SHA-1算法源码解析与实现文章

2025-01-20 12:22:09

随着信息技术的飞速发展，数据安全成为了人们关注的焦点。在众多的加密算法中，SHA-1（Secure Hash Algorithm 1）是一种广泛使用的哈希算法，被广泛应用于数字签名、数据完整性验证等领域。本文将对SHA-1算法的源码进行解析，并探讨其实现方法。

一、SHA-1算法简介

SHA-1算法是由美国国家标准与技术研究院（NIST）制定的，属于SHA系列算法之一。它可以将任意长度的数据转换为160位的固定长度的哈希值。SHA-1算法具有较高的安全性，但在近年来，一些研究者发现其存在一定的安全漏洞，因此逐渐被更安全的SHA-256算法所取代。

二、SHA-1算法原理

SHA-1算法基于MD4算法，其核心思想是将输入数据分割成512位的块，然后通过一系列的压缩函数进行迭代处理，最终得到160位的哈希值。以下是SHA-1算法的主要步骤：

1.初始化：定义一个160位的哈希值，初始值为（A=67452301，B=EFCDAB89，C=98BADCFE，D=10325476，E=C3D2E1F0）。

2.处理数据块：将输入数据分割成512位的块，对每个数据块进行如下操作：

（1）填充：在数据块的末尾添加一个1，然后填充0，直到数据块的长度为448位。

（2）添加长度：在填充后的数据块后面添加一个64位的长度值，表示原始数据的长度（以位为单位）。

（3）分割：将填充后的数据块分割成16个32位的块（A0，A1，...，A15）。

3.压缩函数：对每个数据块进行压缩函数迭代处理，计算新的哈希值。

（1）初始化临时变量：将A、B、C、D、E五个变量分别赋值为初始值。

（2）迭代处理：对每个数据块进行80轮迭代处理，每轮处理包括以下步骤：

a. 执行压缩函数F：根据A、B、C、D、E和当前数据块中的16个32位块，计算F的值。

b. 更新临时变量：将E的值赋给A，将F的值与A进行异或运算，得到新的A值；将D的值赋给B，将F的值与B进行异或运算，得到新的B值；以此类推。

c. 更新哈希值：将A、B、C、D、E的值分别加上初始值，得到新的哈希值。

4.输出结果：将最终得到的哈希值作为输入数据的SHA-1哈希值。

三、SHA-1算法源码解析

以下是一个简单的SHA-1算法源码示例，使用C语言实现：

`c

include <stdio.h>

// 哈希值初始值 unsigned long long hash[5] = {67452301, EFCDAB89, 98BADCFE, 10325476, C3D2E1F0};

// 压缩函数F unsigned long long F(unsigned long long X, unsigned long long Y, unsigned long long Z) { return (X & Y) | (~X & Z); }

// 压缩函数G unsigned long long G(unsigned long long X, unsigned long long Y, unsigned long long Z) { return (X & Z) | (Y & ~Z); }

// 压缩函数H unsigned long long H(unsigned long long X, unsigned long long Y, unsigned long long Z) { return X ^ Y ^ Z; }

// 压缩函数I unsigned long long I(unsigned long long X, unsigned long long Y, unsigned long long Z) { return Y ^ (X | ~Z); }

// 压缩函数 unsigned long long compress(unsigned long long A, unsigned long long B, unsigned long long C, unsigned long long D, unsigned long long E, unsigned long long W) { unsigned long long a = A, b = B, c = C, d = D, e = E; unsigned long long temp;

temp = F(e, a, b) + W + C;
e = d;
d = c;
c = b;
b = a;
a = temp;
temp = F(a, b, c) + W + D;
e = d;
d = c;
c = b;
b = a;
a = temp;
temp = F(a, b, c) + W + E;
e = d;
d = c;
c = b;
b = a;
a = temp;
temp = F(a, b, c) + W + D;
e = d;
d = c;
c = b;
b = a;
a = temp;
return a + e;

}

// SHA-1算法实现 void SHA1(unsigned char *data, unsigned long long len) { unsigned long long i, j; unsigned long long W[80]; unsigned long long A, B, C, D, E;

// 初始化哈希值
A = hash[0];
B = hash[1];
C = hash[2];
D = hash[3];
E = hash[4];
// 处理数据块
for (i = 0; i < len; i += 512) {
    // 分割数据块
    for (j = 0; j < 16; j++) {
        W[j] = ((unsigned long long)data[i + 4 * j] << 24) | ((unsigned long long)data[i + 4 * j + 1] << 16) |
               ((unsigned long long)data[i + 4 * j + 2] << 8) | ((unsigned long long)data[i + 4 * j + 3]);
    }
    // 压缩函数迭代处理
    for (j = 16; j < 80; j++) {
        W[j] = (W[j - 3] ^ W[j - 8] ^ W[j - 14] ^ W[j - 16]) << 1;
    }
    // 更新哈希值
    for (j = 0; j < 80; j++) {
        A = compress(A, B, C, D, E, W[j]);
        B = A;
        C = B;
        D = C;
        E = D;
    }
}
// 输出结果
printf("SHA-1: %016llx%016llx%016llx%016llx%016llx\n", A, B, C, D, E);

}

int main() { unsigned char data[] = "Hello, world!"; unsigned long long len = sizeof(data) - 1;

SHA1(data, len);
return 0;

} `

四、总结