SHA算法：消息摘要与数字签名的安全散列标准

本文主要介绍了数字签名和消息摘要的概念，以及其中涉及到的关键算法——安全散列标准SHS（Secure Hash Standard）及其具体实现SHA（Secure Hash Algorithm）。数字签名是一种用于验证电子文档完整性和发送者身份的技术，而消息摘要则是通过哈希函数对任意长度的输入数据生成固定长度的摘要，用于数据的鉴别和签名。 消息摘要，也称为哈希值或指纹，是通过哈希函数对原始数据进行处理得到的结果。它具有不可逆性，即不能通过摘要反推原始数据。消息摘要通常用于确保数据在传输过程中未被篡改，同时也是数字签名的重要组成部分。当对摘要进行数字签名时，就等同于对原始数据进行了签名，提高了效率。 单向散列函数是实现消息摘要的核心，其特性包括： 1. 对任意长度的输入产生固定长度的输出。 2. 计算从输入到输出的过程容易，但反向从输出推导输入在计算上不可行。 3. 寻找与给定哈希值匹配的输入在计算上是困难的。 4. 修改输入导致的哈希值变化应当是显著的，使得两个不同输入很难得到相同的哈希值。 安全散列标准SHS由美国国家标准与技术研究所（NIST）在1995年提出，它的代表算法是SHA，主要应用于生成160位的摘要。SHA算法要求输入数据小于264位，并且以512位为单位进行处理。在处理过程中，数据会被填充到512位的整数倍，然后通过一系列的运算，包括对5个32位寄存器A、B、C、D、E的更新，进行四轮共20次的迭代运算。这些寄存器的初始值为特定的常数，例如A=0x67452301，B=0xefcdab89，C=0x98badcfe，D=0x10325476，E=0xc3d2e1f0。在每一轮中，都会使用非线性函数f进行计算。 SHA算法的运算流程主要包括： 1. 将原始消息填充到512位的倍数。 2. 初始化5个32位的寄存器，赋予特定的初值。 3. 对每个512位的消息块进行处理，通过主循环进行迭代运算，每轮包括20次操作，更新A、B、C、D、E的值。 4. 最后，将处理后的寄存器值连接起来作为最终的哈希值输出。 在实际应用中，如网络安全、数据存储和认证等领域，数字签名和消息摘要技术起着至关重要的作用，它们确保了数据的安全性和完整性，防止了数据被篡改或伪造。例如，在HTTPS协议中，服务器的公钥证书就使用了数字签名，以确保用户接收到的证书是可信的，从而保护在线交易的安全。同时，文件校验通常会用到SHA等哈希算法，以验证文件在传输或存储过程中是否保持完整。