接受输入并产生固定大小的位串输出。但是，它比 SHA-1 有了显著的改进。由于其位大小更大，并引入了新的数学运算，因此它更安全。SHA-2 可保护许多协议和系统，包括 TLS、PGP、SSH、IPsec 和比特币。

什么是 SHA-256？

SHA-256属于 SHA-2 家族，名称中的“256”表示其生成的哈希输出的长度，具体为 256 位或 64 个字符。该算法采用经过多轮处理的复杂算法，具有很强的抗加密攻击能力。

SHA256 是TLS（传输层安全性）协议的组成部分，可确保 Web 服务器和浏览器之间交换的数据的机密性和完整性。此外，SHA-256 还提供了一种通过数字签名验证消息和文件真实性的安全方法。

在区块链中，SHA-256 生成交易数据的加密哈希，从而创建安全且不可更改的交易记录。SHA-256 哈希不变这一事实有助于提高区块链系统的可信度。

什么是 SHA-512？

切换到SHA-512，您会发现它是 SHA-2 系列中更强大的成员，可产生 512 位哈希值，提供增强的安全性，但需要更多的计算资源。

与 SHA-2 系列中较小的同类算法不同，SHA-512 在运算中使用更多位，因此哈希值更长、更复杂。复杂性的增加是有代价的，即需要更强的处理能力。

与较小的哈希函数相比，SHA-512 的哈希输出大小较大，因此存储要求也更高。虽然这对于许多应用程序来说可能不是什么大问题，但如果存储空间有限，则值得考虑。

对于需要高级别安全性但资源较少的应用程序，其他哈希函数（如 SHA-256）可能更合适。

与其他经典加密算法一样，SHA-512 不具有抗量子性，可能不适合后量子安全。

SHA-1、SHA-2、SHA-256 和 SHA-512

现在让我们比较一下 SHA-1、SHA-2、SHA-256 和 SHA-512。需要考虑的参数包括哈希大小、速度、安全性、标准化和应用。评估它们将帮助您选择适合您需求的算法。

哈希大小

SHA-1 提供的哈希大小为 160 位，因此安全性较低且更容易发生冲突。但是，当比较 SHA-1 与 SHA-256 的性能时，很明显，SHA-256 的哈希大小为 256 位，可显著提高安全性和抵御攻击的能力。SHA-2 包括多个版本，哈希大小从 224 位到 512 位不等。

另一方面，SHA-512 的哈希大小更大，为 512 位，在 SHA-1、SHA-2、SHA-256 和 SHA-512 哈希算法中脱颖而出，成为最安全的选择。它提供了更好的安全性，尽管它确实需要更多的处理能力，这是性能敏感型应用程序中需要考虑的一个因素。

速度与安全

SHA-1 与 SHA-256 的速度指标有所不同，其中 SHA-1 是最古老、最快但最不安全的。

SHA-2（包括 SHA-256）在速度和安全性之间实现了良好的平衡，而 SHA-512 具有更大的哈希值且速度较慢，但​​提供了更高的安全性。

因此，在 SHA-256 和 SHA-512 算法之间进行选择时，您必须考虑速度和安全性之间的权衡。前者是用于数据保护和完整性的标准哈希算法，而后者则用于定制系统和环境。

标准化

美国国家标准与技术研究院已认可所有这些数字安全算法。1995 年发布的 SHA-1 现已因存在漏洞而被认为过时。它不再是大多数应用程序的标准。

SHA-2 系列（包括 SHA-256 和 SHA-512）目前是 Web 上数据加密和身份验证的标准。SHA-2 算法非常安全且高效，以至于其继任者 SHA-3 自 2015 年采用以来并没有获得太大的关注。

应用

SHA-1 过去曾用于各种加密目的，例如数字签名和证书生成。然而，它的安全漏洞已导致其被弃用，取而代之的是更安全的哈希函数，如 SHA-256。在 SHA-1 与 SHA-256 证书生成的背景下，现代应用程序（尤其是涉及敏感数据的应用程序）现在使用 SHA-256 来增强安全性。

