SHA-2

SHA-2, ABD Ulusal Güvenlik Ajansı (NSA) tarafından tasarlanmış kriptografik özet (hash) fonksiyonları kümesidir. Kriptografik özet fonksiyonları, hesaplanmış “özet” (çalıştırılan algoritmanın çıktısı) ile bilinen ve beklenen özet değerinin karşılaştırılmasıyla, dijital veri üzerinde yürüyen matematiksel operasyonlardır. Özet fonksiyonları ile bir kişi verinin bütünlüğüne karar verebilir. Örneğin, yüklenmiş bir dosyanın özet değerini hesaplamak ve sonucu önceden açıklanmış özet sonucu ile karşılaştırmak, yüklemenin değiştirilip değiştirilmediğini veya üzerinde oynama yapılıp yapılmadığını gösterebilir. Kriptografik Hash fonksiyonlarının kilit noktası çakışma dirençleridir: hiç kimse aynı özet çıktısı veren iki farklı girdi bulamamalıdır. 
SHA-2, kendinden önce gelen SHA-1’den önemli farklılıklar içermektedir. SHA-2 ailesi basamakları (hash değerleri) 224, 256, 384 veya 512 bit olan altı hash fonksiyonundan oluşur: SHA-224, SHA-256, SHA-384, SHA-512, SHA-512/224, SHA-512/256.SHA-256 ve SHA-512 sırasıyla 32-bit ve 64-bitlik kelimelerle hesaplanmış orijinal özet fonksiyonlarıdır. Farklı kaydırma miktarları ve toplama sabitleri kullanırlar ancak yapıları neredeyse aynıdır. SHA-224 ve SHA-384 ilk ikisinin farklı başlangıç değerleri ile hesaplanmış, basitçe kesilmiş versiyonlarıdır. SHA-512/224 ve SHA-512/256 da SHA-512’nin kesilmiş versiyonlarıdır ama başlangıç değerleri Federal Bilgi İşleme Standardı (FIPS) PUB 180-4’te tanımlanmış metot kullanılarak üretilmiştir. SHA-2, Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST) bir Birleşik Devletler federal standardı (FIPS) tarafından 2001’de yayınlanmıştır. SHA-2 algoritmalar ailesi Birleşik Devletler 6829355 patentinde patentlenmiştir. Birleşik Devletler patenti telifsiz lisans altında yayımlamıştır.
2005’te, SHA-1 çakışmalarını, önceden mümkün olduğu düşünülen adım sayısından 2000 daha az adımda bulmak için bir algoritma geliştirilmiştir. 2017’de SHA-1 çakışmasının bir örneği yayımlanmıştır. SHA-1 tarafından bırakılan güvenlik marjini planlanandan zayıftır ve bu sebeple, kullanımı artık dijital imzalar gibi çakışma direncine bağımlı uygulamalar için önerilmemektedir. SHA-2, SHA-1 algoritmasına bazı benzerlikler taşısa da, bu ataklar SHA-2’ye başarılı bir şekilde genişletilememiştir.
Şu anda en iyi açık ataklar, aşağıda Kriptanaliz ve Doğrulama bölümünde gösterildiği gibi SHA-256’nın 52 turu veya SHA-512’nin 57 turu için preimage direncini ve SHA-256’nin 46 turu için çakışma direncini kırmaktadır.

