SHA算法的硬件设计与实现
实验六、SHA-1算法的实现
#endif
#define SHA1HashSize 20
typedef struct SHA1Context
...{
DWORD Intermediate_Hash[SHA1HashSize/4]; // Message Digest
DWORD Length_Low; // Message length in bits
message_array++;
}
return shaSuccess;
}
void SHA1ProcessMessageBlock(SHA1Context *context)
...{
const DWORD K[] = ...{ 0x5A827999, 0x6ED9EBA1, 0x8F1BBCDC, 0xCA62C1D6 };
D = C;
C = SHA1CircularShift(30,B);
B = A;
A = temp;
}
context->Intermediate_Hash[0] += A;
context->Intermediate_Hash[1] += B;
context->Intermediate_Hash[2] += C;
D = context->Intermediate_Hash[3];
E = context->Intermediate_Hash[4];
for(t = 0; t < 20; t++)
...{
temp = SHA1CircularShift(5,A) +
((B & C) | ((~B) & D)) + E + W[t] + K[0];
SHA1的FPGA高速实现
文 章 编 号 ：１０ ・９ ３（ ０ ０ ０ －６ —２ ０７３ ７ ２ １ ） ６０ ００
在信息安全领域 中，对信息数据进行加密是一个常用且 行之有效的安全措施。在 ＩＳｃ协议 中认证使用 Ｓ 一 和 Ｐｅ ＨＡ １ ＭＤ ５单 向散列函数算法实现。 目前 Ｓ ． 算法 已成 为国际 ＨＡ １ 商用密码的标准算法 。 传统的硬件数据加密方法主要有两种 。一种是基于可编 程体系结构的芯片 （ Ｐ 采用软件编程方式实现密码算法的 ＤＳ ） 方法： 另外一种是设计专用的硬件逻辑芯片（ Ｉ） ＡＳＣ 完成加密算 法的方法 。从安全的角度来讲 ，上述两种加密方法都存在极 大 的 安全 隐 患 ： 专用 密 码 芯片 而 言 ， 就 一旦 芯 片 生产 出来 以后 ， 其 实 现 的 密 码 算 法 是 不可 改变 的。 对 软件 可 编 程 体系 结构 密
３２ ． ｗ ｅ 信 号 的 生成 ｎ
＿
图 １ 。 Ｗ 生成 示 意 图
２２ 轮 运 算 模 块 ． 该运 算 一 共 四轮 ， 每轮 运 算 的 大体 框 架 相 同 ， 只是 常 数 ｌ （ ｔ
和逻辑 函数 Ｆ Ｎ不同。所 以四轮 是共用同一模块。轮运算模 Ｕ 块主要包括连加 电路 、 存储模块、 移位 电路 （ 位和 ３ 位）逻辑 ５ ０ 、 函数（ ４轮） 多路选择器 。下面就各模块 的设计做简要说明。 、
码芯片， 则存在着代码易读和易分析 的弱点， 成为不可逾越的 安全障碍。而 Ｆ ＧＡ的出现可 以很好的解决以上两个问题 。 Ｐ ｌ 芯片整体架构 本设计主要 分为运算模块和控制模块 。其中运算模块包 括消息扩展模块 ｗ＿ｒａ 和轮运算模块 。 ｃｅｔ ２运算模块设计
３ｘ ２ ５的连加器、２位加法器、 ３ 多路选择器 。 当芯片复位 （ ｓ ０或 ｉ ｔ０ 时先把 １ ｒｔ ｅ＝ ｎ＝ ） ｉ ６位输入数据缓冲 器 中的初始值装入 Ａ、 Ｃ、 Ｅ寄存器组和 ａ ｂ ｃ ｄ ｅ中间 Ｂ、 Ｄ、 、、、、 值 寄存器组中。 控制信号 ｅ 跳 变为高时开始第一轮运 算。 ｌ ｌ 在 总共 四轮 ８ ０步 的运算中每一步 的ａｃ ｄ 、、 直接移入到 ｂ ｄ ｅ 、 、 中 作为下一轮值使用 。ｂ循环左移 ３ ０位后 存入 ｃ中。 ２１消 息扩 展 Ｗ。 成模 块 ｗ＿ｒａ 的 设 计 ｜ 生 ｃｅｔ ３ 控 制 模 块 每个生成的、在轮运算模块中只用到一次， 本设计采用 １个 ６ 控制信号比较简单且有规律 ，所 以在本设计中采用 了计 ３ 位 的寄存器（ ｏ ２ ｍ ……ｎｒ １来存储每一步中可能用到的 １ ３ｂ 数 数器控制方式。由于每处理 ５ ２ ｉ明文用要 ８ 个时钟周期 ， ） ６ ２ｉ ｘ ｔ １ｂｔ １ 据， 每一步的 使用完以后便让出空间， 而不是用一个 ８ｘ６３ｂ 所 以计数器采用 ７位 。下面就每个控制信号的产生作介绍。 ０ １ｘ２ｉ ｔ 的存储器来存储 ８ 个 ， 了大量的资源同时也提高了速度。 ３１ｒａｙ ｕ 信 号 的 生 成 ０ 节约 ． ｅｄｏ ｔ 组合逻辑使计数器的值 为 ８ ０时产生一个 正脉冲（ ｌ ０作 ｇ ｌ ８ 二进制译码）连上一个触发器便 可实现设计要求。 ，
SHA实验报告1
《信息系统安全原理》实验报告班级学号：姓名：实验日期：2011/5/31【实验名称】实验三SHA-1加解密算法的实现【实验目的】1.了解SHA-1算法的基本原理 2.掌握SHA-1算法的实现方法【实验内容】1.掌握SHA-1算法的原理及过程 2.完成字符串数据的SHA-1运算及算法流程【算法描述】首先将消息填充为512的整数倍，与MD5填充方法完全一样：先添加一个1，然后再填充尽量多的0使长度刚好为512的倍数减去64位。
SHA-1产生一个160位的HASH值，是5个32位的块，连接起来构成160位。
这两步使消息长度恰好是512的倍数，同时保证不同消息在填充后仍不相同。
初始化5个32位变量：A=0x67452301 B=0xefcdab89 C=0x98badcfe D=0x10325476 E=0xc3d2e1f0 然后，开始算法的主循环。
这个循环对消息中所有的块都执行一次。
