什么是 SHA-256？SHA-256算法有什么特点？
2025-01-06分类：区块链开发 阅读（）
SHA-256 代表安全哈希算法，是一种加密哈希函数，可将任何输入数据转换为 256 位的固定字母数字字符串。SHA-256 由美国政府国家安全局 (NSA) 开发，是数据安全方面最受欢迎的加密哈希函数。
哈希算法被认为是高度安全的，因为它会生成唯一且不可逆的哈希值。因此，它是最受欢迎的安全机制，广泛应用于数字签名、密码认证、区块链、加密货币等各种安全应用中。
什么是 SHA-256？
安全哈希算法 (SHA-256) 是加密安全中最常用的哈希算法。该算法通过精炼的数学函数处理输入数据，生成固定大小为 256 位的唯一输出哈希。输出哈希用作数字签名，因为它描述了原始数据。
美国国家安全局 (NSA) 于 2001 年推出了 SHA-256，以取代易受攻击的 SHA-1。由于 SHA-256 会生成一串固定的字符，而不管输入数据是什么，因此其安全性极高。例如，SHA-256 会生成一个 256 位长的哈希值，因此任何人都很难从哈希值中检索原始输入，同时保持数据完整性。
SHA-256 如何工作？
SHA-256 是一种安全哈希算法，它通过一系列数学运算来处理输入数据。输入可以是四个字母的密码，也可以是一本书的很多页——SHA-256 算法会创建相同的 256 位哈希值。
即使你对输入做了微小的更改，比如一个字符，输出也会完全不同。因此，攻击者很难对哈希进行逆向工程并找到原始数据，从而使该算法高度安全。
SHA-256算法有什么特点？
让我们看看SHA-256算法的突出特点。
唯一性
SHA-256 算法的主要特点是其输出的唯一性。简而言之，无论输入大小如何，该算法都会生成 256 位长的输出哈希值。因此，无论是单个字符输入还是多页输入，输出哈希值都将是 256 位长。
不可逆转
SHA-256 算法生成的所有哈希值都是不可逆的。任何输入，无论大小，都会生成相同的输出，且输出长度固定为 256 位。此外，输入大小不受限制。因此，黑客不可能通过计算对原始数据进行逆向工程。这反过来又确保了原始数据始终是安全的，即使哈希值是公开的。
一致性
SHA-256 算法会针对特定输入生成相同的哈希值。这可以保持哈希过程的一致性，进而让用户能够跨远程系统验证数据。
SHA-256 算法涉及的步骤
输入数据后，SHA-256 算法会通过一系列数学计算（称为轮次）对其进行处理。该过程涉及多个步骤，例如数据预处理、消息扩展和消息压缩。让我们详细了解这些步骤。
1.数据预处理
输入的数据会被填充，也就是在原始消息中添加一些额外的位。这些位以第一位为 1 而其余位为 0 的方式添加。填充后的数据长度确保为 512 的倍数。
2. 信息扩展
512 位输入首先被分成 16 个 32 位字，然后通过一系列数学运算将其扩展为 64 个 32 位字。
3. 消息压缩
然后，扩展后的 64 个字的消息将经过一系列 64 轮处理，包括以下步骤。
确定舍入常数
每一轮均由根据序列中的位置产生的不同的 32 位常数值组成。
确定消息时间表
根据64个字的消息和回合常数创建一个64条消息计划。
更新工作变量
8 个 32 位字是存储哈希过程中中间值的工作变量，这些工作变量会根据消息调度和一系列数学运算进行更新。
生成哈希值
完成所有 64 轮运算后，将工作变量的最终值组合起来，生成 256 位哈希值。SHA-256 算法的最终输出始终是 256 位哈希值，它充当输入数据的数字签名。
SHA-256 用例
SHA-256 算法广泛应用于各种应用，包括数据安全、区块链、数字签名等。让我们详细了解一下。
1.数字签名
数字或电子签名是 SHA-256 算法最常见的应用，用于验证信用卡交易、数字文档等消息的真实性。
SHA-256 算法会生成原始内容的哈希值，使其成为唯一的数字签名。这样，消息的完整性始终受到保护。签名者可以使用私钥加密哈希值。
2. 密码哈希处理
密码哈希是 SHA-256 算法的另一个著名用例。组织和机构不愿存储密码，担心不道德的行为。因此，他们导出哈希值。因此，每次用户输入密码时，算法都会导出一个新的哈希值并验证它是否与数据库中存储的原始内容匹配。
3.区块链技术
SHA-256 算法是区块链应用中不可替代的哈希函数，众所周知，目前最流行的加密货币比特币遵循工作量证明（PoW）机制，它遵循 SHA-256 算法来验证交易、挖掘新区块，保护网络免受攻击。
SHA-256 算法确保存储在区块中的数据的完整性，因为每个区块都包含一个无法更改的唯一数字指纹。此外，每个区块都使用其哈希值链接到前一个区块。这就是区块链名称背后的原因。SHA-256 算法使区块链账本透明，以便所有用户都可以随时验证它。
此外，SHA-256 使区块链安全且不受攻击。例如，矿工应该将一串随机数字（称为 nonce）添加到前一个区块的内容中，并通过 SHA-256 算法对其进行处理。因此，没有人能够猜出正确的数字串来检索内容。猜测正确的哈希值需要大量的计算能量，这是不切实际的，从而使网络安全。
4. SSL 握手
SSL（安全套接字层）握手对于网络浏览会话至关重要，因为它可以在网络浏览器和服务器之间建立安全连接。SSL 握手依赖于 SHA-256 算法，以便在浏览器和服务器之间建立安全连接。
例如，服务器和浏览器之间的通信总是以 SSL 握手开始，这是一种非对称加密，使浏览器能够在数据传输之前验证 Web 服务器、获取公钥并建立安全连接。
5. 文件完整性
SHA-256 在下载和传输过程中验证互联网上任何文件（如文档、视频和软件可执行文件）的数据完整性。例如，当文件上传到网站时，算法会为该文件生成一个哈希值。因此，当有人下载该文件时，会再次计算哈希值以保持数据完整性。只有当两个哈希值匹配时，才会验证文件。
结论
SHA-256 算法在许多行业中发挥着至关重要的作用，尤其是网络安全和区块链技术。它有助于确保数据传输、数字签名和各种加密货币的挖矿过程的安全。
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