Özet (Hash) Standartları

FIPS PUB 180-2’nin yayımlanmasıyla, NIST SHA ailesinde üç tane ek özet fonksiyonu eklemiştir. Algoritmalar toplu olarak SHA-2 diye bilinir ve basamak uzunlukları (bit cinsinden) ile isimlendirilmişlerdir: SHA-256, SHA-384, ve SHA-512.
Algoritmalar ilk olarak 2001’de FIPS PUB 180-2 taslağında, public review and comments (kamu değerlendirmesi ve yorumları) kabul edildiğinde, yayımlanmışlardır. Ağustos 2002’de FIPS PUB 180-2, Nisan 1995’te yayımlanan FIPS PUB 180-1’in yerini alarak yeni Güvenli Hash Standardı haline geldi. Güncellenmiş standart, SHA-2 ailesinin iç çalışmalarını tanımlamasıyla tutarlı güncellenmiş teknik notasyonla birlikte orijinal SHA-1 algoritmasını içerir.
Şubat 2004’te FIPS PUB 180-2 için, iki anahtarlı Üçlü DES’in anahtar uzunluğuyla eşleşmesi amacıyla SHA-224 için tanımlanmış ek bir değişkeni belirten bir değişiklik bildirimi yayımlandı. Ekim 2008’de standart, FIPS PUB 180-3’te değişiklik bildirimindeki SHA-224 dahil olmak üzere güncellendi, ama bunun dışında standartta başka temel değişim yapılmadı. Standardı güncellemekteki başlıca motivasyon özet algoritmaları hakkındaki güvenlik bilgilerini ve Special Publications 800-107 ve 800-57 için kullanım önerilerini  yeniden yerleştirmekti. Detaylı test verisi ve örnek mesaj özetleri de standarttan kaldırıldı ve ayrı belge olarak temin edildi.
Ocak 2011'de NIST,SP800-131A'yı yayınladı ve 2013 yılının sonuna kadar federal hükümetin kullanımına izin verebilen 80 bit'lik (SHA-1 tarafından sağlanan) asgari güvenliğin 112 bitlik güvenlikle (SHA-2 tarafından sağlanan) değiştiğini belirtti. Yayın tarihinden itibaren minimum gereksinim ve  önerilen güvenlik seviyesi bu şekilde değiştirildi.
Mart 2012’de standart, SHA-512/224 ve SHA-512/256 özet fonksiyonları eklenerek ve SHA-512’nin kesilmiş versiyonları için başlangıç değerleri üretmek üzere bir metot tanımlanarak FIPS PUB 180-4’te güncellendi. Buna ek olarak, gerçek-zamanlı video veya ses beslemesi gibi özet verisinin içerik üretimi ile aynı anda hesaplanmasına izin verilerek, girdi verisini hash hesaplamasından önce eklemekdeki kısıtlama kaldırıldı. Son veri bloğunu eklemek hala özet değeri çıktısından önce gerçekleştirilmelidir.
Temmuz 2012’de NIST, kriptografik anahtar yönetimi için rehberlik sağlayan SP800-57’yi tekrar gözden geçirdi. Yayın, 2013’ten sonra özet güvenliği 112-bitten az olan dijital imzaların üretilmesine izin vermemektedir. 2007'den önceki revizyon, 2010'un sonuna kadar olan kesintiyi belirtti. Ağustos 2012’de NIST, SP800-107’yi aynı şekilse gözden geçirdi.
NIST özet fonksiyonu yarışması yeni hash fonksiyonu SHA-3’ü 2012 yılında seçti. SHA-3 algoritması, SHA-2’den türetilmemiştir.

Uygulamalar

Daha fazla detay için kriptografik özet fonksiyonları başlığına bakabilirsiniz.
SHA-2 özet fonksiyonu, yaygın olarak kullanılan bazı güvenlik uygulamalarında ve protokollerde kullanılmaktadır, örneğin TLS ve SSL, PGP, SSH, S/MIME, and IPsec.
SHA-256, Debian yazılım paketleri doğrulama sürecinde ve DKIM mesaj imzalama standardında yer almaktadır; SHA-256 and SHA-512'nin DNSSEC'de kullanılması önerilmektedir. Unix ve Linux üreticileri, güvenli şifre özeti için 256-512 bit SHA-2'yi kullanmayı tercih etmektedir.
Bitcoin gibi birkaç kripto para birimi işlemler,i doğrulama yapmak, para iletimlerini kanıtlamak veya hisseleri hesaplamak için SHA-256 kullanır. ASIC SHA-2'nın çalışma hızındaki artış, kripto temelli ispat çalışmalarının daha fazla  kullanılmasına neden oldu.
SHA-1 ve SHA-2, ABD'de bazı bölgelerde,  kullanılması yasalar tarafından gerekli olan güvenli özet algoritmalarıdır. Başka şifreleme algoritmaları ve protokolleriyle birlikte devlet uygulamaları, hassas sınıflandırılmamış bilgilerin korunması için bu fonksiyonları kullanır.FIPS PUB 180-1, özel ve ticari kuruluşlar tarafından SHA-1'in benimsenmesini ve kullanılmasını teşvik etmiştir. Hükümet, uygulamalarında SHA-1 kullanmayı bırakmaya başlamıştır.ABD Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü "Federal ajanslar, SHA-1 kullanmayı en kısa sürede çakışma direnci gerektiren uygulamalar için bırakmalı ve 2010'dan sonra bu uygulamalarda SHA-2 ailesi özet fonksiyonları kullanmalıdır" açıklamasında bulunmuştur.
NIST'in bu açıklaması SHA-1'in bırakılma hızını arttırmıştır.
SHA-2 fonksiyonları , SHA-1'den daha iyi güvenlik olmasına rağmen kabul edilme süreci hızlı değildi. Bu durumun nedenleri, Windows XP, SP2 veya daha üst sürümü çalıştıran sistemlerin SHA-2 için desteklenmemiş olması  ve henüz SHA-1 çakışmaları bulunmadığı için durumun  acil olarak algılanamaması olabilir. Google Chrome ekibi, web tarayıcısının 2014'ün sonlarından 2015'in başlarına kadar bir süre boyunca SHA-1'e bağımlı TLS sertifikalarını kademeli olarak reddetmek için bir plan yaptıklarını açıkladı. Benzer şekilde Microsoft , Internet Explorer ve Edge'in kamuya açık SHA-1 imzalı TLS sertifikaları Şubat 2017'den itibaren onaylamayacağını açıkladı.