将4个变量复制到不同的变量：a值为A，b值为B，c值为C，d值为D,e值为E。
主循环有4圈，都很相似。
每圈使用一个不同的操作，重复20次。
每个操作完成一个a,b,c和d中三个变量的非线性函数。
然后，将结果与第四个变量、文本的一个子块和一个常数相加。
然后，将结果混换左移一个可变值的位数，再将结果与a,b,c和d之一相加。
最后用结果来代替a,b,c和d之一。
共有4个非线性函数，每次操作使用一个，每圈都不相同。
(⊕为异或，∧为与，∨为或，「为非)f [t] (X,Y,Z)=(X∧Y)∨((「X)∧Z)，对于t从0至19 f [t] (X,Y,Z)= X⊕Y⊕Z，对于t从20至39f [t] (X,Y,Z)= (X∧Z)∨(X∧Z) ∨(Y∧Z) ，对于t从40至59 f [t] (X,Y,Z)= X⊕Y⊕Z，对于t从60至79该算法同样用了4个常数：K[t]=0x5a827999，对于t从0至19 K[t]=0x6ed9eba1，对于t从20至39K[t]=0x8fabbcdc，对于t从40至59 K[t]=0xca62c1d6，对于t从60至79用下面的算法将消息分组从16个32位字（M[0]至M[15]）变成80个32位字（W[0]至W[79]）：W[t]=M[t]，对于t从0至15；W[s] = ( M[t-3]⊕M[t-8]⊕M[t-14]⊕W[t-16] ) <<1，对于t从0至15；设t是操作序号（从0至79），M[t]表示扩展后消息的第t个子分组，<<s表示循环左移s位，主循环如下所示：Temp=(a<<5)+f [t] (b,c,d ) + e + W[t]+K[t]e = dd = cc = b<<30b = aa = Temp在这之后，a,b,c,d和e分别加上A，B，C，D和E，然后用下一分组继续运行算法，最后的输出由A，B，C，D和E级联而成。
sha-1算法
SHA-1算法简介及JavaScript 实现一、SHA-1算法简介消息认证作为一种重要的安全技术如今已被广泛地应用于网络信息交换领域，它的根本作用是允许通信的当事人验证所接受的消息为可信消息。
如果消息、文件、文档或者其他的数据集合是真实的数据并且来自所声称的数据源，那么称这些数据集合是可信的。
而在消息认证技术中通常都会用到一类特殊的数学算法-哈希算法，它占有极其重要的地位。
哈希算法也即散列算法，其作用是对任何不定长的比特串(称为消息)计算出一个定长的比特串(称为消息摘要或散列值)。
目前常见的哈希算法有MD5、SHA-1和RIPEMD-160，而国内更倾向于MD5和SHA-1。
就当前的情况来看，SHA-1由于其安全强度及运算效率方面的优势已经成为使用最为广泛的哈希算法了。
1.1 SHA-1算法概述SHA-1算法由美国国家标准和技术协会（NIST ）与美国国家安全局（NSA ）设计，并且被美国政府采纳，SHA-1算法SHA-1采用传统MD 迭代结构，将任意长度的输入消息进行压缩处理，输出长度为160bit 的摘要。
SHA-1算法构造消息摘要按两个步骤进行：预处理和算法主循环。
1. 预处理 算法的预处理包括对消息的预处理和对寄存器的初始化。
消息预处理又可分为两个部分：消息填充、消息扩展。
( 1 ) 消息预处理。
和MD5一样，SHA-1将消息填充为512bit 的整数倍，这也是算法主循环一次性处理消息的宽度。
填充方法为填充一个1，若干个0及64bit 的填充前消息长度。
填充完成后，每512bit 的消息块（16个32bit 字015m m ）扩展为80个32bit 字079w w ，扩展方式如下：t tw m = 对015t = 381416()1t t t t t w w w w w ----=⊕⊕⊕<<<对1679t =( 2 ) 寄存器初始化。
SHA-1算法要求产生160bit 的Hash 值，因此需要五个寄存器（,,,,a b c d e ）。
SHA256的硬件实现
摘要随着社会信息化的高速发展，信息安全成为人们所关注的焦点。
以哈希算法为重要组成部分的数据摘要算法在信息保护中有着重要地位。
本文所实现的SHA-256算法属于哈希算法中功能较好的一种，以此生成的信息摘要相比于常用的MD5、SHA1具有更高的抗碰撞能力、不可逆性，在信息传递中，结合其他密码技术，能够保证信息完整性及不可否认性。
同时硬件实现SHA-256算法相对于软件实现来说速度快且抗攻击性能力强。
本文的主要工作为：以FIPSI80-2（Federal Information Processing standard 美国联邦信息处理标准）中的SHA256 （Secure Hsah Algorithm）为研究基础，以modelsim为仿真软件，结合硬件编程所独有的一些特性，通过编写verilog语言实现SHA256哈希加密算法。
本文的主要内容：1.包括SHA256的背景和意义，哈希算法、SHA系列的简介和硬件实现算法的优势。
2.介绍SHA256的加密原理，即如何将一个长度小于264的原文经过SHA256算法形成一个具有高碰撞能力的，不可逆性的长度固定为256bits 的摘要。
3.本次实现SHA加密系统的构架介绍，实现流程和仿真结果。
