SHA256的总结与Go实现

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SHA256在线验证链接：SHA256 online hash function

My Golang github源码：https://github.com/kumataahh/Golang-toolbox/blob/master/crypto/sha256_source.go

SHA256的加密过程归为四个点

常量的初始化
信息预处理
使用到的逻辑运算
计算信息摘要

初始化常量

用作后面对需要加密的信息的处理。

8个哈希初值：自然数中前8个质数（2,3,5,7,11,13,17,19）的平方根的小数部分取前32bit而来

64个哈希常量：对自然数中前64个质数(2,3,5,7,11,13,17,19,23,29,31,37,41,43,47,53,59,61,67,71,73,79,83,89,97…)的立方根的小数部分取前32bit而来。

// golang 
// 8个哈希初值和64个哈希常量

const (
    chunk     = 64
    init0     = 0x6A09E667
    init1     = 0xBB67AE85
    init2     = 0x3C6EF372
    init3     = 0xA54FF53A
    init4     = 0x510E527F
    init5     = 0x9B05688C
    init6     = 0x1F83D9AB
    init7     = 0x5BE0CD19 
)

var _K = []uint32{
    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,
}

信息预处理

在想要Hash的消息后面补充需要的信息，使整个消息满足指定的结构。

两个步骤：附加填充比特和附加长度

// step 1 附加填充bit
// simple need hash data  : "abc"
// a,b,c对应的ASCII码分别是97,98,99
// ascii code ：01100001 01100010 01100011
//  一串补位操作后，数据为（hex）长度为448
61626380 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000

// step 2 附加长度值，用一个64bit数据表示消息长度
// 补长后
61626380 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000018

逻辑运算

SHA256散列函数中涉及的操作全部是逻辑的位运算，一系列位运算，包含如下函数：

计算信息摘要

step1：消息分解成512-bit大小的块

能分n快就完成n次迭代，n次迭代的结果就是最终的哈希值，即256bit的数字摘要。

step2：8个哈希初值的迭代运算

step3：构造64个字（word）

对于每一块，将块分解为16个32-bit的big-endian的字，记为w[0], …, w[15]

前16个字直接由消息的第i个块分解得到

其余的字由如下迭代公式得到：

step4:64次加密循环

ABCDEFGH这8个字（word）在按照一定的规则进行更新

深蓝色方块是事先定义好的非线性逻辑函数
红色田字方块代表 mod $ 2^{32} $ addition，即将两个数字加在一起，如果结果大于$ 2^{32} ，你必须除以，你必须除以，你必须除以 2^{32} $并找到余数。
ABCDEFGH一开始的初始值分别为$ H_{i-1}(0),H_{i-1}(1),…,H_{i-1}(7) $
Kt是第t个密钥，对应我们上文提到的64个常量
Wt是本区块产生第t个word。原消息被切成固定长度512-bit的区块，对每一个区块，产生64个word，通过重复运行循环n次对ABCDEFGH这八个字循环加密。
最后一次循环所产生的八个字合起来即是第i个块对应到的散列字符串$ H_{i} $

笔记参考：SHA256算法原理详解