SHA-1 (Secure Hash Algorithm 1) — это криптографическая хеш-функция, разработанная Национальным агентством безопасности США (NSA) и опубликованная в 1993 году как часть стандарта FIPS PUB 180-1. Она предназначена для преобразования входных данных произвольной длины в фиксированный 160-битный (20-байтный) хеш, который обычно представлен в виде 40-символьной шестнадцатеричной строки. SHA-1 широко использовалась в различных криптографических приложениях, таких как цифровые подписи, проверка целостности данных и аутентификация, но на сегодняшний день считается устаревшей из-за обнаруженных уязвимостей.
Как работает SHA-1
SHA-1 принимает входные данные (сообщение) и выполняет ряд математических операций, чтобы создать уникальный хеш. Алгоритм работает следующим образом:
- Подготовка входных данных (padding):
- Входное сообщение дополняется, чтобы его длина стала кратной 512 битам.
- Сначала добавляется бит 1, затем нули до достижения нужной длины, и в конце добавляется 64-битное представление длины исходного сообщения.
- Например, для сообщения длиной 24 бита дополнение добавит 1 бит, 423 нуля и 64 бита для длины.
- Разбиение на блоки:
Дополненное сообщение разбивается на блоки по 512 бит (64 байта).
- Инициализация буфера:
- SHA-1 использует пять 32-битных регистров (A, B, C, D, E), инициализированных фиксированными константами:
A = 0x67452301
B = 0xEFCDAB89
C = 0x98BADCFE
D = 0x10325476
E = 0xC3D2E1F0
- Обработка каждого блока:
- Каждый 512-битный блок делится на 16 слов по 32 бита.
- Эти 16 слов расширяются до 80 слов с помощью определённых операций (XOR и сдвигов).
- Затем выполняется 80 шагов обработки, разбитых на четыре раунда по 20 шагов. На каждом шаге:
- Выполняются логические операции (AND, OR, XOR) и побитовые сдвиги.
- Используются нелинейные функции и заранее определённые константы.
- Значения регистров A, B, C, D, E обновляются.
- Обновление хеша:
- После обработки блока текущие значения регистров добавляются к промежуточному хешу.
- Этот процесс повторяется для всех блоков.
- Финальный хеш:
- После обработки всех блоков значения регистров объединяются, образуя 160-битный хеш.
Свойства SHA-1
- Односторонняя функция: Невозможно восстановить исходное сообщение по его хешу.
- Фиксированная длина вывода: Всегда возвращает 160-битный хеш, независимо от размера входных данных.
- Чувствительность к изменениям: Даже минимальное изменение входных данных (например, один бит) приводит к совершенно другому хешу.
- Быстрота: Алгоритм оптимизирован для быстрого вычисления на аппаратном и программном уровне.
Применение SHA-1
SHA-1 использовалась в множестве приложений, включая:
- Цифровые подписи: Для подтверждения подлинности и целостности сообщений.
- Сертификаты SSL/TLS: В протоколе HTTPS для защиты веб-соединений (до запрета в 2017 году).
- Контроль версий: В системах вроде Git для идентификации коммитов и проверки целостности.
- Хранение паролей: Для создания хешей паролей (хотя это устаревшая практика).
Уязвимости и проблемы
SHA-1 больше не считается криптографически безопасной из-за обнаруженных уязвимостей:
- Коллизии: В 2005 году исследователи показали теоретическую возможность нахождения двух разных сообщений с одинаковым хешем (коллизии) за меньшее время, чем ожидалось. В 2017 году Google и CWI Amsterdam впервые продемонстрировали практическую атаку на коллизии, создав два разных PDF-файла с одинаковым SHA-1 хешем (проект SHAttered).
- Снижение стойкости: Современные вычислительные мощности делают атаки на SHA-1 всё более осуществимыми.
- Рекомендации по замене: NIST официально объявила SHA-1 устаревшей в 2011 году и рекомендовала переход на более безопасные алгоритмы, такие как SHA-2 или SHA-3.
Сравнение с другими хеш-функциями
- MD5: Более старая и менее безопасная, чем SHA-1, с ещё более выраженными уязвимостями.
- SHA-2: Семейство хеш-функций (SHA-256, SHA-512) с большей длиной хеша и улучшенной криптографической стойкостью.
- SHA-3: Более новая функция, основанная на другой конструкции (Keccak), устойчивая к атакам, уязвимым для SHA-1 и SHA-2.
Пример хеша SHA-1
Входное сообщение: Hello, World! SHA-1 хеш: 0a0a9f2a6772942557ab5355d76af442f8f65e01
Если изменить сообщение на Hello, World!! (добавлен один символ), хеш станет совершенно другим: SHA-1 хеш: a6c2a6c90b4d68a9c7abaca23a8078e6dd49cd1f
Современное состояние
На 16 июня 2025 года SHA-1 не рекомендуется для криптографических целей, таких как цифровые подписи или сертификаты. Однако она всё ещё используется в некриптографических задачах, например, в Git для идентификации объектов, хотя даже там переходят на более безопасные альтернативы, такие как SHA-256.
Заключение
SHA-1 была важным этапом в развитии криптографии, но её уязвимости сделали её непригодной для современных требований безопасности. Для новых проектов рекомендуется использовать SHA-2 или SHA-3.
| 