关键词：信息安全；硬件仿真；sha-256；AbstractWith the rapid development of social informatization, information security has become the focus of attention. Data digest algorithm, which is an important component of hash algorithm, plays an important role in information protection. SHA-256 algorithm is the realization of the hash algorithm in function belongs to a kind of good, compared to the information generated in the commonly used MD5, SHA1 has anti collision ability, the irreversibility of the higher, in the transmission of information, combined with other encryption technology, can ensure information integrity and non repudiation. At the same time, the hardware implementation of SHA-256 algorithm is faster and more aggressive than the software implementation.The main work of this paper is: FIPSI80-2 in SHA256 based on Modelsim simulation software, some unique characteristics combined with the hardware programming language, written by Verilog SHA256 hash encryption algorithm.The main content of this paper:1., including the background and significance of SHA256, the hash algorithm, the introduction of SHA series and the advantages of hardware implementation algorithm.2. introduce the encryption principle of SHA256, that is, how to make a text with a length less than 264 and pass the SHA256 algorithm to form a summary of 256bits with high collision ability and irreversible length.3., the implementation of the SHA encryption system framework, the realization of the flow and simulation resultsKey word：information safety；Hard ware simulation；SHA-256目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1研究意义 (1)1.2研究背景 (2)1.3本文主要内容及章节安排 (4)第二章哈希算法简介 (5)2.1哈希算法的特点 (5)2.2安全哈希标准 (7)2.3 算法实现方式及选择硬件仿真的原因 (8)第三章SHA256算法的原理与实现 (9)3.1 SHA246哈希函数 (9)3.2 SHA256具体函数介绍 (9)3.3 SHA256的算法描述 (10)3.3.1 附加填充比特及附加长度值 (11)3.3.2 初始化缓存以及数据块扩展 (12)3.3.3处理512bits报文的循环迭代运算 (13)第四章SHA256加密系统硬件设计与实现 (16)4.1 算法的总体架构 (16)4.1.1 数据计算模块 (17)4.1.2 extension数据延展模块 (19)4.1.3 前端数据处理及迭代运算操作模块 (20)4.2 实现流程 (23)4.2.1 参数初始化、填充比特值以及附加长度值 (24)4.2.2 初始化缓存、原文延展及64次迭代运算 (24)4.3仿真结果 (26)第五章总结与期望 (27)5.1总结 (27)5.2展望 (28)参考文献 (29)附录： (1)致谢 (5)第一章绪论1.1研究意义由于国家现代化建设的高速发展，由于电脑，手机，internet的广泛普及，它们正在不断的影响着每个人的生活方式和节奏。
SHA1算法实现及详解
SHA1算法实现及详解1 SHA1算法简介安全哈希算法（Secure Hash Algorithm）主要适⽤于数字签名标准（Digital Signature Standard DSS）⾥⾯定义的数字签名算法（Digital Signature Algorithm DSA）。
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。
SHA1有如下特性：不可以从消息摘要中复原信息；两个不同的消息不会产⽣同样的消息摘要。
2 术语和概念2.1位(Bit)，字节（Byte）和字（Word）SHA1始终把消息当成⼀个位（bit）字符串来处理。
本⽂中，⼀个“字”（Word）是32位，⽽⼀个“字节”（Byte）是8位。
⽐如，字符串“abc”可以被转换成⼀个位字符串：01100001 01100010 01100011。
它也可以被表⽰成16进制字符串: 0x616263.2.2 运算符和符号下⾯的逻辑运算符都被运⽤于“字”（Word）X^Y = X， Y逻辑与X \/ Y = X， Y逻辑或X XOR Y= X， Y逻辑异或~X = X逻辑取反X+Y定义如下：字 X 和 Y 代表两个整数 x 和y, 其中 0 <= x < 2^32 且 0 <= y < 2^32. 令整数z = (x + y) mod 2^32. 这时候 0 <= z < 2^32. 将z转换成字Z, 那么就是 Z = X + Y.循环左移位操作符Sn(X)。
