Хеш алгоритм sha 2 что это
Хеш-функции SHA-2 разработаны Агенством национальной безопасности США и опубликованы [1] В этот стандарт также вошла хеш-функция SHA-1, разработанная в [2] . В октябре [3]
В июле [4] под лицензией [5]
План перехода ИОК с SHA-1 на SHA-2
Каждая компания с внутренним ИОК, не использующая SHA-2, должна будет создать ИОК SHA-2 или перевести существующую ИОК с SHA-1 на SHA-2. Для перехода нужно:
- Обучить вовлечённых членов команды тому, что такое SHA-2 и почему требуется его использование (эта статья будет хорошим началом).
- Провести инвентаризацию всех критических хешей или цифровых сертификатов, используемых в приложениях или устройствах.
- Определить, какие критически важные устройства или приложения могут использовать SHA-2, какой размер ключа может быть использован и какие операционные проблемы могут возникнуть (этот этап зачастую включает обращение к поставщику и тестирование).
- Определить, какие компоненты ИОК могут или должны быть перенесены в SHA-2.
- Составить план перехода для преобразования компонентов SHA-1 в SHA-2, включая потребителей и компоненты ИОК, плюс резервный план на случай сбоя.
- Провести PoC-тестирование.
- Принять управленческий риск и решение о переходе или отказе от него.
- Внедрить план перехода в производственную среду.
- Провести тестирование и получить обратную связь.
Подумайте о своей миссии, чтобы определить, какие важные части вашей инфраструктуры будут или не будут работать. Начните с попытки инвентаризации каждого уникального устройства, ОС и приложения, которые должны понимать SHA-2. Затем соберите команду людей, которые протестируют, работает ли SHA-2. Можно предварительно полагаться на информацию от поставщиков, но вы не будете знать наверняка пока не проверите самостоятельно.
Обновление приложений и устройств — задача не из лёгких, и потребует больше времени, чем кажется. Даже сейчас существует множество устройств и приложений, использующих старые версии OpenSSL, которые следовало бы обновить после атаки Heartbleed, но администраторы серверов этого так и не сделали.
Если у вас есть внутренняя ИОК, вам понадобится подготовить её к переходу на SHA-2. Иногда это означает обновление ваших центров сертификации, получение новых сертификатов или установку полностью новых ИОК. Последнее рекомендуется по множеству причин, в основном потому, что новая ИОК даст вам шанс начать сначала без груза старых ошибок.
Шаг 7. Изменяем окончательные значения
После цикла сжатия, но ещё внутри основного цикла, мы модифицируем значения хеша, добавляя к ним соответствующие переменные a … h . Как обычно, всё сложение происходит по модулю 2^32.
Сертификация [ ]
Реализации SHA-2, как и всех Федеральных стандартов обработки информации, могут быть сертифицированы для использования в некоторых приложениях на территории США. Сертификация происходит в рамках процедуры (англ.) , которая проводится Национальным институтом стандартов и технологий США совместно с канадским Бюро безопасности связи.
Индустрия инфраструктуры открытых ключей (ИОК, англ. PKI — Public Key Infrastructure) рекомендует, чтобы любой объект инфраструктуры, использующий SHA-1, был переведён на более безопасный SHA-2. В этой статье описано, почему и как стоит это сделать.
В 2016 году миграция на SHA-2 была хорошей подготовкой к всеобщему дедлайну, сейчас же этот переход обязателен для обеспечения безопасности. Многие устройства и приложения, использующие электронные сертификаты, уже сейчас выводят предупреждения или ошибки или отказываются работать, если сертификат использует алгоритмы хеширования SHA-1 или старше. Зачем эти принудительные изменения? Потому что в хеше SHA-1 обнаружены серьёзные криптографические уязвимости, и дни, когда его защита ещё надёжна, уже сочтены.
Вплоть до 2017 года SHA-1 был самым популярным хешем, используемым для криптографической подписи, и некоторые, в особенности старые, приложения и устройства не принимали или не понимали хеши или сертификаты, основанные на алгоритме SHA-2. Это было основной проблемой перехода на новый стандарт.
