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网络安全-安全散列函数,信息摘要SHA-1,MD5原理

时间:2017-07-09 17:22:35      阅读:209      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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本文绝大部分内容来自《网络安全基础——应用与标准》第五版——清华大学出版社。

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安全散列函数

        单向散列函数或者安全散列函数之所以重要,不仅在于消息认证(消息摘要。数据指纹)。还有数字签名(加强版的消息认证)和验证数据的完整性。常见的单向散列函数有MD5和SHA

散列函数的要求

        散列函数的目的是文件、消息或者其它数据块产生“指纹”。为满足在消息认证中的应用,散列函数H必须具有下列性质:

        (1)H可适用于随意长度的数据块。

        (2)H能够生成固定长度的输出。

        (2)对于随意给定的x,计算H(x)相对easy,而且能够用软/硬件实现。

        (4)对于随意给定的h,找到满足H(x)=h的x在计算上不可行。满足这一特性的散列函数称之为:具备抗原像攻击性。

        (5)对于随意给定的数据块x,找到满足H(y)=H(x)的y ≠ x在计算上是不可行;满足这一特性的散列函数称之为:抗弱碰撞性。


        (6)找到满足H(x) = H(y)的随意一对(x,y)在计算上是不可行的。

满足这一特性的散列函数称之为:抗碰撞性。

        前三个性质是使用散列函数进行消息认证的实际可行要求。第四个属性,抗原像攻击,防止攻击者能够回复秘密值。抗弱碰撞性保证了对于给定的消息。不可能找到具有同样散列值的可替换消息。

        满足上面前5个性质的散列函数称之为弱散列函数。

假设还满足第6个性质则称之为强散列函数。


一般来说:能够认识散列函数的两个特点就OK,1.输出固定长度的 2. 不可逆转!

散列函数的安全性

        有两种方法能够攻击安全散列函数:password分析法和暴力攻击法。

散列函数抵抗暴力攻击的强度全然依赖于算法生成的散列码长度。

Van Oorschot和Wiener以前提出,花费1000万美元涉及一个被专门用来搜索MD5算法碰撞的机器,则平均24天内就能够找到一个碰撞。

        2004年8月中国password学家王小云教授等首次发布了提出一种寻找MD5碰撞的新方法。眼下利用该方法用普通微机几分钟内就可以找到MD5的碰撞。MD5已经呗彻底攻破。

简单散列函数

        全部的散列函数都依照以下的基本操作。把输入(消息、文件等)看成n比特块的序列。对输入用迭代方法处理一块,生成n比特的散列函数。
        一种最简单散列函数的每个数据块都依照比特异或。

例如以下所看到的

                Ci = bi1 bi2⊕ … ⊕ bim

        当中:
                Ci为散列码的第i比特。1<=  i <=n;
                m为输入中n比特数据块的数目。
                bij为第j块的第i比特。
                为异或操作
        下图说明了这个操作:

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上图仅仅是简单的散列函数。由于没一列都有同样的可能性。所以这个函数的有效性差。

SHA安全散列函数

        近些年,应用最广泛的散列函数是SHA。

由于其它每一种被广泛应用的散列函数都已经被证实存在这password分析学中的缺陷。接着到2005年,SHA也许仅存的安全散列算法。SHA由美国国家标准与技术研究院(NIST)开发。


● 1995年发布SHA-1
● 2002年,发布了SHA-2(SHA-256、SHA-384、SHA-512)
● 2008年,添加了SHA-224
更具体的例如以下图所看到的:

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以下对SHA-512做一下介绍,其它SHA算法与之非常类似。该算法以最大长度不超过2128比特作为输入,生成512比特的消息摘要输出。输入以1024比特的数据块进行处理。

如图所看到的:


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处理过程:

● 第1步、追加填充比特

填充消息使其长度模1024同余896[长度 896(模1024)]。及时消息已经是期望的长度,也总是要加入填充。填充部分是由单个比特1后接所需个数的比特0构成。

● 第2步、追加长度

将128比特的数据块追加在消息上。该数据被看作是128比特的无符号整数。它含有原始消息的长度。经过前两步,生成了1024倍数的消息。如上图所看到的。被延展的消息表示为1024比特的数据块M1,M2,M3...Mn。
结合这两点:“同余”比較难以理解,填充比特的逻辑能够这么理解:填充的目的是为了形成1024的倍数,可是,最后一个1024块的最后128比特必须保留(用于记录原始消息的长度)。举例:
原始消息895比特,那么须要填充1个比特。这样895+1+128=1024
原始消息896比特。这样的情况下,加上128字节正好是1024,可是依照规则,仍是要填充1024个字节。
原始消息897比特,897+128>1024,所以须要填充。填充1023个比特。

● 第3步、初始化散列缓冲区

用512比特的缓冲区保存散列函数中间和终于结果。缓冲区能够是8个64比特的寄存器(a,b,c,d,e,f,g,h),这些寄存器初始化为64比特的整数(十六进制):
        a=6a09e667f3bcc908
        b=bb67ae8584caa73b
        c=3c6ef372fe94f82b
        d=a54ff53a5f1d36f1
        e=510e527fade682d1
        f=9b05688c2b3e6c1f
        g=1f83d9abfb41bd6b
        h=5be0cd19137e2179
这些值以逆序的形式存储,即字的最高字节存在最低地址(最左边)字节位置。

这些字的获取方式例如以下:前8个素数取平方跟,取小数部分前64位。

● 第4步、处理1024比特的数据块消息

        算法的核心是80轮迭代构成的模块。

该模块在上图中标记为F,下图是其逻辑关系。每一轮都以512比特的缓冲区值abcdefgh作为输入。而且更新缓冲区内容。

在第一轮时,缓冲区的值是中间值Hi-1.在随意t轮。使用从当前正在处理的1024比特的数据块(Mi)导出64位比特值Wt。每一轮还使用附加常数Kt。当中0<=t<=79表示80轮中的某一轮。这些常数的获取方式例如以下:前8个素数的立方根。取小数部分的前64位。这些常数提供了64位随机串集合,能够初步消除输入数据中的不论什么规则性。第80轮输出加到第1轮输入(Hi-1)生成Hi。

缓冲区里的8个字与Hi-1中对应的字进行模264加法运算。

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● 第5步、输出

当全部N个1024比特的数据块都处理完成后,从第N阶段输出的便是512比特的消息摘要。


        SHA-512算法使得散列码的随意比特都是输入端每1比特的函数。基本函数F的复杂迭代产生非常好的混淆效果;即随机取两组类似的消息也不可能生成同样的散列码。除非SHA-512隐含一些直到如今都还没有发布的弱点。

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原文地址:http://www.cnblogs.com/cxchanpin/p/7141815.html

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