X是⼀个字，n是⼀个整数，0<=n<=32。
Sn(X) = (X<<n)OR(X>>32-n)X<<n定义如下：抛弃最左边的n位数字，将各个位依次向左移动n位，然后⽤0填补右边的n位（最后结果还是32位）。
[区块链]加密算法——Hash算法（进阶）
![[区块链]加密算法——Hash算法（进阶）](https://img.taocdn.com/s3/m/9c3b96017dd184254b35eefdc8d376eeaeaa176d.png)
[区块链]加密算法——Hash算法（进阶） 为了为保证存储于区块链中的信息的安全与完整，区块链中使⽤了包含密码哈希函数和椭圆曲线公钥密码技术在内的⼤量的现代密码学技术，同时，这些密码学技术也被⽤于设计基于⼯作量证明的共识算法并识别⽤户。
在前边的⽂章中已经系统的讲述了密码学中的哈希算法，在本节，将会给⼤家介绍Hash算法在区块链中的应⽤！概念回顾： 哈希函数：是⼀类数学函数，可以在有限合理的时间内，将任意长度的消息压缩为固定长度的⼆进制串，其输出值称为哈希值，也称为散列值。
以哈希函数为基础构造的哈希算法，在现代密码学中扮演着重要的⾓⾊，常⽤于实现数据完整性和实体认证，同时也构成多种密码体制和协议的安全保障。
碰撞是与哈希函数相关的重要概念，体现着哈希函数的安全性，所谓碰撞是指两个不同的消息在同⼀个哈希函数作⽤下，具有相同的哈希值。
哈希函数的安全性是指在现有的计算资源（包括时间、空间、资⾦等）下，找到⼀个碰撞是不可⾏的。
区块链中的加密算法······即将开始！ 噔噔、噔···噔···！⽐特币中的加密算法： 在⽐特币系统中使⽤了两个密码学Hash函数，⼀个是SHA256 和 RIPEMD160。
其中：RIPEMD160主要⽤于⽣成⽐特币地址，我们着重分析⽐特币中⽤得最多的SHA256算法。
SHA历史介绍：SHA256属于著名的SHA家族⼀员。
SHA（Secure Hash Algorithm，安全哈希算法）是⼀类由美国国家标准与技术研究院（NIST）发布的密码哈希函数。
正式名称为SHA的第⼀个成员发布于1993年，两年之后，著名的SHA-1发布，之后另外的4种变体相继发布，包括SHA224、SHA256、SHA384和SHA512，这些算法也被称作SHA2。
SHA256算法是SHA2算法簇中的⼀类。
sha算法定义
sha算法定义SHA算法定义SHA算法的概述•SHA，即Secure Hash Algorithm，是一种常用的密码学哈希函数。
•SHA算法通过将数据输入一个固定大小的散列函数中，将输入数据转化为固定长度的哈希值。
•哈希值的长度通常是256位或更长，具有不可逆性和唯一性。
SHA算法的分类SHA算法有多个版本，常用的有：1.SHA-1算法：–产生160位（20字节）的哈希值。
–被广泛应用于数字证书和SSL协议等。
–SHA-1算法已经被证明存在安全漏洞，不再被推荐使用。
2.SHA-256算法：–产生256位（32字节）的哈希值。
–在比特币等加密货币中被广泛使用。
–目前仍被认为是安全可靠的哈希算法。
3.SHA-3算法：–由美国国家标准与技术研究院（NIST）于2015年发布。
–提供了多个哈希输出长度（224、256、384、512位）。
–通过Keccak算法实现，被认为是目前最安全的哈希算法之一。
为什么使用SHA算法？•不可逆性：SHA算法对输入数据进行哈希运算后生成哈希值，该哈希值无法逆向生成原始数据，保证了数据的机密性。
•安全性：SHA算法提供了不同长度的哈希值，更长的哈希值意味着更低的碰撞概率，提高了数据的安全性。
•应用广泛：SHA算法被广泛应用于密码学领域、数字证书、数字签名以及比特币等加密货币。
书籍推荐《密码学与网络安全》 - 作者：郭炜 - 出版时间：2017年 - 本书详细介绍了密码学的基础概念、对称加密算法、公钥加密算法、数字签名等内容。
- 作者结合丰富的实际案例，深入浅出地讲解了SHA算法及其在网络安全领域中的应用。
《SHA算法原理与应用》 - 作者：姚永梅 - 出版时间：2015年- 本书详细介绍了SHA算法的原理、不同版本的算法及其应用。
- 通过理论与实践相结合的方式，帮助读者深入了解SHA算法的内部机制和实际应用场景。
以上两本书籍都是关于密码学和SHA算法的经典著作，对于想深入了解SHA算法的读者来说是非常有价值的参考资料。
sm3算法在硬件加密模块中的实现与应用
信息通信
INFORMATION & COห้องสมุดไป่ตู้MUNICATIONS
2019 (Sum. No 201)
SM3算法在硬件加密模块中的实现与应用
张长泽 (同济大学，上海201804)
摘要:随着互联网、物联网技术的发展，嵌入式设备巳经广泛应用于生活■的方方面面，并承栽着越来越大的信息量。因此
嵌入式通信系统的信息安全问题也随之变得愈加重要。SM3算法作为国密算法的一种，目前应用相对较少，但与国际杂
3 SM3算法在单片机中的移植实现
AurixTM TC277单片机中HSM模块中已集成了 AES 算法，本文的思路是模仿AES算法的代码集成思路，将SM3 算法集成到单片机加密模块中。核心代码如下：
(1)volatile uint32 HOST2HSMbuf[QxlOO]; volatile uint32 HSM2HOSTbuf[OxlOO];
而可以防止已知分析方法例如比特追踪等方法的攻击。SM3 杂凑算法运用先对消息进行填充然后迭代压缩的方法对任何 小于2“的数据，生成长度为256bit的杂凑值。算法基本流程 包括对不同长度消息的预处理和处理后的压缩计算Hash值。 下文用简单的例子加以介绍。
