SHA-2 forrásának megtekintése

Az '''SHA-2''' ({{ny-en|Secure Hash Algorithm 2}}) [[kriptográfia]]i [[Kriptográfiai hash függvény|hash-függvény]]ek csoportja, melyet az [[National Security Agency|Egyesült Államok Nemzetbiztonsági Ügynöksége]] (NSA) tervezett és publikált 2002-ben.<ref name="fips180-2">{{CitWeb |url=https://www.federalregister.gov/documents/2002/08/26/02-21599/announcing-approval-of-federal-information-processing-standard-fips-180-2-secure-hash-standard-a |tit=Announcing Approval of Federal Information Processing Standard (FIPS) 180-2, Secure Hash Standard; a Revision of FIPS 180-1 |date=2002-08-26 |lan=en |accessdate=2021-11-09}}</ref> A publikált dokumentum az SHA-1 mellett három új függvényt definiált: SHA-256, SHA-384 és SHA-512 néven, ahol a számok a függvények lenyomatának a [[bit]]ekben meghatározott hosszát jelölik. 2015 augusztusában az NSA a FIPS PUB 180-4 kiadványában bővítette a függvények számát, így a SHA-2 család hat hash függvényből áll: '''SHA-224''', '''SHA-256''', '''SHA-384''', '''SHA-512''', '''SHA-512/224''', '''SHA-512/256'''.<ref>{{CitWeb |url=https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/FIPS/NIST.FIPS.180-4.pdf |tit=FIPS PUB 180-4 |subtit=Secure Hash Standard (SHS)  |lan=en |date=August 2015 |accessdate=2021-11-09}}</ref>
==Története==
Az Egyesült Államok Nemzetbiztonsági Ügynöksége ([[National Security Agency|NSA]]) a Capstone projekt<ref>{{CitWeb |url=http://x5.net/faqs/crypto/q150.html |tit=What is Capstone? |lan=en |accessdate=2021-11-10}}</ref> keretében kapott megbízást, hogy olyan biztonságos kriptográfiai algoritmusokat fejlesszen ki, amely megfelelnek az Egyesült Államokban 1987-ben elfogadott számítógép-biztonsági törvénynek ({{ny-en|Computer Security Act}}). Ennek eredménye a ''Secure Hash Algorithm'' (SHA), melynek leírását 1993-ban publikálta az amerikai Nemzeti Szabványügyi és Technológiai Intézet ([[National Institute of Standards and Technology|NIST]]) a FIPS 180 elnevezésű dokumentumban.<ref name="fips180">{{CitWeb |url=https://csrc.nist.gov/publications/detail/fips/180/archive/1993-05-11 |tit=FIPS 180 – Secure Hash Standard (SHS) |date=1993-05-11 |lan=en |accessdate=2021-11-10}}</ref> Az első specifikációban szereplő algoritmusra a szakmai körökben SHA-0 néven hivatkoznak. A szabványt 1995-ben az FIPS 180-1 elnevezésű leírásban felülbírálták, ez a [[SHA-1]] nevű függvény első definícióját tartalmazta.<ref name="fips180-1">{{CitWeb |url=https://csrc.nist.gov/publications/detail/fips/180/1/archive/1995-04-17 |tit=FIPS 180-1 – Secure Hash Standard |date=1995-04-17 |lan=en |accessdate=2021-11-10}}</ref>
Az SHA-2 algoritmusok első ismertetője a 2002-ben kiadott FIPS 180-2 kiadványban szerepelt.<ref name="fips180-2"/> A leírás a korábbi SHA-1 algoritmus mellett megfogalmazta az SHA-256, SHA-384 valamint SHA-512 függvényeket.
A FIPS 180-2 leírásból 2004-ben kiadtak egy újabb változatot, amely az SHA-2 családot bővítette az SHA-224 függvénnyel.<ref name="fips180-2c">{{CitWeb |url=https://csrc.nist.gov/csrc/media/publications/fips/180/2/archive/2002-08-01/documents/fips180-2withchangenotice.pdf |tit=FIPS Publication 180-2 (with Change Notice 1) |date=2004-02-25 |lan=en |accessdate=2021-11-10}}</ref>
==Felhasználása==
A [[Kriptográfiai hash függvény|hash függvény]] olyan függvény, amely tetszőleges hosszúságú bemeneti üzenetből egy rögzített hosszúságú karakterláncot („ujjlenyomat”) hoz létre. A kriptográfiai hash függvények számos olyan tulajdonsággal rendelkeznek, amelyek alkalmassá teszik őket az üzenet integritásának ellenőrzésére és a digitális aláírási megoldások részeként történő használatra.
