SHA1
SHA1
安全哈希演演算法（Secure Hash Algorithm）主要適用於數字簽名標準（Digital Signature Standard DSS）裡面定義的數字簽名演演算法（Digital Signature Algorithm DSA）。對於長度小於2^64位的消息，SHA1會產生一個160位的消息摘要。當接收到消息的時候，這個消息摘要可以用來驗證數據的完整性。在傳輸的過程中，數據很可能會發生變化，那麼這時候就會產生不同的消息摘要。 SHA1有如下特性：不可以從消息摘要中復原信息；兩個不同的消息不會產生同樣的消息摘要,(但會有1x10 ^ 48分之一的機率出現相同的消息摘要，一般使用時忽略)。
SHA1始終把消息當成一個位（bit）字元串來處理。本文中，一個字（Word）是32位，而一個位元組（Byte）是8位。比如，字元串“abc”可以被轉換成一個位字元串：01100001 01100010 01100011。它也可以被表示成16進位字元串: 0x616263.
下面的邏輯運算符都被運用於“字”（Word）
X & Y = X， Y邏輯與
X | Y = X， Y邏輯或
X ^ Y= X， Y邏輯異或
~X = X邏輯取反
X+Y定義如下：
字 X 和 Y 代表兩個整數 x 和y, 其中 0 <= x < 2^32 且 0 <= y < 2^32. 令整數z = (x + y) mod 2^32. 這時候 0 <= z < 2^32. 將z轉換成字Z, 那麼就是 Z = X + Y.
邏輯左移位(循環移位)操作符Sn(X)：
X是一個字，n是一個整數，0<=n<=32。
Sn(X) = (X<>32-n)
在SHA1演演算法中，我們必須把原始消息（字元串，文件等）轉換成位字元串。SHA1演演算法只接受位作為輸入。假設我們對字元串“abc”產生消息摘要。首先，我們將它轉換成位字元串如下：
01100001 01100010 01100011
―――――――――――――
‘a’=97 ‘b’=98 ‘c’=99
這個位字元串的長度為24。下面我們需要5個步驟來計算消息摘要MAC。
消息必須進行補位，以使其長度在對512取模以後的餘數是448。也就是說，（補位后的消息長度）%512 = 448。即使長度已經滿足對512取模后餘數是448，補位也必須要進行。
補位是這樣進行的：先補一個1，然後再補0，直到長度滿足對512取模后餘數是448。總而言之，補位是至少補一位，最多補512位。還是以前面的“abc”為例顯示補位的過程。
原始信息： 01100001 01100010 01100011
補位第一步：01100001 01100010 01100011 1
首先補一個“1”
補位第二步：01100001 01100010 01100011 10…..0
然後補423個“0”
我們可以把最後補位完成後的數據用16進位寫成下面的樣子
61626380 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000
經過以上的處理之後，數據的長度是448了，我們可以進行下一步操作。
所謂的補長度是將原始數據的長度補到已經進行了補位操作的消息後面。通常用一個64位的數據來表示原始消息的長度。如果消息長度不大於2^64，那麼第一個字就是0。在進行了補長度的操作以後，整個消息就變成下面這樣了（16進位格式）
61626380 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000018
如果原始的消息經過補位后長度超過了512，我們需要將它補成512的倍數。然後我們把整個消息分成一個一個512位的數據塊，分別處理每一個數據塊，從而得到消息摘要。
一系列的常量字K(0), K(1), ... , K(79)，如果以16進位給出。它們如下：
Kt = 0x5A827999 (0 <= t <= 19)
Kt = 0x6ED9EBA1 (20 <= t <= 39)
Kt = 0x8F1BBCDC (40 <= t <= 59)
Kt = 0xCA62C1D6 (60 <= t <= 79).
在SHA1中我們需要一系列的函數。每個函數ft (0 <= t <= 79)都操作32位字B，C，D並且產生32位字作為輸出。ft(B,C,D)可以如下定義
ft(B,C,D) = (B AND C) or ((NOT B) AND D) ( 0 <= t <= 19)
ft(B,C,D) = B XOR C XOR D (20 <= t <= 39)
ft(B,C,D) = (B AND C) or (B AND D) or (C AND D) (40 <= t <= 59)
ft(B,C,D) = B XOR C XOR D (60 <= t <= 79).
必須使用進行了補位和補長度后的消息來計算消息摘要。計算需要兩個緩衝區，每個都由5個32位的字組成，還需要一個80個32位字的緩衝區。第一個5個字的緩衝區被標識為A，B，C，D，E。第二個5個字的緩衝區被標識為H0, H1, H2, H3, H4
。80個字的緩衝區被標識為W0, W1,..., W79
另外還需要一個一個字的TEMP緩衝區。
為了產生消息摘要，在第3.2部分中定義的512位（16個字）的數據塊M1, M2,..., Mn
會依次進行處理，處理每個數據塊Mi 包含80個步驟。
在處理所有數據塊之前，緩衝區{Hi} 被初始化為下面的值（16進位）
H0 = 0x67452301
H1 = 0xEFCDAB89
H2 = 0x98BADCFE
H3 = 0x10325476
H4 = 0xC3D2E1F0.
現在開始處理M1, M2, ... , Mn。為了處理 Mi,需要進行下面的步驟
(1). 將 Mi 分成 16 個字 W0, W1, ... , W15, W0 是最左邊的字
(2). 對於 t = 16 到 79 令
W[t] = S1(W[t-3] XOR W[t-8] XOR W[t-14] XOR W[t-16]).
(3). 令 A = H0, B = H1, C = H2, D = H3, E = H4.
(4) 對於 t = 0 到 79，執行下面的循環
TEMP = S5(A) + ft(B,C,D) + E + Wt + Kt;
E = D; D = C; C = S30(B); B = A; A = TEMP;
(5). 令 H0 = H0 + A, H1 = H1 + B, H2 = H2 + C, H3 = H3 + D, H4 = H4 + E.
在處理完所有的 Mn, 后，消息摘要是一個160位的字元串，以下面的順序標識
H0 H1 H2 H3 H4.
對於SHA256,SHA384,SHA512。你也可以用相似的辦法來計算消息摘要。對消息進行補位的演演算法完全是一樣的。
SHA1在許多安全協議中廣為使用，包括TLS和SSL、PGP、SSH、S/MIME和IPsec，曾被視為是MD5（更早之前被廣為使用的散列函數）的後繼者。
基本信息
- 中文名
- 安全哈希演算法
- 外文名
- Secure Hash Algorithm
- 別名
- SHA1
- 適用於
- 數字簽名標準