假设我们收到的消息message，的长度为nbit。第一步首 先将比特T”添加至消息的末尾，然后再在末尾添加k个“0”， 使消息长度满足n +1 + k三44Smod 312。再在末尾添加一个 64位比特串,使填充完毕后的消息message，的最终bit长度为 512的倍数。最后将填充后的消息message按512比特进行 分组得到Bl, B2-Bn,并将分组后每个消息单位扩展生成132 个字Wo.Wb…,W67, W。', WJ,…,Wg,用于压缩函数。
SHA_2_256_384_512_系列算法的硬件实现_刘政林
１ 引言
， 安全 哈 希 标 准 （ Ｓ ｅ ｃ ｕ ｒ ｅ Ｈ ａ ｓ ｈ Ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｒ ｄ Ｓ ＨＡ） 是由美国国家 标 准 技 术 研 究 所 （ 和美国国家 Ｎ Ｉ Ｓ Ｔ） 安全局 （ 设计的杂凑算法 ． Ｎ Ｓ Ａ） 随着对安全性 要 求 的 提 高 ， Ｓ ＨＡ－２ 系 列 算 法 已经提出了诸多的 的硬件实现成为了 研 究 的 热 点 ，
（ （
）
ＨＡ－２ 系 列 算 法 的 主 要 计 算 步 骤 基 本 相 同 ， Ｓ 不同在于功能 函 数 的 定 义 和 循 环 次 数 ． Ｓ ＨＡ－２ 系 列算法主要步骤 ： ）预处理 （ １ 预处理过程包括三步 ； 根据 Ｆ 对 Ｉ Ｐ Ｓ １ ８ ０－２ 中 的 方 法 ， ① 信息填充 ． 于Ｓ 将输入数据填充为５ ＨＡ－２ ５ ６ 算 法， １ ２ｂ ｉ ｔ的 整数 倍 ， 而对于 Ｓ 将输入 ＨＡ－３ ８ ４和 Ｓ ＨＡ－５ １ ２， 数据填充为 １ ０ ２ ４ｂ ｉ ｔ的整数倍 ． 将填充后的信息分解成 ｍ ② 分割填充的信息 ． （ （ ／ 个５ 或者１ １ ２ｂ ｉ ｔ Ｓ ＨＡ－２ ５ ６） ０ ２ ４ｂ ｉ ｔ Ｓ ＨＡ－３ ８ ４ ） 的信息块 ， 用于哈希计算 ． ５ １ ２
２ ９ 卷 第１ ２期 ２ ０ １ ２年１ ２月
微 电 子 学 与 计 算 机 Ｍ Ｉ Ｃ Ｒ Ｏ Ｅ Ｌ Ｅ Ｃ Ｔ Ｒ ＯＮ Ｉ Ｃ Ｓ ＆Ｃ ＯＭＰ ＵＴ Ｅ Ｒ
Ｖ ｏ ｌ ． ２ ９ Ｎ ｏ ． １ ２ Ｄ ｅ ｃ ｅ ｍ ｂ ｅ ｒ ０ １ ２ ２
（ ， ， ） 系列算法的硬件实现 Ｓ Ｈ Ａ－２ ２ ５ ６ ３ ８ ４ ５ １ ２
（ ０） ③ 设置初始向量值 Ｈ ． （ ）哈希循环计算 ２
SHA256的硬件实现
摘要随着社会信息化的高速发展，信息安全成为人们所关注的焦点。
以哈希算法为重要组成部分的数据摘要算法在信息保护中有着重要地位。
本文所实现的SHA-256算法属于哈希算法中功能较好的一种，以此生成的信息摘要相比于常用的MD5、SHA1具有更高的抗碰撞能力、不可逆性，在信息传递中，结合其他密码技术，能够保证信息完整性及不可否认性。
同时硬件实现SHA-256算法相对于软件实现来说速度快且抗攻击性能力强。
本文的主要工作为：以FIPSI80-2（Federal Information Processing standard 美国联邦信息处理标准）中的SHA256 （Secure Hsah Algorithm）为研究基础，以modelsim为仿真软件，结合硬件编程所独有的一些特性，通过编写verilog语言实现SHA256哈希加密算法。
本文的主要内容：1.包括SHA256的背景和意义，哈希算法、SHA系列的简介和硬件实现算法的优势。
2.介绍SHA256的加密原理，即如何将一个长度小于264的原文经过SHA256算法形成一个具有高碰撞能力的，不可逆性的长度固定为256bits 的摘要。
3.本次实现SHA加密系统的构架介绍，实现流程和仿真结果。
关键词：信息安全；硬件仿真；sha-256；AbstractWith the rapid development of social informatization, information security has become the focus of attention. Data digest algorithm, which is an important component of hash algorithm, plays an important role in information protection. SHA-256 algorithm is the realization of the hash algorithm in function belongs to a kind of good, compared to the information generated in the commonly used MD5, SHA1 has anti collision ability, the irreversibility of the higher, in the transmission of information, combined with other encryption technology, can ensure information integrity and non repudiation. At the same time, the hardware implementation of SHA-256 algorithm is faster and more aggressive than the software implementation.The main work of this paper is: FIPSI80-2 in SHA256 based on Modelsim simulation software, some unique