Az SHA-2 hash függvényeket számos biztonsági alkalmazásban és protokollban alkalmazzák, úgy mint a [[Transport Layer Security|TLS]], az [[Secure Sockets Layer|SSL]], a [[PGP]], az [[Secure Shell|SSH]], az S/MIME és az [[IPsec]].
A [[Bitcoin]] digitális fizetőeszköz és klónjai SHA-256 algoritmust használnak.
==Megbízhatósága==
A kriptográfiai módszerek sebezhetőségeinek feltárásával a kriptoanalízis foglalkozik, célja a bennük elrejtett információ felfedése, támadási lehetőségeinek vizsgálata.
Egy hash függvénynél az előkép megszerzésére irányuló támadás esetén, ahol a kódolt hashben lévő bitek száma ''L'', egy adott üzenet megtalálásához „nyers erővel” avagy [[brute force-támadás]]sal 2<sup>''L''</sup> kiértékelés elvégzésére van szükség. Ez a fajta módszer nagyban függ a felhasználható számítási kapacitástól, és így a variációk számának nagyságától függően a sikeresség elérése időben vagy pénzügyileg adott esetben kevésbé gazdaságos.
Egy másik támadási vektor az ütközések keresése ({{ny-en|collision attack}}), amikor a cél hogy eltérő bemenetre ugyanazt a kimenetet generálja a függvény. Ennek a megoldásnak ugyan a brute force támadással ellentétben más a célja, de azt bizonyítja hogy lehetséges a függvény kompromittálása. A megoldásához ''L'' bitet tartalmazó kódolt hash esetében átlagosan 2<sup>''L/2''</sup> kiértékelésre lehet szükség, ami nagyságrendekkel gazdaságosabban kivitelezhető mint a nyers erővel történő támadási formával.
SHA-1 esetében a Google kutatói 2017-ben publikáltak egy dokumentumot, amely két eltérő fájl esetében ugyanazon hash értéket előállítását mutatja be.<ref>{{CitWeb |url=https://shattered.it/static/shattered.pdf |tit=SHAttered |subtit=The first collision for full SHA-1 |lan=en |accessdate=2021-11-10}}</ref> A tanulmány szerint a megoldáshoz 2<sup>63.1</sup> műveletre volt szükség, aminek futtatására {{szám|65000}} évre volna szükség egy [[Central processing unit|processzor]]ros (single-CPU) rendszerrel és 110 évig tartana ugyanez egy [[Graphics processing unit|grafikai processzor]] (single-GPU) alkalmazásával. Ezzel szemben egy teoretikus brute force támadás {{szám|12000000}} évbe telne grafikai processzor (single-GPU) használatával.
2019-ben francia és szingapúri kutatók publikációjukban szintén az SHA-1 függvény sebezhetőségét állapították meg, amihez egy szabadon megválasztható a prefixű ütközéses támadást használtak.<ref>{{CitWeb |url=https://nki.gov.hu/it-biztonsag/hirek/ujabb-szog-az-sha-1-koporsojaba/ |tit=Nemzeti Kibervédelmi Intézet – Újabb szög az SHA-1 koporsójába |lan=hu |accessdate=2021-11-10}}</ref>
SHA-2 esetében is több tanulmány készült a lehetséges támadási vektorokról.
