簡介
SHA 算法大家應該都很熟悉了，它是一個用來計算 hash 的算法，目前的 SHA 算法有 SHA1，SHA2 和 SHA3 種。這三種算法都是由美國 NIST 制定的。
NIST 的全稱是美國國家标準與技術研究所，主要來制定各種标準。
本文将會講解下 NIST 和 SHA 各種算法的關系。
SHA1
在密碼學中，SHA-1（Secure Hash Algorithm 1）是一種加密哈希函數，它接受一個輸入，并産生一個 160 位（20 位元組）的哈希值，稱為資訊摘要。
我們先看下 SHA1 的加密流程圖：
上面的 A，B，C，D，E 都是 32bits 的 state。
F 是一個非線性函數。
<<< 表示額是左移操作，紅色的加号表示的是加法然後對 232取模。
SHA1 算法很簡單，在 2005 年之後，SHA1 被認為是不安全的，截至 2010 年，許多組織都建議更換 SHA-1。
NIST 在 2011 年正式廢止了 SHA-1 的使用，并在 2013 年不允許将其用于數字簽名。
所有主要的網絡浏覽器廠商在 2017 年都停止接受 SHA-1 SSL 證書。
SHA2
SHA-2(Secure Hash Algorithm 2)也是由美國國家安全局(NSA)設計的一組加密哈希函數，于 2001 年首次公布，它們采用 Merkle-Damgård 結構。
SHA-2 和 SHA-1 相比，包括了重大的變化。SHA-2 系列包含六個哈希函數，分别是 SHA-224、SHA-256、SHA-384、SHA-512、SHA-512/224、SHA-512/256。
我們看下 SHA2 的算法流程：
我們看下這幾個函數表示什麼意思：
SHA3
2006 年，NIST 組織了 NIST 哈希函數競賽，以建立一個新的哈希标準 SHA-3。SHA-3 并不是要取代 SHA-2，因為目前還沒有證明對 SHA-2 的重大攻擊。但是由于 MD5、SHA-0 和 SHA-1 的成功攻擊，NIST 認為需要一種可替代的、不同的加密哈希，這就是 SHA-3。
在這個比賽中，最終 Keccak 算法勝出，被選為 SHA3 的标準。
SHA3 算法是基于海綿結構的，我們看下海綿結構的工作原理：
這個函數被分成了兩部分，左邊部分叫做吸收部分，右邊部分叫做輸出部分，一吸一出，像是海綿一樣，是以叫做海綿函數。
P 表示的是輸入的字元串，Z 表示的時候輸出字元串。
一個海綿函數由三部分組成，分别是 state, 函數 f 和填充函數 pad。
state 就是上圖的 r+c 部分，r 被稱為 Bitrate， c 被稱為 Capacity。
P 被分成 n 份，每一份都會跟 Bitrate 進行異或操作，如果 P 的長度不是 Bitrate 的整數倍，那麼需要使用 Pad 函數進行填充。
每一輪，Bitrate 跟 P 進行異或操作的結果作為最新的 Bitrate, 然後生成新的 state，然後這個 state 又被 f(state)來替換。
其中函數 f 是 從 n 個{0,1} 到 n 個{0,1}的映射。
就這樣一輪一輪進行下去，直到所有的 P 都參與了運算。
輸出部分是将最終生成的 state 進行 f 運算，每次運算都取 Bitrate 部分作為輸出，進而得到最終的輸出。
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