characteristics combined with the hardware programming language, written by Verilog SHA256 hash encryption algorithm.The main content of this paper:1., including the background and significance of SHA256, the hash algorithm, the introduction of SHA series and the advantages of hardware implementation algorithm.2. introduce the encryption principle of SHA256, that is, how to make a text with a length less than 264 and pass the SHA256 algorithm to form a summary of 256bits with high collision ability and irreversible length.3., the implementation of the SHA encryption system framework, the realization of the flow and simulation resultsKey word：information safety；Hard ware simulation；SHA-256目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1研究意义 (1)1.2研究背景 (2)1.3本文主要内容及章节安排 (4)第二章哈希算法简介 (5)2.1哈希算法的特点 (5)2.2安全哈希标准 (7)2.3 算法实现方式及选择硬件仿真的原因 (8)第三章SHA256算法的原理与实现 (9)3.1 SHA246哈希函数 (9)3.2 SHA256具体函数介绍 (9)3.3 SHA256的算法描述 (10)3.3.1 附加填充比特及附加长度值 (11)3.3.2 初始化缓存以及数据块扩展 (12)3.3.3处理512bits报文的循环迭代运算 (13)第四章SHA256加密系统硬件设计与实现 (16)4.1 算法的总体架构 (16)4.1.1 数据计算模块 (17)4.1.2 extension数据延展模块 (19)4.1.3 前端数据处理及迭代运算操作模块 (20)4.2 实现流程 (23)4.2.1 参数初始化、填充比特值以及附加长度值 (24)4.2.2 初始化缓存、原文延展及64次迭代运算 (24)4.3仿真结果 (26)第五章总结与期望 (27)5.1总结 (27)5.2展望 (28)参考文献 (29)附录： (1)致谢 (5)第一章绪论1.1研究意义由于国家现代化建设的高速发展，由于电脑，手机，internet的广泛普及，它们正在不断的影响着每个人的生活方式和节奏。
sha256摘要实现
成都信息工程学院课程设计报告SHA256摘要软件的实现课程名称：应用密码算法程序设计学生姓名：金文慧学生学号： 2006122001专业班级： 06级信息安全一班任课教师：张金全2009年 4 月14 日附件：课程设计成绩评价表目录1．引言 (1)1.1 背景 (1)1.2 目的 (1)1.3 本设计的主要任务 (1)2.系统设计 (1)2.1主要软件需求（运行环境） (1)2.2 系统结构 (2)2.2.1软件操作流程 (2)2.2.2功能模块 (2)3 系统功能程序设计 (2)3.1 SHA256构造 (2)3.2初始化 (3)3.3计算 (3)3.4摘要 (5)3.5 SHA256析构 (6)3.12部分关键外部接口设计 (6)3.13程序界面预览 (7)4. 测试报告 (8)1文本测试 (8)2文件测试 (8)5．参考资料 (9)6．结论 (9)参考文献 (9)1．引言1.1 背景SHA (Secure Hash Algorithm，译作安全散列算法) 是美国国家安全局(NSA) 设计，美国国家标准与技术研究院(NIST) 发布的一系列密码散列函数。
正式名称为SHA 的家族第一个成员发布于1993年。
此外有四种变体，以提升输出的范围和变更一些细微设计: SHA-256,就是其中之一。
1.2 目的在网络中传输的信息，有时会遭到各种攻击。
接收者需要有一种机制来验证自己收到的信息来源是否真实，信息是否完整，验证信息在传送或存储过程中未篡改，重放或延迟等。
SHA-256可以对消息进行摘要，生成固定长度的消息摘要，随信息一起发送，可以验证信息的真实完整性。
1.3 本设计的主要任务根据SHA-256算法实现任意长度的文本，任意大小任意格式的文件进行摘要，并生成固定长度的消息摘要。
向用户提供良好的界面，良好的操作性。
2.系统设计2.1主要软件需求（运行环境）本软件适用VC语言编写，编译成功后的EXE文件可以在装有windows系统的任何计算机上使用。
S H A 算 法 系 列 介 绍
深入理解 SHA 系列加密算法及Go语言运用SHA 是一系列的加密算法，有 SHA-1、SHA-2、SHA-3 三大类，而 SHA-1 已经被破解，SHA-3 应用较少，目前应用广泛相对安全的是 SHA-2 算法，这也是本篇文章重点要讲述的算法。
一、算法核心思想和特点该算法的思想是接收一段明文，然后以一种不可逆的方式将它转换成一段密文，也可以简单的理解为取一串输入码，并把它们转化为长度较短、位数固定的输出序列即散列值的过程。
1. 单向性单向散列函数的安全性在于其产生散列值的操作过程具有较强的单向性。
如果在输入序列中嵌入密码，那么任何人在不知道密码的情况下都不能产生正确的散列值，从而保证了其安全性。
SHA 将输入流按照每块 512 位进行分块，并产生 160 位的被称为信息认证代码或信息摘要的输出。
2. 数字签名通过散列算法可实现数字签名，数字签名的原理是将要传送的明文通过一种函数运算（Hash）转换成报文摘要，报文摘要加密后与明文一起传送给接受方，接受方将接受的明文产生新的报文摘要与发送方的发来报文摘要比较，比较结果一致表示明文未被改动，如果不一致表示明文已被篡改。
二、hash碰撞哈希算法的一个重要功能是产生独特的散列，当两个不同的值或文件可以产生相同的散列，则称碰撞。
保证数字签名的安全性，就是在不发生碰撞时才行。
碰撞对于哈希算法来说是极其危险的，因为碰撞允许两个文件产生相同的签名。
当计算机检查签名时，即使该文件未真正签署，也会被计算机识别为有效的。
一个哈希位有 0 和 1 两个可能值，则每一个独立的哈希值通过位的可能值的数量对于 SHA-256，有 2 的 256 次方种组合，这是一个庞大的数值。
哈希值越大，碰撞的机率就越小。
每个散列算法，包括安全算法，都会发生碰撞，而 SHA-1 的大小结构发生碰撞的机率比较大，所以 SHA-1 被认为是不安全的。
三、Go语言使用SHA256算法--方法一func digest1(data []byte)([]byte,error){h := sha256.Sum256(data)return h[:],nil--方法二func digest2(data []byte) ([]byte, error) {h := sha256.New()h.Write(data)return h.Sum(nil),nil四、SHA 256 算法原理解析SHA-256 算法输入报文的最大长度不超过2^64 bit，输入按512-bit 分组进行处理，产生的输出是一个256-bit 的报文摘要。
HMAC—SHA256算法的优化设计
HMAC—SHA256算法的优化设计作者：须磊来源：《价值工程》2012年第29期摘要：采用引入中间变量进行预计算的方法对SHA256算法的关键路径进行了优化，提高了SHA256运算速度。
将SHA256和HMAC结合，实现了优化的HMAC-SHA256电路。
该电路在选择信号的控制下，支持独立的HMAC和SHA256两种运算，分别在Xilinx和Altera 平台对其进行综合实现，均达到了很高的数据吞吐率。
并和现有一些论文中的实现结果比较，面积和性能均大大优于以往设计。
Abstract： This paper introduced pre-calculation method of intermediate variables to optimize the critical path of SHA256 algorithm， which improved computational speed of SHA256. Through the combination of SHA256 and HMAC， HMAC-SHA256 circuit optimization is achieved. Under the control of the selection signal of this circuit， it supports the independent SHA256 and HMAC，and respectively integrates and achieves it in Altera and Xilinx platforms， which all have reached a very high data throughput rates. And compared with results of a number of existing papers， the area and performance is much better than the previous design.关键词：散列函数；SHA256；HMAC；关键路径Key words： hash function；SHA256；HMAC；the critical path中图分类号：TN918 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）29-0202-030 引言随着电子商务和网络通信的发展，网络信息安全的重要性越来越显著，目前对于安全性有以下三个指标：身份验证、数据完整性和机密性。
sha值计算示例
sha值计算示例SHA（Secure Hash Algorithm）是一种广泛应用于密码学和数据完整性验证的哈希算法。
它能够将任意长度的数据块（消息）生成一个固定长度的哈希值。
在本文中，我们将提供一个SHA值计算的示例。
SHA-1是最古老的SHA算法，它生成一个160位（20字节）的哈希值。
然而，在现代密码学中，SHA-1已经不推荐使用，因为其安全性有所弱化。
SHA-256是SHA-2家族的一个成员，它生成一个256位（32字节）的哈希值，目前应用更广泛。
我们以一个示例来演示SHA-256的计算过程。
假设我们有一段文本：“Hello, World!”，我们的目标是计算该文本的SHA-256哈希值。
步骤一：准备数据首先，我们需要将文本转换为二进制格式。
在计算机中，所有的数据最终以二进制形式存储和处理。
对于我们的示例文本，我们可以使用ASCII码将字符转换为对应的二进制值。
具体转换如下：'H' -> 01001000'e' -> 01100101'l' -> 01101100'l' -> 01101100'o' -> 01101111',' -> 00101100' ' -> 00100000'W' -> 01010111'o' -> 01101111'r' -> 01110010'l' -> 01101100'd' -> 01100100'!' -> 00100001将上述二进制值按顺序组合在一起，我们得到了二进制形式的文本消息。