===Publikációk az SHA-2 támadásokról===
{| class="wikitable"
|- style="text-align:center;"
! Publikáció !! Publikálás éve !! Támadási mód !! Támadás !! Változat !! Lépésszám !! Nehézség
|- style="text-align:center;"
|rowspan="2"| New Collision Attacks Against<br/>Up To 24-step SHA-2<ref>{{cite journal |author=Somitra Kumar Sanadhya  |author2=Palash Sarkar |name-list-style=amp |year=2008 |title=New Collision Attacks Against Up To 24-step SHA-2 |journal=IACR Cryptology ePrint Archive |volume=2008:270 |url=http://eprint.iacr.org/2008/270.pdf}}</ref>
|rowspan="2"| 2008
|rowspan="2"| determinisztikus
|rowspan="2"| ütközés keresés
|| SHA-256 || 24/64 || 2<sup>28.5</sup>
|- style="text-align:center;"
| SHA-512 || 24/80 || 2<sup>32.5</sup>
|}
==Minta kimenetek==
Az SHA-2 függvények kimenete üres (nulla hosszúságú üzenet) bemenetek esetén:
 {{szín|green|SHA224("")}}
 0x&nbsp;d14a028c2a3a2bc9476102bb288234c415a2b01f828ea62ac5b3e42f
 {{szín|green|SHA256("")}}
 0x&nbsp;e3b0c44298fc1c149afbf4c8996fb92427ae41e4649b934ca495991b7852b855
 {{szín|green|SHA384("")}}
 0x&nbsp;38b060a751ac96384cd9327eb1b1e36a21fdb71114be07434c0cc7bf63f6e1da274edebfe76f65fbd51ad2f14898b95b
 {{szín|green|SHA512("")}}
 0x&nbsp;cf83e1357eefb8bdf1542850d66d8007d620e4050b5715dc83f4a921d36ce9ce47d0d13c5d85f2b0ff8318d2877eec2f63b931bd47417a81a538327af927da3e
 {{szín|green|SHA512/224("")}}
 0x&nbsp;6ed0dd02806fa89e25de060c19d3ac86cabb87d6a0ddd05c333b84f4
 {{szín|green|SHA512/256("")}}
 0x&nbsp;c672b8d1ef56ed28ab87c3622c5114069bdd3ad7b8f9737498d0c01ecef0967a
Még az üzenet egy kis változtatása is (nagy valószínűséggel) jelentősen eltérő eredményt ad a lavinahatás ({{ny-en|avalanche effect}}) következtében.
Például a következő esetben az üzenetek csak egyetlen karakterben térnek el (a szavak [[Hamming-távolság]]a egy), a kimenet mégis teljesen eltérő:
 {{szín|green|SHA256("'''m'''ajom")}}
 0x&nbsp;56026d01f89f22ae2293833a736b5bcdc8cbee4852d3c3ab2067000f969d38fa
 {{szín|green|SHA256("'''b'''ajom")}}
 0x&nbsp;390e091b2978c04af5258725d9ea52c98f7d6d3cec11981bf88e638daf870782
==Pszeudokód==
===SHA-256===
 {{szín|green|''Változók kezdőértékének a beállítása:''}}
 h0 := 0x6a09e667
 h1 := 0xbb67ae85
 h2 := 0x3c6ef372
 h3 := 0xa54ff53a
 h4 := 0x510e527f
 h5 := 0x9b05688c
 h6 := 0x1f83d9ab
 h7 := 0x5be0cd19
 {{szín|green|''Konstansok értékének a beállítása:''}}
 k&#91;0..63&#93; :=
    0x428a2f98, 0x71374491, 0xb5c0fbcf, 0xe9b5dba5, 0x3956c25b, 0x59f111f1, 0x923f82a4, 0xab1c5ed5,
    0xd807aa98, 0x12835b01, 0x243185be, 0x550c7dc3, 0x72be5d74, 0x80deb1fe, 0x9bdc06a7, 0xc19bf174,
    0xe49b69c1, 0xefbe4786, 0x0fc19dc6, 0x240ca1cc, 0x2de92c6f, 0x4a7484aa, 0x5cb0a9dc, 0x76f988da,
    0x983e5152, 0xa831c66d, 0xb00327c8, 0xbf597fc7, 0xc6e00bf3, 0xd5a79147, 0x06ca6351, 0x14292967,
    0x27b70a85, 0x2e1b2138, 0x4d2c6dfc, 0x53380d13, 0x650a7354, 0x766a0abb, 0x81c2c92e, 0x92722c85,
    0xa2bfe8a1, 0xa81a664b, 0xc24b8b70, 0xc76c51a3, 0xd192e819, 0xd6990624, 0xf40e3585, 0x106aa070,
    0x19a4c116, 0x1e376c08, 0x2748774c, 0x34b0bcb5, 0x391c0cb3, 0x4ed8aa4a, 0x5b9cca4f, 0x682e6ff3,
    0x748f82ee, 0x78a5636f, 0x84c87814, 0x8cc70208, 0x90befffa, 0xa4506ceb, 0xbef9a3f7, 0xc67178f2
 {{szín|green|''Előfeldolgozás:''}}
 begin with the original message of length L bits