Resmi Doğrulama

Ana makale: Cryptographic Module Validation Program
FIPS onaylı güvenlik işlevlerinin uygulamaları, Ulusal Standartlar Teknoloji Enstitüsü (NIST) ve Communications Security Establishment (CSE) ile  ortaklaşa yürütülen CMVP programı aracılığıyla resmen doğrulanabilir.Gayri resmi doğrulama için NIST sitesinde, çok sayıda test vektörü üretmek içeren paketler, NIST'in sitesinde indirilebilir ancak bazı uygulamalar için  sonuçta ortaya çıkan doğrulama,  kanun tarafından gerekli görülen resmi CMVP doğrulamasının yerine geçmez.
Aralık 2013'ten itibaren, SHA-256'nın 1300'den  ve  SHA-512 'nin 900den fazla fazla geçerliliği varken yalnızca 5 tanesi mesajları her iki değişkene de destek verirken sekizin katı olmayan bit sayılarıyla çalışabilmektedir.(bkz. SHS Validation List)

Test Değerleri

Boş stringlerin özet değerleri: (0 uzunluğundaki giriş metinlerinin).
SHA224("")
0x d14a028c2a3a2bc9476102bb288234c415a2b01f828ea62ac5b3e42f
SHA256("")
0x e3b0c44298fc1c149afbf4c8996fb92427ae41e4649b934ca495991b7852b855
SHA384("")
0x 38b060a751ac96384cd9327eb1b1e36a21fdb71114be07434c0cc7bf63f6e1da274edebfe76f65fbd51ad2f14898b95b
SHA512("")
0x cf83e1357eefb8bdf1542850d66d8007d620e4050b5715dc83f4a921d36ce9ce47d0d13c5d85f2b0ff8318d2877eec2f63b931bd47417a81a538327af927da3e
SHA512/224("")
0x 6ed0dd02806fa89e25de060c19d3ac86cabb87d6a0ddd05c333b84f4
SHA512/256("")
0x c672b8d1ef56ed28ab87c3622c5114069bdd3ad7b8f9737498d0c01ecef0967a
Mesajdaki ufak bir değişiklik bile (çok büyük olasılıkla), avalanche effect(çığ etkisi) nedeniyle çok farklı bir özet oluşmasına sebep olacaktır. Örneğin, bu cümlenin sonuna bir nokta eklemek özet değerindeki bitlerinin neredeyse yarısını (224'ün 111'ü) değiştirir:
SHA224("The quick brown fox jumps over the lazy dog")
0x 730e109bd7a8a32b1cb9d9a09aa2325d2430587ddbc0c38bad911525
SHA224("The quick brown fox jumps over the lazy dog.")
0x 619cba8e8e05826e9b8c519c0a5c68f4fb653e8a3d8aa04bb2c8cd4c