SHA-2是如何工作的：一个关于SHA-256的教程

SHA-2 (安全散列算法2)，其中包括SHA-256，是一个非常流行的散列算法。本文，我们将通过一个实例来尽可能地把这个算法简单的介绍一下。

SHA-2以他的安全性著称，（不像SHA-1那样容易破解），并且它的速度很快。在未生成密钥的情况下，比如挖掘比特币，像SHA-2这种快速的hash算法是非常有优势的。

什么是一个哈希函数？

假如你想比较详细的立即通用的哈希函数，可以参考这里。本文就不详细介绍了，不过我们还是要回顾一下哈希函数的三个重要的作用：

• 确定性的加扰数据。
• 接收任何长度的输入，但是输入的长度是固定的。
• 操作不可逆，也就是说不能从输出推出输入。

SHA-2 VS SHA-256

SHA-2是一个算法，他是一个通用的产生hash数据的想法。SHA-256就是假如一些额外的常量，用来定义SHA-2算法的行为。一个比较常见的常量就是输出的长度。比如256或者512，用这个来设置他们输出的比特大小。

下面让我们来一步一步看一个关于SHA-256的例子。

SHA-256 “Hello World”

第一步 – 预处理

• 把“hello world”转变为二进制：

•  在后面加上一个1

• 填充0，使得它是512的整数倍减去64比特，我们这里选择了448比特

• 在最后加入64比特，这个64比特用来表示之前输入的二进制的长度，用大端来表示。我们这里是88，所以二进制就是“1011000”

这样我们就有了我们的输入，他总是可以被512整除的。

第二步 — 初始化哈希值 （h）

现在我们来创建8个哈希值，他们是硬编码，代表前8个素数的平方根的小数部分的前32位： 2,3,5,7,11,13,17,19

第三步 — 初始化一个舍入常数 （k）

和第二步类似，我们要创建一个常数 （关于这些常数更多信息以及什么时候使用他们可以参见这里）。这篇文章中，我们用到了64个。每个值（0-63）是前64个素数（2-311）的立方根小数部分的前32位。

第四步 — 块循环

下面这些步骤每512比特（一块）循环一次。在我们的例子中，因为“hello world”比较短，我们只有一个块。在循环的每一个迭代中，我们都需要对哈希值得h0-h7进行突变，从而产生最终的输出。

第五步 — 创建消息时间表 （w）

•  把上面第一步中的输入数据拷贝到一个新的数组中，每一个元素是一个32比特的word：（我们例子中512就是16个元素）

• 然后增加48个word初始化为0，这样我们就有一个数组w[0…63]

使用下面的算法来修改我们后面假如的全0的元素：

对w[16…63]中的每一个i:

• S0 = (w[i-15]向右旋转7） xor （w[0-15] 向右旋转 18） xor （w[i-15] 右移3）
• S0 = (w[i-2]向右旋转17） xor （w[0-2] 向右旋转 19） xor （w[i-2] 右移10）
• w[i] = w[i-16] + s0 + w[i-7] + s1

我们下面以w[16]为例来详细说明一下：

这样，我们的w中就有64个words了：

第六步 — 压缩

初始化变量a,b,c,d,e,f,g,h让他们的值分别等于我们前面设置的哈希值 h0, h1, h2, h3, h4,h5, h6, h7。

运行下面的压缩循环。这个压缩循环需要突变a .. h的值，如下所示：

i从0到63：

• S1 = (e 向右旋转6） xor （e 向右旋转 11） xor （e 向右旋转 25）
• ch = (e and f) xor ((not e) and g)

• emp1 = h + S1 + ch + k[i] + w[i]
• S0 = (a 向右旋转2) xor (a 向右旋转13) xor (a 向右旋转22)
• maj = (a and b) xor (a and c) xor (b and c)
• temp2 := S0 + maj
• h = g
• g = f
• e = d + temp1
• d = c
• c = b
• b = a
• a = temp1 + temp2

我们来过一下第一个迭代，所有的加法都对2^32取模

这个计算过程要继续做63次，始终改变a-h的值，我们不一一计算了，不过我们最终会有这样的结果：

第七步 — 修改最终的值

在压缩循环之后，在每一个块循环内，我们通过加上相应的变量来改变哈希值 a-h。同样的，没有给加法最后都对2^23取模。

第八步 — 级联最终的哈希值

最后一步，把他们连起来：

好了，这样我们就经历了SHA-256的每一步了。

伪代码

假如你想得到上面所有步骤的伪代码，我们从维基百科得到如下：

原文地址：https://hackernoon.com/how-sha-2-works-a-step-by-step-tutorial-sha-256-46103t6k