 append a single '1' bit
 append K '0' bits, where K is the minimum number >= 0 such that L + 1 + K + 64 is a multiple of 512
 append L as a 64-bit big-endian integer, making the total post-processed length a multiple of 512 bits
 such that the bits in the message are L 1 00..<K 0's>..00 <L as 64 bit integer> = k*512 total bits
 {{szín|green|''Az üzenet egymást követő 512-bites darabjaira a következő műveletek végrehajtása:''}}
 break message into 512-bit chunks
 '''for''' each chunk
     create a 64-entry message schedule array w&#91;0..63&#93; of 32-bit words
     {{szín|green|''(A w&#91;0..63&#93; kezdőértékei nem számítanak, ezért sok implementáció kinullázza őket)''}}
     copy chunk into first 16 words w[0..15] of the message schedule array
     {{szín|green|''Az első 16 darab 32 bites szó kiterjesztése 64 bitesre:''}}
     '''for''' i '''from''' 16 to 63
         s0 := (w&#91;i-15&#93; '''rightrotate'''  7) '''xor''' (w&#91;i-15&#93; '''rightrotate''' 18) '''xor''' (w&#91;i-15&#93; '''rightshift'''  3)
         s1 := (w&#91;i- 2&#93; '''rightrotate''' 17) '''xor''' (w&#91;i- 2&#93; '''rightrotate''' 19) '''xor''' (w&#91;i- 2&#93; '''rightshift''' 10)
         w&#91;i&#93; := w&#91;i-16&#93; '''+''' s0 '''+''' w&#91;i-7&#93; '''+''' s1
     {{szín|green|''A használni kívánt változók inicializálása az aktuális hash értékekre:''}}
     a := h0
     b := h1
     c := h2
     d := h3
     e := h4
     f := h5
     g := h6
     h := h7
     {{szín|green|''Tömörítési funkció fő ciklusa:''}}
     '''for''' i '''from''' 0 to 63
         S1 := (e '''rightrotate''' 6) '''xor''' (e '''rightrotate''' 11) '''xor''' (e '''rightrotate''' 25)
         ch := (e '''and''' f) '''xor''' (('''not''' e) '''and''' g)
         t1 := h '''+''' S1 '''+''' ch '''+''' k&#91;i&#93; '''+''' w&#91;i&#93;
         S0 := (a '''rightrotate''' 2) '''xor''' (a '''rightrotate''' 13) '''xor''' (a '''rightrotate''' 22)
         maj := (a '''and''' b) '''xor''' (a '''and''' c) '''xor''' (b '''and''' c)
         t2 := S0 '''+''' maj
         h := g
         g := f
         f := e
         e := d '''+''' t1
         d := c
         c := b
         b := a
         a := t1 '''+''' t2
     {{szín|green|''A tömörített darab hozzáadása az aktuális hash értékhez:''}}
     h0 := h0 '''+''' a
     h1 := h1 '''+''' b
     h2 := h2 '''+''' c
     h3 := h3 '''+''' d
     h4 := h4 '''+''' e
     h5 := h5 '''+''' f
     h6 := h6 '''+''' g
     h7 := h7 '''+''' h
 {{szín|green|''A végső hash érték előállítása (big endianként):''}}
 digest := hash := h0 '''append''' h1 '''append''' h2 '''append''' h3 '''append''' h4 '''append''' h5 '''append''' h6 '''append''' h7
===SHA-224===
Az SHA-224 szinte teljesen megegyezik az SHA-256 megoldásával, csupán a kezdeti h0 és h7 hash értékek eltérőek, és a kimenet a h7 hozzáfűzése nélkül áll össze.
 {{szín|green|SHA-224 kezdőértékek (big endianként):}}
 h&#91;0..7&#93; := 0xc1059ed8, 0x367cd507, 0x3070dd17, 0xf70e5939, 0xffc00b31, 0x68581511, 0x64f98fa7, 0xbefa4fa4
===SHA-512===
Az SHA-512 esetében a számok 64 bit hosszúak, az üzenet 1024-bites darabokra van osztva, a k tömb pedig 80 elemű. A fő ciklus 64 helyett 80-szor fut le és a használt eltolási és forgatási bitek számai is eltérőek.