SHA-2 и SHA-256
SHA-2 — это семейство алгоритмов с общей идеей хеширования данных. SHA-256 устанавливает дополнительные константы, которые определяют поведение алгоритма SHA-2. Одной из таких констант является размер вывода. «256» и «512» относятся к соответствующим размерам выходных данных в битах.
Мы рассмотрим пример работы SHA-256.
Атаки на хеши
Общепринятые криптографические хеш-функции изначально считаются криптографически стойкими, но со временем злоумышленники находят математические уловки, ослабляющие их защиту.
Шаг 4. Основной цикл
Следующие шаги будут выполняться для каждого 512-битного «куска» входных данных. Наша тестовая фраза «hello world» довольно короткая, поэтому «кусок» всего один. На каждой итерации цикла мы будем изменять значения хеш-функций h0 – h7 , чтобы получить окончательный результат.
1. Копируем входные данные из шага 1 в новый массив, где каждая запись является 32-битным словом:
2. Добавляем ещё 48 слов, инициализированных нулями, чтобы получить массив w[0…63] :
3. Изменяем нулевые индексы в конце массива, используя следующий алгоритм:
- For i from w[16…63] :
- s0 = (w[i-15] rightrotate 7) xor (w[i-15] rightrotate 18) xor (w[i-15] righthift 3)
- s1 = (w[i-2] rightrotate 17) xor (w[i-2] rightrotate 19) xor (w[i-2] righthift 10)
- w [i] = w[i-16] + s0 + w[i-7] + s1
Давайте посмотрим, как это работает для w[16] :
SHA-256 «Привет, мир»
Псевдокод SHA-256 [ ]
SHA-224 идентичен SHA-256, за исключением:
- для инициализации переменных h0 — h7 используются другие начальные значения.
- в итоговом хеше опускается значение h7 .
SHA-512 имеет идентичную структуру, но:
- слова имеют длину 64 бита.
- используется 80 раундов вместо 64.
- начальные значения переменных и константы расширены до 64 бит.
- в сдвиг в операциях rotr и shr производится на другое число позиций.
SHA-384 идентичен SHA-512, за исключением:
- переменные h0 — h7 имеют другие начальные значения.
- в итоговом хеше опускаются значения h6 и h7 .
Шаг 8. Получаем финальный хеш
И последний важный шаг — собираем всё вместе.
Готово! Мы выполнили каждый шаг SHA-2 (SHA-256) (без некоторых итераций).
Шаг 2. Инициализация значений хеша (h)
Создадим 8 значений хеша. Это константы, представляющие первые 32 бита дробных частей квадратных корней первых 8 простых чисел: 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19.
Шаг 3. Инициализация округлённых констант (k)
Создадим ещё немного констант, на этот раз их 64. Каждое значение — это первые 32 бита дробных частей кубических корней первых 64 простых чисел (2–311).
Раздел 1: Что такое хэширование и плагин crypto
Хэш (хеш) — это криптографическая функция, которая представляет собой математический алгоритм, преобразующий произвольный массив данных (информацию) в строку фиксированной длины, состоящую из цифр и букв.
Как работает процесс хэширования:
Вначале определяют, целостность каких файлов нужно контролировать. Для каждого файла производится вычисления значения его хэша по специальному алгоритму с сохранением результата. Через необходимое время производится аналогичный расчет и сравниваются результаты. Если значения отличаются, значит информация содержащаяся в файле была изменена.Основная особенность хэш-функций — это то, что их нельзя расхэшировать, невозможно вернуть единожды хэшированную строку данных в обратный читабельный вид.
Где используется:
Анализ при помощи хэш-функций часто используется для контроля целостности и сверки уникальности важных файлов операционной системы, программ, а также с целью защиты личных данных на просторах сети Интернет, таких как пароль, ключ или иное значение, которое не требует обратной расшифровки, но требует контроля/сравнения значений.Какими характеристиками должна обладать хэш-функция:
Должна уметь выполнять преобразования данных произвольной длины в фиксированную.
Должна иметь открытый алгоритм, чтобы можно было исследовать её криптостойкость.
Должна быть односторонней, то есть не должно быть математической возможности по результату определить исходные данные.
Должна "сопротивляться" коллизиям, т.е. не должна выдавать одинаковых значений при разных входных данных.
