SHA-1算法簡介及JavaScript實現(xiàn)
一、SHA-1算法簡介
消息認證作為一種重要的安全技術(shù)如今已被廣泛地應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)信息交換領(lǐng)域，它的根本作用是允許通信的當事人驗證所接受的消息為可信消息。如果消息、文件、文檔或者其他的數(shù)據(jù)集合是真實的數(shù)據(jù)并且來自所聲稱的數(shù)據(jù)源，那么稱這些數(shù)據(jù)集合是可信的。而在消息認證技術(shù)中通常都會用到一類特殊的數(shù)學算法-哈希算法，它占有極其重要的地位。哈希算法也即散列算法，其作用是對任何不定長的比特串(稱為消息)計算出一個定長的比特串(稱為消息摘要或散列值)。
目前常見的哈希算法有MD5、SHA-1和RIPEMD-160，而國內(nèi)更傾向于MD5和SHA-1。就當前的情況來看，SHA-1由于其安全強度及運算效率方面的優(yōu)勢已經(jīng)成為使用最為廣泛的哈希算法了。
1.1 SHA-1算法概述
SHA-1算法由美國國家標準和技術(shù)協(xié)會（NIST）與美國國家安全局（NSA）設(shè)計，并且被美國政府采納，成為美國國家標準。事實上SHA-1目前是全世界使用最為廣泛的哈希算法，已經(jīng)成為業(yè)界的事實標準。可以對長度不超過2^64比特的消息進行計算，輸入以512位數(shù)據(jù)塊為單位處理，產(chǎn)生160比特的消息摘要作為輸出。該算法的處理流程大致分為5個步驟：
l 步驟1：附加填充比特。
對輸入的數(shù)據(jù)進行填充，使得數(shù)據(jù)位長度對512求余的結(jié)果為448。填充比特串的最高位補一個1，其余位補0。附加填充總是要進行的，即使消息的長度滿足所要求的長度。
l 步驟2：附加長度值。
將64比特加在報文后表示報文的原始長度，使報文長度為512比特的倍數(shù)。
l 步驟3：初始化MD緩存。
一個160位MD緩沖區(qū)用以保存中間和最終散列函數(shù)的結(jié)果。它可以表示為5個32位的寄存器(A,B,C,D,E)。初始化為：
A = 67452301 B = EFCDAB89 C = 98BADCFE
D = 10325476 E = C3D2E1F0
前四個與MD5相同，但存儲為big-endian format。
l 步驟4：以512比特(16個字)分組處理消息。
此算法的核心就是稱為壓縮函數(shù)（compression function）的模塊，這個模塊包括4次循環(huán)，每次循環(huán)又包含20個處理步驟。4次循環(huán)具有相似的結(jié)構(gòu)，但每次循環(huán)使用不同的基本邏輯函數(shù)，稱為 f1,f2,f3,f4。
二、SHA-1算法的程序?qū)崿F(xiàn)
算法采用JavaScript實現(xiàn)，JavaScript是一種流行的腳本語言，它是在瀏覽器中解釋執(zhí)行的，因此不需要編譯。整個程序的形式是一個HTML網(wǎng)頁文件，當打開此網(wǎng)頁時，程序會在瀏覽器中解釋執(zhí)行。（部分參照網(wǎng)絡(luò)源代碼）
2.1 算法程序結(jié)構(gòu)
整個程序由9個函數(shù)組成，分別介紹如下：
l function hex_sha1(s)
主函數(shù)根據(jù)輸入的消息字符串計算消息摘要，返回十六進制表示的消息摘要。
l function core_sha1(blockArray)
計算消息摘要的核心函數(shù)，輸入為已經(jīng)附加填充位和附加長度值的消息。以數(shù)值數(shù)組表示，數(shù)組中的每一項均為32位bit表示的數(shù)值。輸出為長度為5的數(shù)值數(shù)組，對應(yīng)160位的消息摘要。
l function AlignSHA1(str)
對消息進行附加填充位和附加長度。輸入為消息字符串，輸出為已經(jīng)附加填充位和附加長度值的消息。
l function sha1_ft(t, b, c, d)
根據(jù)t值返回相應(yīng)得壓縮函數(shù)中用到的f函數(shù)。
l function sha1_kt(t)
根據(jù)t值返回相應(yīng)得壓縮函數(shù)中用到的K值。
l function safe_add(x, y)
對輸入的兩個32位數(shù)值進行 mod 的加法。
l function rol(num, cnt)
對輸入的32位的num二進制數(shù)進行循環(huán)左移。
l function binb2hex(binarray)
將輸入的二進制數(shù)組轉(zhuǎn)化為十六進制的字符串。
l function calcDigest()
根據(jù)用戶輸入的源消息計算消息摘要，JavaScript事件函數(shù)。
2.1 程序運行結(jié)果
用瀏覽器打開HTML頁面，輸入源消息字符串，點擊計算按鈕即可獲得消息摘要，截圖如下（圖2.1）：
圖2.1 SHA-1程序運行結(jié)果
三、附件（SHA1算法程序源代碼）
文件SHA1Test.html
<html>
<head>
<script language="JavaScript">
/**//*
* A JavaScript implementation of the Secure Hash Algorithm, SHA-1, as defined in FIPS PUB 180-1
* By lizq
* 2006-11-11
*/
/**//*
* Configurable variables.