 {{szín|green|SHA-512 kezdőértékek (big endianként):}}
 h&#91;0..7&#93; := 0x6a09e667f3bcc908, 0xbb67ae8584caa73b, 0x3c6ef372fe94f82b, 0xa54ff53a5f1d36f1,
            0x510e527fade682d1, 0x9b05688c2b3e6c1f, 0x1f83d9abfb41bd6b, 0x5be0cd19137e2179
 {{szín|green|SHA-512 konstansok:}}
 k&#91;0..79&#93; := [ 0x428a2f98d728ae22, 0x7137449123ef65cd, 0xb5c0fbcfec4d3b2f, 0xe9b5dba58189dbbc, 0x3956c25bf348b538,
               0x59f111f1b605d019, 0x923f82a4af194f9b, 0xab1c5ed5da6d8118, 0xd807aa98a3030242, 0x12835b0145706fbe,
               0x243185be4ee4b28c, 0x550c7dc3d5ffb4e2, 0x72be5d74f27b896f, 0x80deb1fe3b1696b1, 0x9bdc06a725c71235,
               0xc19bf174cf692694, 0xe49b69c19ef14ad2, 0xefbe4786384f25e3, 0x0fc19dc68b8cd5b5, 0x240ca1cc77ac9c65,
               0x2de92c6f592b0275, 0x4a7484aa6ea6e483, 0x5cb0a9dcbd41fbd4, 0x76f988da831153b5, 0x983e5152ee66dfab,
               0xa831c66d2db43210, 0xb00327c898fb213f, 0xbf597fc7beef0ee4, 0xc6e00bf33da88fc2, 0xd5a79147930aa725,
               0x06ca6351e003826f, 0x142929670a0e6e70, 0x27b70a8546d22ffc, 0x2e1b21385c26c926, 0x4d2c6dfc5ac42aed,
               0x53380d139d95b3df, 0x650a73548baf63de, 0x766a0abb3c77b2a8, 0x81c2c92e47edaee6, 0x92722c851482353b,
               0xa2bfe8a14cf10364, 0xa81a664bbc423001, 0xc24b8b70d0f89791, 0xc76c51a30654be30, 0xd192e819d6ef5218,
               0xd69906245565a910, 0xf40e35855771202a, 0x106aa07032bbd1b8, 0x19a4c116b8d2d0c8, 0x1e376c085141ab53,
               0x2748774cdf8eeb99, 0x34b0bcb5e19b48a8, 0x391c0cb3c5c95a63, 0x4ed8aa4ae3418acb, 0x5b9cca4f7763e373,
               0x682e6ff3d6b2b8a3, 0x748f82ee5defb2fc, 0x78a5636f43172f60, 0x84c87814a1f0ab72, 0x8cc702081a6439ec,
               0x90befffa23631e28, 0xa4506cebde82bde9, 0xbef9a3f7b2c67915, 0xc67178f2e372532b, 0xca273eceea26619c,
               0xd186b8c721c0c207, 0xeada7dd6cde0eb1e, 0xf57d4f7fee6ed178, 0x06f067aa72176fba, 0x0a637dc5a2c898a6,
               0x113f9804bef90dae, 0x1b710b35131c471b, 0x28db77f523047d84, 0x32caab7b40c72493, 0x3c9ebe0a15c9bebc,
               0x431d67c49c100d4c, 0x4cc5d4becb3e42b6, 0x597f299cfc657e2a, 0x5fcb6fab3ad6faec, 0x6c44198c4a475817]
 {{szín|green|SHA-512 fő ciklus funkciók:}}
 S0 := (a '''rightrotate''' 28) '''xor''' (a '''rightrotate''' 34) '''xor''' (a '''rightrotate''' 39)
 S1 := (e '''rightrotate''' 14) '''xor''' (e '''rightrotate''' 18) '''xor''' (e '''rightrotate''' 41)
 s0 := (w&#91;i-15&#93; '''rightrotate''' 1) '''xor''' (w&#91;i-15&#93; '''rightrotate''' 8) '''xor''' (w&#91;i-15&#93; '''rightshift''' 7)
 s1 := (w&#91;i-2&#93; '''rightrotate''' 19) '''xor''' (w&#91;i-2&#93; '''rightrotate''' 61) '''xor''' (w&#91;i-2&#93; '''rightshift''' 6)
==Jegyzetek==
{{jegyzetek}}
==Források==
* {{CitWeb |url=http://www.staff.science.uu.nl/~werkh108/docs/study/Y5_07_08/infocry/project/Cryp08.pdf |tit=On the Secure Hash Algorithm family |aut=Wouter Penard |aut2=Tim van Werkhoven |date= |lan=en |accessdate=2021-11-09 |accd=2021-11-09 |archívurl=https://web.archive.org/web/20160330153520/http://www.staff.science.uu.nl/~werkh108/docs/study/Y5_07_08/infocry/project/Cryp08.pdf |archívdátum=2016-03-30 }}
==További információk==
*[https://owuk.com/ Online tools – Hash függvény generátorok] {{Wayback|url=https://owuk.com/ |date=20230206153015 }}
*[https://shattered.it/ SHAttered – The first collision for full SHA-1] {{en}}
{{Portál|Informatika|i }}
{{Kriptopénzek}}
{{nemzetközi katalógusok}}
[[Kategória:Kriptográfiai algoritmusok]]