Не должна требовать больших вычислительных ресурсов.
При малейшем изменении входных данных результат должен существенно изменяться.
Чтобы рассмотреть процесс хэширование во всей его красе, мы будем использовать сопутствующий плагин для фреймворка Flutter:
crypto — сборник криптографических хэш-функций, написанный на чистом языке Dart, поддерживает такие платформы как Android, iOS, Linux, macOS, Windows, Web.
Модели перехода ИОК
Ниже перечислены сценарии для внедрения SHA-2 в компоненты ИОК (для этих примеров используется двухуровневая ИОК — автономная корневая система, онлайн центры сертификации), каждый из которых может быть либо новым компонентом, либо перенесённым:
- Два ИОК дерева, один полностью SHA-1, другой полностью SHA-2.
Остальные сценарии предполагают одно дерево ИОК:
- Всё дерево ИОК, от корня до конечных точек, — SHA-1.
- Всё дерево ИОК, от корня до конечных точек, — SHA-2.
- Корень — SHA-1, выдающие ЦС — SHA-2, сертификаты конечных точек — SHA-2.
- Корень — SHA-1, выдающие ЦС — SHA-2, сертификаты конечных точек — SHA-1.
- Корень — SHA-1, выдающие ЦС — SHA-2 и SHA-1, сертификаты конечных точек — SHA-2 и SHA-1.
- Корень — SHA-2, выдающие ЦС — SHA-1, сертификаты конечных точек — SHA-1.
- Корень — SHA-2, выдающие ЦС — SHA-2, сертификаты конечных точек — SHA-1.
- Корень — SHA-2, выдающие ЦС — SHA-2 и SHA-1, сертификаты конечных точек — SHA-2 и SHA-1.
Также возможно существование выдающего центра сертификации, который переключается между SHA-1 и SHA-2 по необходимости, но это с большой вероятностью вызовет путаницу в службах ИОК (и не особо рекомендуется). Если возможно, для облегчения перехода можно запустить параллельные ИОК, один — с SHA-1, другой — с SHA-2, а потом переводить используемые устройства после того, как позволит тестирование.
Примечание: собственный сертификат ЦС корневого ЦС не нужно переносить на SHA-2, даже если он всё ещё использует SHA-1. Все программы проверки устаревших SHA-1 заботятся обо всём после собственного сертификата корневого ЦС (и будут заботиться, по крайней мере, в обозримом будущем). Тем не менее, имеет смысл переместить всё, включая собственный сертификат ЦС корневого ЦС на SHA-2, чтобы можно было сказать, что вся ИОК — SHA-2, и избежать дальнейших изменений, связанных с SHA-1, в обозримом будущем.
Публичные ЦС уже перешли с SHA-1 на SHA-2 для любых сертификатов со сроком жизни, заканчивающимся после 1 января 2017, поэтому вы должны сосредоточить свои усилия на серверах и приложениях с ещё не перешедшими на SHA-2 публичными цифровыми сертификатами. После решения этой проблемы можно начать смотреть на внутренние ИОК и доверенные стороны. Переход с SHA-1 на SHA-2 технически не сложен, но это массовое логистическое изменение с множеством последствий, которое требует продолжительного тестирования.
Вряд ли большинство поставщиков знают точную дату смерти SHA-1 (т. е. дату, когда его использование в приложении или устройстве будет приводить к «фатальным» ошибкам), но скорее всего это произойдёт раньше, чем вы ожидаете, так как всё больше пользователей переходит на SHA-2. Поэтому вам действительно стоит совершить переход уже сейчас.
Семейство SHA-2
SHA-2 — стандарт криптографического хеширования, который программное и аппаратное обеспечение должны использовать по крайней мере ближайшие пару лет. SHA-2 очень часто называется семейством хеш-функций SHA-2, поскольку содержит много хешей разных размеров, включая 224-, 256-, 384- и 512-битные последовательности. Когда кто-то говорит, что использует SHA-2, длина его хеша неизвестна, но сейчас самый популярный — 256-битный. Хотя некоторые математические характеристики SHA-2 совпадают с SHA-1, и в нём обнаружены незначительные недостатки, в криптомире он по-прежнему считается «стойким». Без сомнения, он лучше, чем SHA-1 и чем любой критический сертификат, приложение или аппаратное устройство, использующие SHA-1. Всё, что использует SHA-1, лучше перевести на SHA-2.