*/
var hexcase = 0; /**//* hex output format. 0 - lowercase; 1 - uppercase */
var chrsz = 8; /**//* bits per input character. 8 - ASCII; 16 - Unicode */
/**//*
* The main function to calculate message digest
*/
function hex_sha1(s)
{
return binb2hex(core_sha1(AlignSHA1(s)));
}
/**//*
* Perform a simple self-test to see if the VM is working
*/
function sha1_vm_test()
{
return hex_sha1("abc") == "a9993e364706816aba3e25717850c26c9cd0d89d";
}
/**//*
* Calculate the SHA-1 of an array of big-endian words, and a bit length
*/
function core_sha1(blockArray)
{
var x = blockArray; //append padding
var w = Array(80);
var a = 1732584193;
var b = -271733879;
var c = -1732584194;
var d = 271733878;
var e = -1009589776;
for(var i = 0; i < x.length; i += 16) //每次處理512位 16*32
{
var olda = a;
var oldb = b;
var oldc = c;
var oldd = d;
var olde = e;
for(var j = 0; j < 80; j++) //對每個512位進行80步操作
{
if(j < 16) w[j] = x[i + j];
else w[j] = rol(w[j-3] ^ w[j-8] ^ w[j-14] ^ w[j-16], 1);
var t = safe_add(safe_add(rol(a, 5), sha1_ft(j, b, c, d)),
safe_add(safe_add(e, w[j]), sha1_kt(j)));
e = d;
d = c;
c = rol(b, 30);
b = a;
a = t;
}
a = safe_add(a, olda);
b = safe_add(b, oldb);
c = safe_add(c, oldc);
d = safe_add(d, oldd);
e = safe_add(e, olde);
}
return new Array(a, b, c, d, e);
}
/**//*
* Perform the appropriate triplet combination function for the current iteration
* 返回對應(yīng)F函數(shù)的值
*/
function sha1_ft(t, b, c, d)
{
if(t < 20) return (b & c) | ((~b) & d);
if(t < 40) return b ^ c ^ d;
if(t < 60) return (b & c) | (b & d) | (c & d);
return b ^ c ^ d; //t<80
}
/**//*
* Determine the appropriate additive constant for the current iteration
* 返回對應(yīng)的Kt值
*/
function sha1_kt(t)
{
return (t < 20) ? 1518500249 : (t < 40) ? 1859775393 :
(t < 60) ? -1894007588 : -899497514;
}
/**//*
* Add integers, wrapping at 2^32. This uses 16-bit operations internally
* to work around bugs in some JS interpreters.
* 將32位數(shù)拆成高16位和低16位分別進行相加，從而實現(xiàn) MOD 2^32 的加法
*/
function safe_add(x, y)
{
var lsw = (x & 0xFFFF) + (y & 0xFFFF);
var msw = (x >> 16) + (y >> 16) + (lsw >> 16);
return (msw << 16) | (lsw & 0xFFFF);
}
/**//*
* Bitwise rotate a 32-bit number to the left.
* 32位二進制數(shù)循環(huán)左移
*/
function rol(num, cnt)
{
return (num << cnt) | (num >>> (32 - cnt));
}
/**//*
* The standard SHA1 needs the input string to fit into a block
* This function align the input string to meet the requirement
*/
function AlignSHA1(str){
var nblk=((str.length+8)>>6)+1, blks=new Array(nblk*16);
for(var i=0;i<nblk*16;i++)blks[i]=0;
for(i=0;i<str.length;i++)
blks[i>>2]|=str.charCodeAt(i)<<(24-(i&3)*8);
blks[i>>2]|=0x80<<(24-(i&3)*8);
blks[nblk*16-1]=str.length*8;
return blks;
}
/**//*
* Convert an array of big-endian words to a hex string.
*/
function binb2hex(binarray)
{
var hex_tab = hexcase ? "0123456789ABCDEF" : "0123456789abcdef";
var str = "";
for(var i = 0; i < binarray.length * 4; i++)
{
str += hex_tab.charAt((binarray[i>>2] >> ((3 - i%4)*8+4)) & 0xF) +
hex_tab.charAt((binarray[i>>2] >> ((3 - i%4)*8 )) & 0xF);
}
return str;
}
/**//*
* calculate MessageDigest accord to source message that inputted
*/
function calcDigest()
{
var digestM = hex_sha1(document.SHAForm.SourceMessage.value);
document.SHAForm.MessageDigest.value = digestM;
}
</script>
<title>SHA-1算法JavaScript實現(xiàn)</title>
</head>
<body>
<center>
<BR/>
<BR/>
<H2>SHA-1算法JavaScript實現(xiàn)</H2>
<BR/>
<form name="SHAForm">
源消息：<input type="text" name="SourceMessage" size=40><BR>
消息摘要：<input type="text" name="MessageDigest" size=40>
<P>
<input type="button" value="計算消息摘要" onclick="calcDigest()">
</form>
</body>
</html>
: orangelizq
email: orangelizq@163.com
posted on 2007-09-30 10:46
桔子汁 閱讀(5717)
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Java技術(shù)