這是為了讓您對哈希算法執(zhí)行過程中實際發(fā)生的事情有一個基本的了解。我使用SHA-512算法是為了幫助解釋哈希函數(shù)的內(nèi)部工作。

SHA-512是一種哈希算法，它對給定的數(shù)據(jù)執(zhí)行哈希函數(shù)。

哈希算法被廣泛應用于網(wǎng)絡安全、數(shù)字證書甚至區(qū)塊鏈等領(lǐng)域。由于哈希算法在數(shù)字安全和密碼學中扮演著如此重要的角色，對于稱為SHA-512的哈希算法來說，這是一個易于理解的演練，包括一些基本和簡單的數(shù)學知識以及一些圖表。它是一組稱為SHA-2的哈希算法的一部分，其中包括SHA-256，也用于比特幣區(qū)塊鏈的哈希算法。

在開始解釋SHA-512之前，我認為有一個關(guān)于哈希值函數(shù)的特性的基本概念是很有用的。

哈希函數(shù)

哈希函數(shù)將一些數(shù)據(jù)作為輸入，并為輸入數(shù)據(jù)生成固定長度的輸出（稱為哈希摘要）。然而，這個輸出應該滿足一些有用的條件。

1. 均勻分布： 由于輸出哈希摘要的長度是固定的，輸入大小可能會有所不同，因此很明顯，對于不同的輸入值，將會得到一些輸出值。即使是這樣，哈希函數(shù)也應該是這樣的：對于任何輸入值，每個可能的輸出值都應該是等可能的。也就是說，對于任何給定的輸入值，每個可能的輸出都有相同的可能性產(chǎn)生。

2. 固定長度： 這應該是不言自明的。輸出值都應該是固定長度的。例如，哈希函數(shù)的輸出大小可以是20個字符，也可以是12個字符，等等。SHA-512的輸出大小可以是512位。

3. 意見沖突： 簡單地說，這意味著不存在任何不可能找到兩個不同的輸入哈希函數(shù)，導致相同的輸出（哈希摘要）。

這是關(guān)于哈希函數(shù)的簡單介紹?，F(xiàn)在讓我們看看SHA-512。

哈希算法- SHA-512

所以SHA-512分幾個階段工作。這些階段如下：

· 輸入格式

· 哈希緩沖初始化

· 消息處理

· 輸出

讓我們一個一個看。

1. 輸入格式：

SHA-512實際上不能散列任何大小的消息輸入，即它有輸入大小限制。這個限制是由它的結(jié)構(gòu)決定的，你可以在后面看到。整個格式化的信息基本上有三個部分：原始消息、填充位、原始消息的大小。它們的組合大小應該是1024位的整數(shù)倍。這是因為格式化的消息將被處理為每個1024位的塊，因此每個塊應該有1024位可以使用。

《pic： original message》

填充位

接收輸入消息并向其添加一些填充位，以使其達到所需的長度。用于填充的位只是帶有前導“1”（100，000…000）的“0”位。另外，根據(jù)算法，即使是1，也需要進行填充。所以一個內(nèi)邊距只能是1。

總大小應該等于128位，而不是1024的倍數(shù)，因為目標是將格式化的消息大小作為1024位的倍數(shù)（N x 1024）。

《pic：msg + pad》

帶有極限大小的消息

然后，附加算法的原始消息的大小。這個大小值需要用128位表示，這是SHA-512對其輸入消息有限制的唯一原因。

自原始消息的大小需要用128位表示，消息大小可以最多（212?1）位，也考慮到必要的單一填充，它最大的大小將（212?2）位。盡管這個極限存在，它實際上并不造成問題，因為實際的限制是如此之高（212?2 = 680564733841876926926749214863536422910位）。

《pic：msg + pad + size》

帶有填充大小的消息，即填充位和消息的大小已被追加，剩下的是完全格式化的SHA-512算法輸入。

2. 哈希值值緩沖初始化：

該算法的工作方式是使用前一個塊的結(jié)果處理來自消息的每個1024位的塊。現(xiàn)在，這給前1024位塊帶來了一個問題，它不能使用任何以前處理的結(jié)果。這個問題可以通過使用第一個塊的默認值來解決，以便啟動該進程。（看一下倒數(shù)第二張圖）。

由于每個中間結(jié)果都需要用于處理下一個塊，因此需要將其存儲在某個地方以供以后使用。這將由哈希值值緩沖區(qū)來完成，它還將保存SHA-512整個處理階段的最后一個哈希值值摘要，作為這些“中間”結(jié)果的最后一個。

因此，用于啟動每個1024位塊的鏈處理的默認值也存儲在處理開始時的哈希值值緩沖區(qū)中。實際使用的值無關(guān)緊要，但是對于感興趣的人來說，使用的值是通過取前8個素數(shù)（2，3，5，7，11，13，17，19）平方根的小數(shù)部分的前64位得到的。這些值稱為初始向量（IV）。

為什么是8個質(zhì)數(shù)而不是9個？因為哈希值緩沖區(qū)實際上由8個子部分（寄存器）組成，用于存儲它們。

《pic：IV》

哈希緩沖區(qū)和初始化向量值

3. 消息處理：

消息處理是在格式化的輸入上進行的，每次取一個1024位的塊。實際的處理是通過使用兩個東西來進行的：1024位塊和前一個處理的結(jié)果。

SHA-512算法的這一部分包括幾個“回合”和一個加法運算。

《pic：格式化輸入1024位塊;n， H.n-1） = H.n 》

因此，使用“消息序列發(fā)生”將消息塊（1024位）擴展為“Words”。準確地說，是80個單詞，每個單詞的大小為64位。

Rounds

消息處理階段的主要部分可以認為是Rounds。每個輪需要3個東西：一個單詞、上一輪的輸出和SHA-512常量。第一Word沒有可以使用其輸出的前一輪，因此它對前一個1024位塊使用前一個消息處理階段的最終輸出。對于格式化輸入的第一個塊（1024位）的第一輪，使用初始向量（IV）。

SHA-512常量是預先確定的值，每個常量用于消息處理階段的每個輪。同樣，這些不是很重要，但是對那些感興趣的人來說，它們是前80個素數(shù)的立方根的小數(shù)部分的前64位。為什么是80個素數(shù)？因為有80輪，每輪都需要一個常數(shù)。

一旦Round函數(shù)接受這3個東西，它就對它們進行處理，并給出512位的輸出。重復80輪。在第80輪之后，它的輸出被簡單地添加到前一個消息處理階段的結(jié)果中，以獲得此消息處理迭代的最終結(jié)果。

4. 輸出：

在1024位的每個塊通過消息處理階段（即該階段的最后一次迭代）之后，我們將得到原始消息的最后512位哈希值值。因此，每個塊的中間結(jié)果都用于處理下一個塊。當最后的1024位塊完成處理后，我們就得到了原始消息的SHA-512算法的最終結(jié)果。

因此，我們從原始消息中獲得最終的哈希值。SHA-512是一組哈希算法的一部分，它們的工作方式非常類似，稱為SHA-2。SHA-256和SHA-384等算法與SHA-512一起屬于這一組。SHA-256也是比特幣區(qū)塊鏈中指定的哈希值函數(shù)。

這是SHA-512哈希算法工作原理的簡要概述。我打算進一步詳細說明是什么使得哈希函數(shù)實際上是不可逆的（單向的），以及這對數(shù)字安全有什么幫助。