Что такое хеш?
Службы центра сертификации (ЦС) ИОК используют криптографические хеш-функции для подтверждения идентификационных данных и запросов цифровых сертификатов. Кроме этого, хеши используются для подтверждения цифровых сертификатов (например, цифровой подписью) и списка аннулированных сертификатов (CRL, certificate revocation list), которые выдают другие доверенные стороны. Доверенные стороны не смогут полагаться на достоверность цифровых сертификатов и другого контента, подписанного ЦС, если службы ИОК используют ненадёжный криптографический хеш. Стойкость криптографического хеша создаёт доверие ко всей системе ИОК.
В общем, криптографические хеши считаются более безопасными, чем контрольные суммы, хотя последние часто используются для некритических проверок целостности и подлинности.
Алгоритм [ ]
Алгоритм SHA-2 в виде псевдокода
Если вы хотите посмотреть на все шаги, которые мы только что сделали, в виде псевдокода, то вот пример:
SHA-2 (Secure Hash Algorithm), в семейство которого входит SHA-256, — это один самых известных и часто используемых алгоритмов хэширования. В тексте подробно покажем каждый шаг работы этого алгоритма на реальном примере. SHA-2 отличается безопасностью (его тяжелее взломать, чем SHA-1) и скоростью.
Шаг 1 — Предварительная работа
Преобразуем «Привет, мир» в двоичный код:
Дополните код нулями, пока данные не станут равны 512 бит, минус 64 бита (в результате 448 бит):
Теперь у нас есть ввод, который будет делиться на 512 без остатка.Шаг 6 — Сжатие
Инициализируйте переменные a, b, c, d, e, f, g, h и установите их равными текущим значениям хэш-функции соответственно h0, h1, h2, h3, h4, h5, h6, h7.
Запустите цикл сжатия, который изменит значения a… h. Выглядит он следующим образом:
- S1 = (e rightrotate 6) xor (e rightrotate 11) xor (e rightrotate 25)
- ch = (e and f) xor ((not e) and g)
- temp1 = h + S1 + ch + k[i] + w[i]
- S0 = (a rightrotate 2) xor (a rightrotate 13) xor (a rightrotate 22)
- maj = (a and b) xor (a and c) xor (b and c)
- temp2 := S0 + maj
- h = g
- g = f
- e = d + temp1
- d = c
- c = b
- b = a
- a = temp1 + temp2
Все вычисления выполняются еще 63 раза, меняя переменные a-h. К счастью, мы не делаем это вручную. В итоге мы получили:SHA-3 уже здесь, но стоит ли его использовать?
Хотя в SHA-2 не обнаружено существенных криптографических слабостей, он считается алгоритмически схожим с SHA-1. Большинство экспертов думают, что его время жизни будет схожим с SHA-1. В августе 2015 NIST утвердило новый алгоритм криптографического хеширования SHA-3. Он не обладает теми же математическими свойствами, что SHA-1 и SHA-2 и должен быть более устойчив к криптографическим атакам, чем его предшественники.
К сожалению, люди, откладывающие свой переход на SHA-2 в надежде сразу перейти на SHA-3, будут очень расстроены. Общемировое принятие стандарта SHA-3 может затянуться на долгие годы, а переход на SHA-2 следует сделать уже сейчас. Если вы перейдёте на SHA-3 сейчас, то большинство, если не все, ваших криптографически-зависимых приложений или устройств, скорее всего, сообщат об ошибке (не смогут распознать цифровой сертификат).
Итак, если вы ещё не перешли на SHA-2, то переходите сейчас. И когда SHA-2 начнёт ослабевать, мы все вместе перейдём на SHA-3.
SHA-2 (Secure Hash Algorithm 2) — одно из самых популярных семейств алгоритмов хеширования. В этой статье мы разберём каждый шаг алгоритма SHA-256, принадлежащего к SHA-2, и покажем, как он работает на реальном примере.
