SHA1算法详解

安全哈希算法（Secure Hash Algorithm）主要适用于数字签名标准里面定义的数字签名算法。对于长度小于2^64位的消息，SHA1会产生一个160位的消息摘要。当接收到消息的时候，这个消息摘要可以用来验证数据的完整性。在传输的过程中，数据很可能会发生变化，那么这时候就会产生不同的消息摘要。算法无法从结果还原出原始信息，相对于MD5更加安全，速度要慢一些，操作要简单点。

一.术语解释

SHA1算法要用到一系列的位运算。

XOR（异或）、OR（或）、AND（与）、NOT（非）、<<（左移）、>>（右移）。右移示例：A>>n（n是常数，左移一样）。

另外还有一种比较复杂的位运算（循环左移）：Sn(A) = (A<<n)OR(A>>32-n)；数据左移一位，然后左边移出去的那一位填补到右边。

二.数据的前期一些处理

1.补位：我们先以字符为单位将其转换为十六进制Ascii码的排列。再将其转换为二进制排列，得到一个二进制数据。然后我们在数据后加上一个1，计算长度L对512的取余运算即：X=L%512，如果X不等于448，就在数据末尾加上一个0，一直循环到X=448为止。此时数据的长度应为512的n倍加上448，即L'=512*n+448。补位结束。

2.补长度与分块：我们得到一个长度L为512*n+448位的二进制字符串，我们在这个二进制字符串的末尾添加上一个长度为64位的二进制字符串，用来表示原消息数据的长度。我们最终得到一个长度L''=512*n(即长度为512的倍数)的二进制字符串。最后，我们判断这个二进制字符串的长度是否大于512位(即n是否为1)。若大于512位，我们则需要将其分割为长度为512位的多个字符串，这里用M[i](M[0]，M[1]……)表示。若不大于，则直接用M0保存。补长度与分块结束。

三.常量值与函数表达式

常量：Kt = 0x5A827999 (0 <= t <= 19)；Kt = 0x6ED9EBA1 (20 <= t <= 39)； Kt = 0x8F1BBCDC (40 <= t <= 59)； Kt = 0xCA62C1D6 (60 <= t <= 79)

表达式： ft(B,C,D) = (B AND C) OR ((NOT B) AND D)  ( 0 <= t <= 19)； ft(B,C,D) = B XOR C XOR D        (20 <= t <= 39)；  ft(B,C,D) = (B AND C) OR (B AND D) OR (C AND D)  (40 <= t <= 59)；  ft(B,C,D) = B XOR C XOR D     (60 <= t <= 79)。

四.算法

1.缓冲区：

        处理上述的二进制字符串需要一些缓冲区，下面为各缓冲区的规格：

            a.32位的缓冲区5个：A,B,C,D,E

            b.32位的缓冲区80个：W[0]~W[79]

            c.32位的缓冲区5个：H[0]~H[4]

            d.32位的缓冲区1个：TEMP

        首先我们将缓冲区H[]进行初始化赋值：

              H[0]=0x67452301

              H[1]=0xEFCDAB89

              H[2]=0x98BADCFE

              H[3]=0x10325476

              H[4]=0xC3D2E1F0

    2.针对每个M[i]进行循环：

               a.将M[i]从左到右分割为16个32位的字符串，转换为uint型的数值分别存储在缓冲区W[0]~W[15]中。

               b.对于W[16]~W[79]，我们进行如下循环：

                   W[i] = S1(W[i-3] XOR W[i-8] XOR W[i- 14] XOR W[i-16])。      W[]缓冲区到此全部赋值完毕。

               c.对缓冲区A,B,C,D,E分别进行赋值：

                       A=H[0]

                       B=H[1]

                       C=H[2]

                       D=H[3]

                        E=H[4]

                d.对于W[0]~W[79]，我们再进行如下循环：

                   TEMP = S5(A) + ft(B,C,D) + E + W[i] + K[i]

                    E=D

                    D=C

                    C=S30(B)

                    B=A

                    A=TEMP

                e.我们再对缓冲区H[]进行操作：

                    H[0]=H[0]+A

                    H[1]=H[1]+B

                    H[2]=H[2]+C

                    H[3]=H[3]+D

                    H[4]=H[4]+E

     3.完成每一个M[i]的循环后，最终得到的消息摘要为：

                   H[0] H[1] H[2] H[3] H[4]

        此处缓冲区H[]中的数值全部转换为16进制数用字符串形式表示，上述格式排列即为最终计算出的消息摘要。