安全雜湊演算法 SHA256 簡介

安全雜湊演算法 SHA

SHA，Secure Hash Algorithm，安全雜湊演算法，是密碼雜湊函數的家族，用於將輸入 input 的訊息轉換為固定長度字串的數值 output，這個數值稱為雜湊值 Hash，通常稱為訊息摘要 Message Digest 或摘要 Digest。

SHA演算法，是由美國國家安全局 NSA 研發，由美國國家標準與技術研究院 NIST 於2001年發布的．美國聯邦資訊處理標準 FIPS 認證的安全雜湊演算法．

• https://csrc.nist.gov/publications/detail/fips/180/4/final

SHA 家族分為 SHA0、SHA1、SHA2、SHA3，比特幣採用的 SHA256 演算法是 SHA2 的演算法之一，能生出 256 位元的輸出值，是一種單向函數。

SHA256 加密哈希函數。它是 SHA-2，Secure Hash Algorithm 2，系列中的一個成員，該系列還包括 SHA-224、SHA-384 和 SHA-512。

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SHA256 基本概念

SHA256 是一個單向哈希函數，具有以下特性

• 不可逆性： 給定一個哈希值，幾乎不可能找到原始輸入。
• 抗碰撞性： 幾乎不可能找到兩個不同的輸入，產生相同的哈希值。
• 固定長度輸出： 無論輸入數據的大小如何，SHA-256 始終生成 256 位的輸出。

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SHA256 應用

• 比特幣： 比特幣區塊鏈挖礦使用 SHA256。挖礦過程中，礦工需要不斷變化區塊的 "隨機數（Nonce）"，直到找到滿足當前難度條件的哈希雜湊值，確保每個區塊的數據完整性和安全性。
• 數位簽章與驗證： SHA256 被廣泛應用於數位簽章和驗證過程中，確保數據在傳輸過程中的完整性。
• 密碼學應用： 在多種密碼學應用中，如生成密碼摘要、數據完整性驗證、消息認證碼（HMAC）等。

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SHA256 運作原理

• 消息填充： 為了處理固定大小的數據塊，SHA-256 首先會對輸入數據進行填充，使其長度滿足特定要求。填充後的消息長度會是 512 位的整數倍。
• 初始哈希值設定： SHA256 初始化時會設定一組初始的哈希值，這些值是根據分數的平方根生成的常數。
• 消息分塊與處理： 填充過的消息被分割成多個 512 位的數據塊。每個數據塊將通過多輪壓縮函數（compression function）進行處理。
• SHA-256 的壓縮函數： SHA256 使用了一個基於位運算、邏輯運算（如 XOR）、模加法以及置換（permutation）的壓縮函數。該壓縮函數將初始哈希值與處理過的數據塊結合，並產生新的哈希值。
• 輸出哈希值： 最終，所有數據塊處理完畢後，初始哈希值被更新為最終的 256 位哈希值，即輸出哈希值。

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SHA256 範例

這個範例演示了輸入的原始資料，只有微小的變動，輸出的雜湊值也會完全不同

• input： 你好
• ouput： 670d9743542cae3ea7ebe36af56bd53648b0a1126162e78d81a32934a711302e

• input： 你好!
• ouput： ce89dc2845fefe35a737b20d2834dd4430eb3aaf43e7dd6445b7809d56ea16b2