Вступление
Данная статья будет повествовать о том, что такое хэширование и какие алгоритмы хэширования используются в плагине crypto, а также будет приведена сравнительная таблица, в которой можно будет увидеть и сравнить характеристики тех или иных алгоритмов хэширования, поддерживаемых данным плагином.
Шаг 4 — Цикл фрагментов
Следующие шаги будут выполняться для каждого 512-битного «фрагмента» из наших входных данных. Поскольку фаза «Привет, мир» короткая, у нас есть только один фрагмент. В каждой итерации цикла мы будем изменять хэш-значения h0-h7, что приведет нас к конечному результату.
Скопируйте входные данные из шага 1 в новый массив, где каждая запись представляет собой 32-битное слово:
Добавьте еще 48 слов, инициализированных нулем, чтобы у нас получился массив w [0… 63]
Измените обнуленные индексы в конце массива, используя следующий алгоритм:
Для i из w[16…63]:- s0 = (w[i-15] rightrotate 7) xor (w[i-15] rightrotate 18) xor (w[i-15] rightshift 3)
- s1 = (w[i- 2] rightrotate 17) xor (w[i- 2] rightrotate 19) xor (w[i- 2] rightshift 10)
- w[i] = w[i-16] + s0 + w[i-7] + s1
Шаг 8 — Финальный хэш
Наконец, соединяем все вместе.
Мы прошли каждый шаг (за исключением нескольких итераций) SHA-256 в подробностях. Если хотите увидеть весь путь, что мы совершили, в форме псевдокода, заходите на WikiPedia.Что такое и с какой целью необходимо использовать хэширование? Основные виды хэширования.
Криптоанализ [ ]
Криптоанализ хеш-функции подразумевает исследование устойчивости алгоритма по отношению, по меньшей мере, к следующим видам атак:
-
нахождение [7] В сентябре того же года они представили метод конструирования коллизий для усечённых вариантов SHA-2 (21 итерация). [8][9]
Ввиду алгоритмической схожести SHA-2 с SHA-1 и наличия у последней потенциальных уязвимостей ведутся поиски улучшенных альтернатив. [10] [11] Новый стандарт будет назван SHA-3, он будет определен конкурсом, проводимым Национальным институтом стандартов и технологий в 2008—2012 гг. [12]
Шаг 6. Цикл сжатия
- Инициализируем переменные a, b, c, d, e, f, g, h и установим их равными текущим значениям хеша соответственно. h0, h1, h2, h3, h4, h5, h6, h7 .
- Запустим цикл сжатия, который будет изменять значения a…h . Цикл выглядит следующим образом:
- for i from 0 to 63
- S1 = (e rightrotate 6) xor (e rightrotate 11) xor (e rightrotate 25)
- ch = (e and f) xor ((not e) and g)
- temp1 = h + S1 + ch + k[i] + w[i]
- S0 = (a rightrotate 2) xor (a rightrotate 13) xor (a rightrotate 22)
- maj = (a and b) xor (a and c) xor (b and c)
- temp2 := S0 + maj
- h = g
- g = f
- f = e
- e = d + temp1
- d = c
- c = b
- b = a
- a = temp1 + temp2
Давайте пройдём первую итерацию. Сложение рассчитывается по модулю 2^32:
Все расчёты выполняются ещё 63 раза, изменяя переменные а … h . В итоге мы должны получить следующее:
Содержание
Шаг 2 — Инициализируйте значения хэша (h)
Теперь мы создаем 8 хэш-значений. Это жестко запрограммированные константы, которые представляют собой первые 32 бита дробных частей квадратных корней из первых восьми простых чисел: 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19.
