SHA-512（安全散列算法512位）

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SHA-512，或安全哈希算法512，是一种哈希技术，可将任意长度的文本转换为固定大小的字符串。每个输出的SHA-512长度为512位（64字节）。

此算法常用于电子邮件地址哈希、密码哈希和数字记录验证。SHA-512也用于区块链技术，其中BitShares网络成为最著名的例子。

在本章中，我们将探讨SHA-512的起源及其与该算法应用的工作原理。

什么是SHA-512？

SHA-512生成512位（64字节）的哈希值，使其成为SHA-2系列中最大的哈希函数之一。SHA-512与所有加密哈希算法一样，具有以下基本属性：

  • 确定性 - 相同的输入将始终获得相同的结果。
  • 计算速度快 - 任何给定数据的哈希值都可以很快计算出来。
  • 不可逆 - 您无法根据其哈希值确定原始输入。
  • 抗碰撞性 - 发现产生相同哈希值的两个不同输入在计算上是具有挑战性的。
  • 雪崩效应 - 输入的微小变化（即使翻转单个位）也会导致哈希值发生显著变化。

SHA-512的工作原理？

在不深入数学概念的情况下，SHA-512的工作原理如下：

  • 初始化 - 它以八个哈希值开始，这些哈希值是根据前八个素数的平方根计算出来的。
  • 预处理 - 对输入消息进行填充，使其成为块大小的倍数。原始消息的128位长度（填充前）添加到填充消息的末尾。
  • 解析 - 然后将消息分成1024位的块。
  • 主循环 - 主循环在80轮中分析每个1024位的块，通过逻辑运算、按位移位和模算术操作数据。
  • 输出 - 处理完所有块后，将生成的512位消息摘要作为哈希值输出。

算法

SHA-512算法包括以下步骤：

  • 消息填充 - 首先，对您的消息进行填充，以确保其大小适合该算法。这确保它可以分解成块并进行处理。
  • 初始哈希值 - 算法以八个初始哈希值开始。这些设置值作为哈希过程的基础。
  • 消息处理 - 将填充的消息分成块。每个块都经过一系列称为轮次的阶段。在每一轮中，使用特定技术混合和调整块。
  • 最终哈希值 - 检查完所有块后，计算哈希值。此哈希值作为原始消息的唯一指纹。
  • 输出 - SHA-512算法生成最终哈希结果，通常是十六进制整数的字符串。这是哈希原始消息后返回的值。
SHA-512 Algorithm

SHA-512的实现

现在，我们将使用不同的编程语言实现SHA-512算法。

使用Python

正如我们在前面的章节中看到的SHA-1和SHA-256的实现一样，我们将实现此算法，但是我们用来生成新哈希对象的函数略有不同。因此，我们将在本代码中使用hashlib.sha512()。

import hashlib

# generate a string to hash
my_string = "Hello, Tutorialspoint family!"

# chaneg the string to bytes 
my_bytes = my_string.encode('utf-8')

# generate a new SHA-512 hash object
hash_object = hashlib.sha512()

# Update the hash object
hash_object.update(my_bytes)

# get the hexadecimal representation
hash_hex = hash_object.hexdigest()

# print the SHA-512 hash
print("SHA-512 hash of", my_string, ":", hash_hex)

输出

SHA-512 hash of Hello, Tutorialspoint family! : 7adcec675a2bae322d62c0266d148fbd9fcd65a8d9707c2e44f2ebc8138d4facf97b1079db71d9ff9e484fdcd1dd869b1c24086f3e58c6697e9db88074a2f831

使用Java

现在，我们将使用Java及其内置类MessageDigest和NoSuchAlgorithmException实现SHA-512。使用java的MessageDigest类，我们可以提供加密功能并使用'computeSHA512()'方法，该方法接受消息作为输入并计算其SHA-512哈希值。如果找不到此类算法，则使用NoSuchAlgorithmException类抛出异常。因此，使用Java的SHA-512代码如下：

import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;

public class SHA512Example {
   // Function to compute SHA-512 hash
   public static String computeSHA512(String message) throws NoSuchAlgorithmException {
      // Create a MessageDigest object for SHA-512
      MessageDigest digest = MessageDigest.getInstance("SHA-512");

      // Update the digest with the message bytes
      byte[] hashedBytes = digest.digest(message.getBytes());

      // Convert hashed bytes to hexadecimal representation
      StringBuilder hexString = new StringBuilder();
      for (byte b : hashedBytes) {
         String hex = Integer.toHexString(0xff & b);
         if (hex.length() == 1) hexString.append('0');
         hexString.append(hex);
      }

      // Return the hexadecimal representation
      return hexString.toString();
   }

   public static void main(String[] args) {
      String message = "Namaste, Tutorialspoint Family!";
      try {
         String hashedMessage = computeSHA512(message);
         System.out.println("SHA-512 Hash of '" + message + "' is: " + hashedMessage);
      } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
         e.printStackTrace();
      }
   }
}

输入/输出

SHA-512 Hash of 'Namaste, Tutorialspoint Family!' is: 140b8ea03714699c3738071bff5446587a8cf8ecfa092ed0f49115ee8ad9617055fcfc99a484e8e16987b9a7241a8314b1a85c8e49b7c8cb2de1e276cb2a3290

应用

SHA-512及其来自SHA-2系列的同类算法通常用于许多安全应用程序和协议中，包括：

  • 数字签名用于验证消息或文档的完整性。
  • 证书创建是由证书颁发机构 (CA) 用于确保数字证书安全性的过程。
  • 密码哈希是指将密码以哈希值而不是纯文本的形式存储在数据库中。
  • 区块链和加密货币：用于确保数据完整性和安全性。
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