SHA-1散列算法详解及安全性分析

"USTC的密码学课件中讲解了SHA-1的逻辑运算，以及SHA系列的安全散列算法在密码学中的应用和历史。课件涵盖了SHA-1的结构、设计基础、与MD4的关系，以及由于安全性问题导致的SHA-1逐渐被废弃的情况。" SHA-1是一种广泛使用的安全散列算法，由美国标准与技术研究所NIST在1993年发布，随后在1995年修订为FIPS180-1，即SHA-1。它基于MD4算法，但比MD4具有更高的安全性，能产生160位的散列值。SHA-1的结构和其后续版本SHA-256、SHA-384和SHA-512都具有相似的基本框架。然而，2005年，王晓云在Crypto05会议上揭示了对SHA-1的一种碰撞攻击，这使得找到两个不同消息却有相同散列值的可能性大大增加，因此NIST建议逐步停止使用SHA-1。 SHA-1的工作原理是将输入消息分割成512位的块，然后对每个块进行一系列的逻辑运算。这些运算包括了特定轮数的迭代，每一轮中使用不同的常数Kt和逻辑函数Ft。在描述中提到了四个不同的轮数范围和相应的逻辑函数： 1. 对于0 <= t <= 19，逻辑函数Ft是(B和C的异或)与(B减1再与D的异或)的逻辑或。 2. 对于20 <= t <= 39，逻辑函数Ft是B、C和D的逐位异或操作。 3. 对于40 <= t <= 59，逻辑函数Ft是(B与C的异或)、(B与D的异或)以及(C与D的异或)的逻辑或。 4. 对于60 <= t <= 79，逻辑函数Ft再次变为B、C和D的逐位异或。 在这个过程中，还有五个寄存器A、B、C、D和E，它们的初始值分别为67452301、EFCDAB89、98BADCFE、10325476和C3D2E1F0。每一轮运算后，这些寄存器的值都会更新，最终形成160位的散列值。 除了SHA-1，课件还提到了消息认证码（MAC）的分类，包括使用安全散列算法如HMAC（基于散列的MAC）和使用对称分组密码如CMAC。HMAC使用散列函数和密钥来提供数据完整性与身份验证，而CMAC则是基于对称加密算法的MAC。 这个课件深入介绍了SHA-1的安全散列算法，包括其设计、逻辑运算过程以及在密码学领域的重要性和安全性问题，同时也涵盖了相关领域的其他概念，如MAC的分类和实现。这些知识对于理解和研究密码学安全性和数据完整性至关重要。