SHA-1 过去曾用于各种加密目的，例如数字签名和证书生成。然而，由于其安全漏洞，SHA-1 已被弃用，取而代之的是更安全的哈希函数，如 SHA-256。在 SHA-1 与 SHA-256 证书生成的背景下，现代应用程序（尤其是涉及敏感数据的应用程序）现在使用 SHA-256 来增强安全性。

SHA-2 的 SHA-512 变体提供了更高的安全性，并保护了高风险应用程序。它可以保护军事通信和区块链完整性，验证数字签名和哈希块以获得不可更改的交易历史记录。

在加密货币领域，SHA-512 可保护钱包、验证用户身份并保护金融交易。在能源和医疗保健等关键领域，SHA-512 可确保通信和数据存储安全，这凸显了其在高风险应用中的广泛意义。

常问问题

最强的 SHA 算法是什么？

SHA-3（安全散列算法 3）被认为是最强大的 SHA 算法。但是，它的速度是 SHA-512 的两倍，尚未被广泛采用作为 SHA-2 系列的可行替代方案。

哪个 SHA 速度最快？

就原始处理速度而言，SHA-1 比 SHA-2 和 SHA-3 更快，但它也是最不安全的哈希算法。

哪种 SHA 最好？

SHA-256 因其强大的安全特性而广受认可。它被包括美国政府在内的各种软件组织和机构用来保护敏感信息，因为它尚未被成功逆向工程。

我还应该使用 SHA-1 吗？

不，强烈建议不要使用 SHA-1，因为它已被弃用并且存在重大的安全风险。

SHA-1 被破解了吗？

是的，SHA-1 被认为是被破解的，因为研究人员已经展示了实际的碰撞攻击，这使得它对于加密目的来说并不安全。

您能解密 SHA-1 吗？

不，SHA-1 是一种加密哈希函数，设计为单向函数，这意味着它无法解密。但是，由于存在允许碰撞攻击的漏洞，它被认为是不安全的。

SHA-256 比 SHA-1 强吗？

是的，SHA-256 在安全性方面明显比 SHA-1 强，因为它提供了更大的位大小并且更能抵抗碰撞攻击。

您可以将 SHA-1 转换为 SHA-256 吗？

不可以，无法直接将哈希从 SHA-1 转换或转换为 SHA-256，因为它们是具有不同算法和输出大小的不同加密哈希函数。

SHA-512 比 SHA-256 更好吗？

虽然 SHA-512 提供更大的位大小，被认为对某些类型的攻击更安全，但 SHA-256 和 SHA-512 之间的选择取决于特定的安全要求。实际上，SHA-256 因其在安全性和效率方面的平衡而被广泛使用，

为什么使用 SHA-512 而不是 SHA-256？

当组织在数字签名或证书颁发机构等场景中需要更高级别的安全性时，SHA-512 可能比 SHA-256 更受欢迎，因为在这些场景中，较大的哈希值可以增强对潜在攻击的抵抗力

SHA-256 比 SHA-512 慢吗？

由于位长较大，SHA-512 比 SHA-256 慢，需要更多计算资源。不过，在许多实际应用中，速度差异可能并不明显。

SHA-512 是否存在漏洞？

SHA-512 在预映像攻击中表现出了漏洞，其变体 SHA-512/224 和 SHA-512/256 也容易受到碰撞攻击，这表明在某些情况下存在潜在的安全问题。

总结

在总结我们对 SHA 哈希算法（SHA-1、SHA-2、SHA-256 和 SHA-512）的探索时，很明显，与 SHA-1 相比，SHA-2（包括 SHA-256 和 SHA-512）因其更高的安全性而脱颖而出。

了解这些算法的优势和局限性可确保有效保护数据。在 SHA-1 与 SHA-256 的比较中，对安全协议的了解和持续关注将帮助您选择适合您需求的算法。