Применение и сертификация [ ]
SHA-224, SHA-256, SHA-384 и SHA-512 законом США допускаются к использованию в некоторых правительственных приложениях, включая использование в рамках других криптографических алгоритмов и протоколов, для защиты информации, не имеющей грифа секретности. Стандарт также допускает использование SHA-2 частными и коммерческими организациями. [13]
Некоторые примеры применения SHA-2 указаны в таблице:
Область применения Детали [15] OpenLDAP SHA-256, SHA-384 или SHA-512 хеши [16] [17] X.509 SHA-224, SHA-256, SHA-384 и SHA-512 используются для создания электронной цифровой подписи сертификата [18] PGP SHA-256, SHA-384, SHA-512 используются для создания электронной цифровой подписи [19] IPSec Некоторые реализации поддерживают SHA-256 в протоколах [20] DSA Семейство SHA-2 используется для создания электронной цифровой подписи [21] SHACAL-2 ( англ. ) Блочный алгоритм шифрования SHACAL-2 построен на основе хеш-функции SHA-256 Передача файлов Для надёжности передачи файлов по сети иногда указываются их SHA-2 дайджесты [22]
Как показали исследования [23] , алгоритмы SHA-2 работают в 2—3 раза медленнее других популярных хеш-алгоритмов MD5, SHA-1, Tiger и RIPEMD-160.Примеры [ ]
Введение в семейство SHA
Алгоритм SHA-1 был разработан Агентством национальной безопасности США (АНБ) и опубликован Национальным институтом стандартов и технологий США (NIST) в качестве федерального стандарта в 1995 году. Выпущенные NIST криптографические стандарты пользуются доверием по всему миру и как правило требуются на всех компьютерах, используемых правительством или вооружёнными силами Соединённых Штатов. SHA-1 заменил предыдущие ослабевшие хеш-функции, например, MD5.
Со временем несколько непрерывных криптографических атак на SHA-1 уменьшили эффективность длины ключа. Из-за этого в 2002 году АНБ и NIST выбрали SHA-2 новым рекомендуемым стандартом хеширования. Это случилось задолго до того, как SHA-1 начали считать взломанным. В феврале 2017 года обнаружили успешную атаку на хеш с помощью коллизий, которая сделала SHA-1 бесполезным для защиты электронной подписи.
Отличное обсуждение взлома SHA-1 и пример документации можно найти здесь.
SHA-256 «hello world». Шаг 1. Предварительная обработка
1. Преобразуем «hello world» в двоичный вид:
2. Добавим одну единицу:
3. Заполняем нулями до тех пор, пока данные не станут кратны 512 без последних 64 бит (в нашем случае 448 бит):
4. Добавим 64 бита в конец, где 64 бита — целое число с порядком байтов big-endian, обозначающее длину входных данных в двоичном виде. В нашем случае 88, в двоичном виде — «1011000».
Теперь у нас есть ввод, который всегда будет без остатка делиться на 512.
Общее описание [ ]
Схема одной итерации алгоритмов SHA-2
Алгоритм использует следующие битовые операции:
Что такое хеш-функция?
Если вы хотите узнать больше о хеш-функциях, можете почитать Википедию. Но чтобы понять, о чём пойдёт речь, давайте вспомним три основные цели хеш-функции:
- обеспечить проверку целостности (неизменности) данных;
- принимать ввод любой длины и выводить результат фиксированной длины;
- необратимо изменить данные (ввод не может быть получен из вывода).
Шаг 3 — Инициализация округленных констант (k)
Как и в предыдущем шаге, мы создадим еще несколько констант. На этот раз их будет 64. Каждое значение (0—63) представляет собой первые 32 бита дробных частей кубических корней первых 64 простых чисел (2—311).
Что такое хэш-функция?
Три основных цели хэш-функций:
- Детерминировано шифровать данные (такой вид шифрования всегда создает одно и то же зашифрованное значение для одного и того же текстового значения);
- Принимать ввод любой длины, а выводить результат фиксированной длины;
- Изменять данные необратимо. Ввод нельзя получить из вывода.
Шаг 7 — Измените окончательные значения
После цикла сжатия, во время цикла фрагментов, мы изменяем хеш-значения, добавляя к ним соответствующие переменные a-h. Как и ранее, все сложение производится по модулю 2 ^ 32:
Обработка устаревших хэшей SHA-1
К сожалению, переход с SHA-1 на SHA-2 является односторонней операцией в большинстве сценариев сервера. Например, как только вы начнёте использовать цифровой сертификат SHA-2 вместо SHA-1, пользователи, не понимающие сертификаты SHA-2, начнут получать предупреждения и уведомления об ошибках, или даже отказы. Для пользователей приложений и устройств, не поддерживающих SHA-2, переход будет опасным скачком.
Читайте также: