密码学与信息安全-第12章-散列算法和MAC算法PPT课件
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SHA-512逻辑原理
步骤4：以1024比特的分组（16个字）为单位处 理消息。算法的核心是具有80轮运算的模块。每 一轮，如t，使用一个64比特的值Wt，该值由当 前被处理的1024比特消息分组Mi导出。每一轮还 使用附加的常数Kt，其中0≤t≤79，用来表示轮 数。这些常数如下获得：前80个素数取三次根， 取小数部分的前64比特。第80轮的输出和第一轮 的输入Hi-1进行模264相加产生Hi
SHA-1产生160比特的散列值。2002年，NIST发布了修订 版2，FIPS180-2，其中给出了三种新的SHA版本，散列 值长度依次为256，384和512比特。分别称为SHA-256， SHA-384， SHA-512。这些新的版本和SHA-1具有相 同的基础结构，使用了相同的模算术和二元逻辑运算。 2005年，NIST宣布了逐步废除SHA-1的意图，到2010 年，逐步转而依赖SHA的其他版本。
第12章 散列算法和MAC算法
第12章 散列算法和MAC算法
消息认证是用来验证消息完整性的一种机制或 服务。产生消息认证符的函数分为如下三类：
1. 消息加密：整个消息的密文作为认证符。
2. 消息认证码（MAC）:它是消息和密钥的函数， 它产生定长的值，以该值作为认证符。目前有 两种MAC：HMAC和CMAC
3. 散列函数：它是将任意长的消息映射为定长的 散列值的函数，以该散列值作为认证符。目前 主要有：MD5，SHA-1，SHA256，SHA-384， SHA-512，Whirlpool 等。
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在数字签名方案中也要用到散列函数。对需 要签名的消息用一个函数，产生一个固定 长度的消息摘要（Message Digest），最 后对消息摘要进行签名，得到确定长度的 签名消息。
如果找到或者需要更快或更安全的hash函数，应 能很容易地替代原来嵌入的hash函数。
应保持hash函数的原有性能。 对密钥的使用和处理应较简单。 如果已知嵌入的hash函数的强度，则完全可以知
道认证机制抗密码分析的强度。
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HMAC算法
H：嵌入的hash函数 IV：作为散列函数的输入值 M：HMAC的消息输入 Yi：M的第i个分组 L：M中的分组数 b：每一分组所含的位数 n：嵌入的散列函数所产生散列码长 K：密钥，若k长度大于b，则将密钥
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典型的安全散列函数的总体结构来自百度文库
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典型的安全散列函数的总体结构
散列函数将输入消息分为L个固定长度的分组，每一分组 长为b位，最后一个分组不足b位时需要将其填充为b位， 最后一个分组还需要一些空间保存输入的总长度。
散列函数中重复使用了压缩函数f，它的输入是前一步中得 出的n位结果（称为链接变量）和一个b位分组，输出为 一个n位分组。链接变量的初值由算法在开始时指定， 其终值即为散列值，通常b>n，因此称其为压缩函数。 散列函数可归纳如下：
量大约为2n/2
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SHA-512逻辑原理
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+ 为模264的逐字加
SHA-512逻辑原理
这个过程包含下列步骤： 步骤1：附加填充位。填充消息使其长度模1024
与896同余,即长度≡896 (mod 1024)，即使消 息已经满足上述长度要求，仍然需要进行填充， 因此填充位数在1到1024之间。填充由一个1和 后续的0组成。 步骤2：附加长度。在消息后附加一个128比特的 块，将其看做是128比特的无符号整数，它包含 填充前消息的长度。
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SHA-512逻辑原理
步骤3：初始化散列缓冲区。散列函数的中间结果和最终 结果保存于512比特的缓冲区中，缓冲区用8个64比特的 寄存器（a,b,c,d,e,f,g,h）表示，并将这些寄存器初始化 为下列64比特的整数： a=6A09E667F3BCC908 e=510E527FADE682D1 b=BB67AE8584CAA73B f=9B05688C2B3E6C1F c=3C6EF372FE94F82B g=1F83D9ABFB41BD6B d=A54FF53A5F1D36F1 h=5BE0CD19137E2179
由于散列函数不是专为MAC设计的，其不依赖于秘 密钥，所以不能直接用于MAC，目前提出了许多 方案，其中HMAC是最受支持的一种方案。它是 IP安全里必须实现的MAC方案，并且在其他 Internet协议中也使用了HMAC
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HMAC设计目标
不必修改而直接使用现有的hash函数。特别地， 很容易免费得到软件上执行速度较快的散列函数 及其代码。
步骤5：输出。所有的N个1024比特分组都处理 完以后，从第N阶段输出的是512比特的消息摘要。
Ho=IV
Hi=SUM 64(Hi-1,abcdefghi)
MD=HN
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SHA-512轮函数
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SHA-512轮函数
T1=h+Ch(e,f,g)+(
512 e 1
)+Wt+Kt
T2=(
512 a 0
)+Maj(a,b,c)
a= T1 +T2
b=a
c=b
d=c
e=d+ T1 f=e
g=f
h=g
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SHA-512轮函数
512 a 0
512 e 1
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SHA-512轮函数
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HMAC
对于MAC，一种策略是利用hash函数来设计， 因为： 1、一般像md5、sha-1这样的散列函数，其软件 执行速度比诸如des这样的对称分组密码钥要快。 2、可以利用密码散列函数代码库。
CV0=IV=初始n位值 CVi=f(CVi-1,Yi-1) 1≤i≤L H(M)=CVL
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安全散列算法
安全散列算法（SHA）是由美国标准与技术协会（NIST） 设计，并于1993年作为联邦信息处理标准（FIPS 180） 发布，修订版于1995年发布（FIPS 180-1），通常称之 为SHA-1.
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安全散列算法
SHA-1
消息摘要 长度
消息长度
160 <264
SHA-256 SHA-384 SHA-512
256
384
512
<264
<2128
<2128
分组长度 512
512
1024
1024
字长度 32
32
64
64
步骤数 80
64
80
80
安全性 80
128
192
256
１.所有的长度以比特为单位
２.安全性是指对输出长度为n比特散列函数的生日攻击产生碰撞的工作
SHA-512逻辑原理
步骤4：以1024比特的分组（16个字）为单位处 理消息。算法的核心是具有80轮运算的模块。每 一轮，如t，使用一个64比特的值Wt，该值由当 前被处理的1024比特消息分组Mi导出。每一轮还 使用附加的常数Kt，其中0≤t≤79，用来表示轮 数。这些常数如下获得：前80个素数取三次根， 取小数部分的前64比特。第80轮的输出和第一轮 的输入Hi-1进行模264相加产生Hi
SHA-1产生160比特的散列值。2002年，NIST发布了修订 版2，FIPS180-2，其中给出了三种新的SHA版本，散列 值长度依次为256，384和512比特。分别称为SHA-256， SHA-384， SHA-512。这些新的版本和SHA-1具有相 同的基础结构，使用了相同的模算术和二元逻辑运算。 2005年，NIST宣布了逐步废除SHA-1的意图，到2010 年，逐步转而依赖SHA的其他版本。
第12章 散列算法和MAC算法
第12章 散列算法和MAC算法
消息认证是用来验证消息完整性的一种机制或 服务。产生消息认证符的函数分为如下三类：
1. 消息加密：整个消息的密文作为认证符。
2. 消息认证码（MAC）:它是消息和密钥的函数， 它产生定长的值，以该值作为认证符。目前有 两种MAC：HMAC和CMAC
3. 散列函数：它是将任意长的消息映射为定长的 散列值的函数，以该散列值作为认证符。目前 主要有：MD5，SHA-1，SHA256，SHA-384， SHA-512，Whirlpool 等。
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在数字签名方案中也要用到散列函数。对需 要签名的消息用一个函数，产生一个固定 长度的消息摘要（Message Digest），最 后对消息摘要进行签名，得到确定长度的 签名消息。
如果找到或者需要更快或更安全的hash函数，应 能很容易地替代原来嵌入的hash函数。
应保持hash函数的原有性能。 对密钥的使用和处理应较简单。 如果已知嵌入的hash函数的强度，则完全可以知
道认证机制抗密码分析的强度。
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HMAC算法
H：嵌入的hash函数 IV：作为散列函数的输入值 M：HMAC的消息输入 Yi：M的第i个分组 L：M中的分组数 b：每一分组所含的位数 n：嵌入的散列函数所产生散列码长 K：密钥，若k长度大于b，则将密钥
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典型的安全散列函数的总体结构来自百度文库
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典型的安全散列函数的总体结构
散列函数将输入消息分为L个固定长度的分组，每一分组 长为b位，最后一个分组不足b位时需要将其填充为b位， 最后一个分组还需要一些空间保存输入的总长度。
散列函数中重复使用了压缩函数f，它的输入是前一步中得 出的n位结果（称为链接变量）和一个b位分组，输出为 一个n位分组。链接变量的初值由算法在开始时指定， 其终值即为散列值，通常b>n，因此称其为压缩函数。 散列函数可归纳如下：
量大约为2n/2
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SHA-512逻辑原理
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+ 为模264的逐字加
SHA-512逻辑原理
这个过程包含下列步骤： 步骤1：附加填充位。填充消息使其长度模1024
与896同余,即长度≡896 (mod 1024)，即使消 息已经满足上述长度要求，仍然需要进行填充， 因此填充位数在1到1024之间。填充由一个1和 后续的0组成。 步骤2：附加长度。在消息后附加一个128比特的 块，将其看做是128比特的无符号整数，它包含 填充前消息的长度。
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SHA-512逻辑原理
步骤3：初始化散列缓冲区。散列函数的中间结果和最终 结果保存于512比特的缓冲区中，缓冲区用8个64比特的 寄存器（a,b,c,d,e,f,g,h）表示，并将这些寄存器初始化 为下列64比特的整数： a=6A09E667F3BCC908 e=510E527FADE682D1 b=BB67AE8584CAA73B f=9B05688C2B3E6C1F c=3C6EF372FE94F82B g=1F83D9ABFB41BD6B d=A54FF53A5F1D36F1 h=5BE0CD19137E2179
由于散列函数不是专为MAC设计的，其不依赖于秘 密钥，所以不能直接用于MAC，目前提出了许多 方案，其中HMAC是最受支持的一种方案。它是 IP安全里必须实现的MAC方案，并且在其他 Internet协议中也使用了HMAC
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HMAC设计目标
不必修改而直接使用现有的hash函数。特别地， 很容易免费得到软件上执行速度较快的散列函数 及其代码。
步骤5：输出。所有的N个1024比特分组都处理 完以后，从第N阶段输出的是512比特的消息摘要。
Ho=IV
Hi=SUM 64(Hi-1,abcdefghi)
MD=HN
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SHA-512轮函数
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SHA-512轮函数
T1=h+Ch(e,f,g)+(
512 e 1
)+Wt+Kt
T2=(
512 a 0
)+Maj(a,b,c)
a= T1 +T2
b=a
c=b
d=c
e=d+ T1 f=e
g=f
h=g
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SHA-512轮函数
512 a 0
512 e 1
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SHA-512轮函数
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HMAC
对于MAC，一种策略是利用hash函数来设计， 因为： 1、一般像md5、sha-1这样的散列函数，其软件 执行速度比诸如des这样的对称分组密码钥要快。 2、可以利用密码散列函数代码库。
CV0=IV=初始n位值 CVi=f(CVi-1,Yi-1) 1≤i≤L H(M)=CVL
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安全散列算法
安全散列算法（SHA）是由美国标准与技术协会（NIST） 设计，并于1993年作为联邦信息处理标准（FIPS 180） 发布，修订版于1995年发布（FIPS 180-1），通常称之 为SHA-1.
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安全散列算法
SHA-1
消息摘要 长度
消息长度
160 <264
SHA-256 SHA-384 SHA-512
256
384
512
<264
<2128
<2128
分组长度 512
512
1024
1024
字长度 32
32
64
64
步骤数 80
64
80
80
安全性 80
128
192
256
１.所有的长度以比特为单位
２.安全性是指对输出长度为n比特散列函数的生日攻击产生碰撞的工作