SHA家族

安全雜湊演算法（英語：Secure Hash Algorithm，縮寫為SHA）是一個密碼雜湊函式家族，是FIPS所認證的安全雜湊演算法。能計算出一個數位訊息所對應到的，長度固定的字串（又稱訊息摘要）的演算法。且若輸入的訊息不同，它們對應到不同字串的機率很高。

SHA家族的演算法，由美國國家安全局（NSA）所設計，並由美國國家標準與技術研究院（NIST）發佈，是美國的政府標準，其分別是：

SHA-1：1995年發布，SHA-1在許多安全協定中廣為使用，包括TLS、GnuPG、SSH、S/MIME和IPsec，是MD5的後繼者。但SHA-1的安全性在2010年以後已經不被大多數的加密場景所接受。2017年荷蘭密碼學研究小組CWI和Google正式宣布攻破了SHA-1^[1]。

SHA-2：2001年發布，包括SHA-224、SHA-256、SHA-384、SHA-512、SHA-512/224、SHA-512/256。SHA-2目前沒有出現明顯的弱點。雖然至今尚未出現對SHA-2有效的攻擊，但它的演算法跟SHA-1基本上仍然相似。

SHA-3：2015年正式發布，由於對MD5出現成功的破解，以及對SHA-0和SHA-1出現理論上破解的方法，NIST感覺需要一個與之前演算法不同的，可替換的加密雜湊演算法，也就是現在的SHA-3。

下表中的中繼雜湊值（internal state）表示對每個資料區塊壓縮雜湊過後的中繼值（internal hash sum）。

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SHA函式對比
演算法和變體		輸出雜湊值長度（bits）	中繼雜湊值長度（bits）	資料區塊長度（bits）	最大輸入訊息長度（bits）	迴圈次數	使用到的運算子	碰撞攻擊（bits）	效能範例^[3] (MiB/s)
MD5（作為參考）		128	128 (4 × 32)	512	無限^[4]	64	And, Xor, Rot, Add (mod 2³²), Or	≤18 （發現碰撞）	335
SHA-0		160	160 (5 × 32)	512	2⁶⁴ − 1	80	And, Xor, Rot, Add (mod 2³²), Or	<34 （發現碰撞）	-
SHA-1		160	160 (5 × 32)	512	2⁶⁴ − 1	80	And, Xor, Rot, Add (mod 2³²), Or	<63^[5] （發現碰撞^[6]）	192
SHA-2	SHA-224 SHA-256	224 256	256 (8 × 32)	512	2⁶⁴ − 1	64	And, Xor, Rot, Add (mod 2³²), Or, Shr	112 128	139
SHA-2	SHA-384 SHA-512 SHA-512/224 SHA-512/256	384 512 224 256	512 (8 × 64)	1024	2¹²⁸ − 1	80	And, Xor, Rot, Add (mod 2⁶⁴), Or, Shr	192 256 112 128	154
SHA-3	SHA3-224 SHA3-256 SHA3-384 SHA3-512	224 256 384 512	1600 (5 × 5 × 64)	1152 1088 832 576	無限^[7]	24^[8]	And, Xor, Rot, Not	112 128 192 256	-
SHA-3	SHAKE128 SHAKE256	d (arbitrary) d (arbitrary)	1600 (5 × 5 × 64)	1344 1088	無限^[7]	24^[8]	And, Xor, Rot, Not	min(d/2, 128) min(d/2, 256)	-

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SHA_d函式是一個簡單的相同SHA函式的重述：

SHA_d-256(m)=SHA-256(SHA-256(m))。它會克服有關延伸長度攻擊的問題。

[1]
SHAttered. shattered.it. [2017-02-24]. （原始內容存檔於2017-02-23）（英語）.
[2]
Crypto++ 5.6.0 Benchmarks. [2013-06-13]. （原始內容存檔於2016-10-14）.
[3]
Found on an AMD Opteron 8354 2.2 GHz processor running 64-bit Linux^[2]
[4]
The MD5 Message-Digest Algorithm. [2016-04-18]. （原始內容存檔於2017-04-26）.
[5]
The SHAppening: freestart collisions for SHA-1. [2015-11-05]. （原始內容存檔於2017-04-19）.
[6]
Announcing the first SHA1 collision. 2017-02-23 [2017-02-23]. （原始內容存檔於2017-04-24）.
[7]
The Sponge Functions Corner. [2016-01-27]. （原始內容存檔於2012-09-04）.
[8]
The Keccak sponge function family. [2016-01-27]. （原始內容存檔於2016-08-06）.

Eli Biham, Rafi Chen, Near-Collisions of SHA-0, Cryptology ePrint Archive, Report 2004/146, 2004 (to appear CRYPTO 2004) [1]（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
Florent Chabaud, Antoine Joux: Differential Collisions in SHA-0. CRYPTO 1998. pp. 56–71.
Henri Gilbert, Helena Handschuh: Security Analysis of SHA-256 and Sisters. Selected Areas in Cryptography 2003: pp. 175–193.

SHA函式對比