1 SHA256

SHA256是SHA-2下的一个子算法，与之类似的还有SHA224、SHA384、SHA512，算法原理基本一致。

哈希算法通过对消息进行计算，生成一定长度的数据，称作消息摘要。SHA256能生成64*8=512 bits的消息摘要，每一个数据都可以当做一条消息的索引，这样能代表的数据就有2^512=13407807929942597099574024998205846127479365820592393377723561443721764030073546976801874298166903427690031858186486050853753882811946569946433649006084096种可能，这个消息量已经足够大了。

另外，我们知道，能用一个摘要（索引）代表一条消息的前提是：没有其他消息的摘要与另一条不同消息的摘要相同，如果相同，称作碰撞。算法过于简单则会很容易发生碰撞，也就容易被破解。

2 实现原理

一些原理和伪代码可以参考这篇文章

2.1 消息预处理

消息预处理成长度是512bits的倍数。首先需要对消息进行至少一次的填充，先在消息后附加8比特的b10000000，然后填充0至长度模512余448。再填充64bits的长度，这样总长度就是512的倍数了。
计算长度时直接让长度值左移3位快速计算乘上8，也就是消息的比特长度。使用chr把int型数据转成比特对于的字符，注意和str的区别。

def msgProcess(m):# 附加长度str_l = chr(len(m)<<3)# 填充到模512为448# 至少进行一次填充m += '\x80'm += '\x00' * ((55 - len(m)) % 64)str_l = '\x00' * (9 - len(str_l)) + str_lm += str_lreturn m

2.2 使用的常量和循环移位函数

循环右移时为了保证数据在32bits内，需要取与。

#预定义常量
_H0 = [0x6a09e667, 0xbb67ae85, 0x3c6ef372, 0xa54ff53a,0x510e527f, 0x9b05688c, 0x1f83d9ab, 0x5be0cd19]
_HashConstant = [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]def shiftRight(a, x, bitnum=32):return ((a >> x)|(a << (bitnum - x))) & (2 ** bitnum - 1)

2.3 主循环

流程是将预处理好的消息分成512bits的数据块处理，更新ABCDEFGH的值，在对数据进行操作后，每次加法都应与11111111 11111111 11111111 11111111 11111111 11111111 11111111 11111111取与使得消息大小受限制。

def mySHA256(message):H = _H0.copy() # 使用列表的复制，不要修改常量的值message = msgProcess(message)for i in range(0, len(message), 64):msg = message[i:i+64]W = []for j in range(0,64,4):cut = msg[j:j+4]W.append(ord(cut[0])*(256**3)+ord(cut[1])*(256**2)+ord(cut[2])*256+ord(cut[3]))W = W + ([0]*48)for j in range(16,64):s0 = shiftRight(W[j-15],7) ^ shiftRight(W[j-15],18) ^ (W[j-15]>>3)s1 = shiftRight(W[j-2],17) ^ shiftRight(W[j-2],19) ^ (W[j-2]>>10)W[j] = (W[j-16] + s0 + W[j-7] + s1) & (2**32-1)a,b,c,d,e,f,g,h = Hfor i in range(64):s0 = (shiftRight(a, 2) ^ shiftRight(a, 13) ^ shiftRight(a, 22)) & ((2**32)-1)maj = ((a & b) ^ (a & c) ^ (b & c)) & ((2**32)-1)t2 = (s0 + maj) & ((2**32)-1)s1 = (shiftRight(e,6) ^ shiftRight(e,11) ^ shiftRight(e,25)) & ((2**32)-1)ch = ((e & f) ^ (~e & g)) & ((2**32)-1)t1 = (h + s1 + ch + _HashConstant[i] + W[i]) & ((2**32)-1)a,b,c,d,e,f,g,h = (t1+t2) & ((2**32)-1), a,b,c,(d+t1) & ((2**32)-1),e,f,gtemp = [a,b,c,d,e,f,g,h]for i in range(8):H[i] += temp[i]H[i] = H[i] & ((2**32)-1)#转字符串，可能未满8位十六进制，补0en = [str(hex(it))[2:] for it in H]for i in range(8):it = en[i]if len(it)<8:en[i] = '0'*(8-len(it))+itreturn ''.join(en)

3 结果

if __name__ == '__main__':msg = ['121a s;f3','121a s;f3'*10]for it in msg:print('消息:   ', it)print('散列值: ', mySHA256(it))

然后发现中文的计算和一些标准还是有些不同的。

4 对中文编码

使用gbk对含有中文的消息编码，编码后是bytes型数据，编写bytes和str互转的函数

def byte2str(b):s = ''for i in b:i = hex(i)[2:]s += str(i)return sdef str2byte(s):b = b''b = bytearray()ind = 0while ind < len(s):b.append(int(s[ind:ind+2],16))ind += 2return bytes(b)

此外，还有一个重点是，其实python库里有sha256算法…，它是hashlib库下的sha256函数，将两个对比一下结果

import hashlib
if __name__ == '__main__':msg = ['message','message'*16,'message'*17]for it in msg:it = it.encode('gbk')it = byte2str(it)print('消息:     ', it)print('散列值:   ', mySHA256(it))print('库函数结果:',hashlib.sha256(it.encode('utf-8')).hexdigest(),'\n')

结果一致

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