步骤二：填充数据SHA-256算法要求对输入数据进行填充，以满足一定的条件。
填充的过程分为两个步骤。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
SHA算法的硬件设计与实现
作者：张阳
来源：《科学与信息化》2020年第17期
摘要本文先简单介绍了一种用于消息认证的加密算法——SHA的原理，接着结合FPGA 的硬件特性，重点阐述了一种用于安全协处理器中的SHA密码芯片的方案设计及优化方法，最后给出了硬件实现过程和较好的测试结果。
关键词散列函数;安全散列算法;SHA
引言
Hash函数是把可变输入长度串转换成固定长度输出串的一种函数。
一个安全的hash函数必须满足下面的条件：对任意长度的消息，产生固定长度的hash值;由消息到hash值的映射过程易于实现;由hash值反映射为原始消息是不可行的;欲构造任意两个不同的明文，使其有相同的hash值，也是不可行的。
常用的单向hash函数有MD5，SHA等，而SHA因其实现更简单，安全性更高，而更为广泛地应用于身份认证，数据完整性鉴别等方面。
SHA（Secure Hash Algorithm）由美国国家标准和技术协会（NIST）开发，于1993年作为联邦信息处理标准（FIPS PUB 180）发表。
SHA由麻省理工学院的Ron rivest开发，设计很近似于MD4模型，易于硬件实现。
本文所述的SHA密码芯片采用FPGA技术实现，主要应用于安全协处理器中[1]。
1 SHA算法原理
SHA对长度不超过264的消息产生160位的消息摘要输出，其步骤如下：
（1）消息预处理。
先填充附加位，使消息长度对512取模余448。
即使信息已经达到需要的长度，也需进行填充，因此填充消息长度范围是1至512。
附加位为单个“1”和若干个“0”。
按上述方式填充后，再填充64位原消息长度，使消息长度恰好是512的整数倍。
（2）SHA运算。
其运算流程如图1所示。
图中，CV为160位的hash值。
先将其初始化为CV0，与对应的消息分组Y0作SHA运算后生成hash值CV1;再将CV1与Y1作SHA运算后生成CV2。
共进行L次迭代运算后得到的CVL即为最终的hash函数值。
将CV用5个32位字（A，B，C，D，E）表示，其初始值CV0为如下16进制值：
A=67452301;B=EFCDAB89;C=98BADCFE;D=10325476;E=C3D2E1F0。
在图1的SHA运算功能模块中，先将Yi分为80个16位的子分组;再分别参与80轮迭代;最后将最终迭代结果的每个字与CVi的对应字作模232加法，从而生成CVi+1。
Y的子分组过程为：先将512位Y分为16个32位M t（t=0～15），再由此产生80个32位子分组W t（t=0～79）。
产生方式如下：
W t=M t ，（t=0～15）;
Wt=（M t-3⊕M t-8⊕M t-14⊕M t-16）<<1，（t=16～79）。
<<表示循环左移，+表示模232加，Ft与Kt随t变化。
（3）输出hash值。
将进行L次SHA运算后得到的CVL缓存后输出。
2 密码芯片的方案设计
该SHA密码芯片用于安全协处理器（PCI板）上，受外围电路时钟频率和数据宽度限制。
为使该设计芯片和外围电路协调工作，可将SHA算法系统的设计方案分为如下三个模块：消息预处理模块、SHA算法实现模块和hash值输出模块 [2]。
SHA算法实现模块是设计的核心模块，主要完成SHA运算。
根据其流程特点及硬件结构，进行如下设计和优化。
2.1 子分组W的生成
如上节所述，1次SHA运算需要80个32位子分组Wt，而在实际设计时，根据其产生规律和硬件结构，仅需16×32位的RAM和1个32位的寄存器即可。
先将Wt（t=0～15）依次存于RAM中;而32位寄存器用以存储从RAM中取出4个相应的Wt进行异或移位的值;此后，每个新的Wt均直接从该寄存器中直接读取，并同时更新RAM中对应的Wt的值。
因此，每个新的Wt的产生公式则变为：
wt <=（w（t mod 16） xor w（（t+2）mod 16） xor w（（t+8）mod 16） xor w（（t+13）mod 16））<<1;
80个子分组Wt在经过上述5轮RAM循环写操作后全部产生。
而80个子分组Wt参与加密运算，即对RAM的读操作，也与写操作同时进行。
经过上述处理，能最大程度地节约FPGA中宝贵的存储资源，并能较好的简化硬件操作的复杂度。
3.2 80轮迭代
由于80轮迭代的流程完全相同，故可以设计一个迭代模块，再对其复用80次，每次迭代的输出存入寄存器中，作为下一轮迭代的输入，这样可极大的优化FPGA的硬件资源。
其中，循环移位运算硬件容易实现。
Ft是关于B、C、D和t的非线性函数，可采用多路选择器产生。
在具体实现时，可将B、C、D参与运算的可能的结果预先以异步方式先算出，再由t作判断，指定1路结果[3]。
3.3 模232加法运算
模232加法运算多次应用于SHA运算过程中，直接关系到密码芯片的运算速度。
考虑到模块的复用性，所有的模加运算均采用4个8位分块的超前进位加法器并接实现，其结构如图4所示。
参考文献
[1] 殷辉，胡晓宇.适用于家庭安全网关的HMAC SHA3算法的硬件设计[J].集成电路应用，2020，37（5）：14-17.
[2] 房海松，司伟建.基于FPGA的二維谱峰搜索算法硬件架构设计[J].空天防御，2020，3（1）：58-64.
[3] 谷会涛，武宗涛.基于双重流水同步迭代的SM3算法高速硬件设计[J].计算机与网络，2020，46（2）：54-56.。