SHA-2

SHA-2，名稱來自於安全雜湊演演算法 2（Secure Hash Algorithm 2）的縮寫，是一種密碼雜湊函式演演算法標準，由美國國家安全域性研發，由美國國家標準與技術研究院（NIST）在 2001 年發布。屬於 SHA 演演算法之一，是 SHA-1 的後繼者。其下又可再分為六個不同的演演算法標準，包括了：SHA-224、SHA-256、SHA-384、SHA-512、SHA-512/224、SHA-512/256。

開發

NIST 釋出了三個額外的 SHA 變體，這三個函式都將訊息對應到更長的訊息摘要。以它們的摘要長度（以位元計算）加在原名後面來命名：SHA-256，SHA-384 和 SHA-512。它們釋出於 2001 年的 FIPS PUB 180-2 草稿中，隨即透過審查和評論。包含 SHA-1 的 FIPS PUB 180-2，於 2002 年以官方標準釋出。2004 年 2 月，釋出了一次 FIPS PUB 180-2 的變更通知，加入了一個額外的變種 SHA-224，這是為了符合雙金鑰 3DES 所需的金鑰長度而定義。

SHA-256 和 SHA-512 是很新的雜湊函式，前者以定義一個 word 為 32 位元，後者則定義一個 word 為 64 位元。它們分別使用了不同的偏移量，或用不同的常數，然而，實際上二者結構是相同的，只在迴圈執行的次數上有所差異。SHA-224 以及 SHA-384 則是前述二種雜湊函式的截短版，利用不同的初始值做計算。

Gilbert 和 Handschuh 在 2003 年曾對這些新變種作過一些研究，聲稱他們沒有找到弱點。

演演算法

以下是 SHA-256 演演算法的虛擬碼。注意，64 個 word w16..63 中的位元比起 SHA-1 演演算法，混合的程度大幅提升。

注意：全部變數皆是 32 位元無符號整數，且溢位時以模 232 處理

初始化

（以下是前 8 個質數 2..19 平方根小數部分的前 32 位元）：

h0 := 0x6a09e667

h1 := 0xbb67ae85

h2 := 0x3c6ef372

h3 := 0xa54ff53a

h4 := 0x510e527f

h5 := 0x9b05688c

h6 := 0x1f83d9ab

h7 := 0x5be0cd19

初始化每輪用的常數

（前 64 個質數 2..311 的立方根小數部分的前 32 位元）：

k0..63 :=

0x428a2f98, 0x71374491, 0xb5c0fbcf, 0xe9b5dba5, 0x3956c25b, 0x59f111f1, 0x923f82a4, 0xab1c5ed5,

0xd807aa98, 0x12835b01, 0x243185be, 0x550c7dc3, 0x72be5d74, 0x80deb1fe, 0x9bdc06a7, 0xc19bf174,

0xe49b69c1, 0xefbe4786, 0x0fc19dc6, 0x240ca1cc, 0x2de92c6f, 0x4a7484aa, 0x5cb0a9dc, 0x76f988da,

0x983e5152, 0xa831c66d, 0xb00327c8, 0xbf597fc7, 0xc6e00bf3, 0xd5a79147, 0x06ca6351, 0x14292967,

0x27b70a85, 0x2e1b2138, 0x4d2c6dfc, 0x53380d13, 0x650a7354, 0x766a0abb, 0x81c2c92e, 0x92722c85,

0xa2bfe8a1, 0xa81a664b, 0xc24b8b70, 0xc76c51a3, 0xd192e819, 0xd6990624, 0xf40e3585, 0x106aa070,

0x19a4c116, 0x1e376c08, 0x2748774c, 0x34b0bcb5, 0x391c0cb3, 0x4ed8aa4a, 0x5b9cca4f, 0x682e6ff3,

0x748f82ee, 0x78a5636f, 0x84c87814, 0x8cc70208, 0x90befffa, 0xa4506ceb, 0xbef9a3f7, 0xc67178f2

預處理：

訊息後接上一個位元 '1'

再接上 k 個 '0'，其中 k 為最小的非負整數，使所得的訊息長度（位元數）同餘於 448 (mod 512)

將預處理前訊息的長度（位元數）寫成 64 位元大端序整數，接在最尾

將訊息分成若干連續段處理，每段 512 位元：

將訊息分成 512 位元的分段

for 每段

將該段再分成十六個 32 位元的字組，看成大端序的整數 w0..15

從該十六個字組，計算多四十八個同樣長度的字組，得到總共六十四個 32 位元字組：

for i from 16 to 63

s0 := (wi-15 rightrotate 7) xor (wi-15 rightrotate 18) xor (wi-15 rightshift 3)

s1 := (wi-2 rightrotate 17) xor (wi-2 rightrotate 19) xor (wi-2 rightshift 10)

wi := wi-16 + s0 + wi-7 + s1

初始化此段的雜湊值：

a := h0

b := h1

c := h2

d := h3

e := h4

f := h5

g := h6

h := h7

主迴圈：

for i from 0 to 63

s0 := (a rightrotate 2) xor (a rightrotate 13) xor (a rightrotate 22)

maj := (a and b) xor (a and c) xor (b and c)

t2 := s0 + maj

s1 := (e rightrotate 6) xor (e rightrotate 11) xor (e rightrotate 25)

ch := (e and f) xor ((not e) and g)

t1 := h + s1 + ch + ki + wi

h := g

g := f

f := e

e := d + t1

d := c

c := b

b := a

a := t1 + t2

將此段的雜湊值加進總和：

h0 := h0 + a

h1 := h1 + b

h2 := h2 + c

h3 := h3 + d

h4 := h4 + e

h5 := h5 + f

h6 := h6 + g

h7 := h7 + h

輸出最總的雜湊值（大端序）：

digest = hash = h0 append h1 append h2 append h3 append h4 append h5 append h6 append h7

其中 ch 函式及 maj 函式可利用前述 SHA-1 的最佳化方式改寫。

SHA-224 和 SHA-256 基本上是相同的，除了：

h0 到 h7 的初始值不同，以及
SHA-224 輸出時截掉 h7 的函式值。

SHA-512 和 SHA-256 的結構相同，但：

SHA-512 所有的數字都是 64 位元，
SHA-512 執行 80 次加密迴圈而非 64 次，
SHA-512 初始值和常數拉長成 64 位元，以及
二者位元的偏移量和迴圈位移量不同。

SHA-384 和 SHA-512 基本上是相同的，除了：

h0 到 h7 的初始值不同，以及
SHA-384 輸出時截掉 h6 和 h7 的函式值。

實現

Windows 作業系統的 System32 目錄下有 certutil.exe，可以直接呼叫，例如：

certutil -hashfile yourfilename.ext SHA256