Что такое алгоритм шифрования SHA-256 и как работает хеширование

Каждый, кто пробовал майнить цифровую валюту рано или поздно сталкивался с таким термином как SHA256. Что же обозначают эта аббревиатура, какими особенностями обладает, как работает? Обо всем этом мы расскажем в данном материале.

Расшифровка SHA256 – сокращение от Secure Hashing Algorithm – это актуальный на сегодня алгоритм хеширования, созданный National Security Agency – Агентством национальной безопасности США. Задача данного алгоритма заключается в том, чтобы выполнить из случайного набора данных определённые значения с длиной, которая зафиксирована. Эта длина является идентификатором. Значение, которое получится, сравнивается с дубликатами изначальных данных, получить которые нет возможности.

Эмиссию денежной массы во многих криптопроектах обеспечивают майнеры, при этом криптодобыча не только обеспечивает генерацию новых монет, но и является основным элементом защиты пиринговой сети. Цифровой печатный станок, работает строго по заданному алгоритму шифрования, изменить который можно только путем всеобщего голосования участников сети (форка).

Алгоритм sha256, на котором базируется майнинг патриарха криптовалют — Bitcoin (BTC), был создан вовсе не на ровном месте. В его основе лежит алгоритм хеширования SHA-2, используемый для создания протоколов передачи данных в Глобальной сети (TCP/IP).

Алгоритм sha256, является одной из хеш-функций SHA-2. В этом обзоре мы расскажем вам, как работает майнинг sha-256 и в чем плюсы и минусы данного криптопротокола.

Что такое алгоритм шифрования SHA-256?

Аббревиатуру SHA расшифровывают как «безопасный расчет хеша». С помощью данного метода вычислений обеспечивается защита криптографических наборов данных. Ведь без специального кода, который есть только у владельца, невозможно получить доступ к зашифрованной информации.

Алгоритм SHA-2, подвидом которого является SHA-256, был разработан в начале третьего тысячелетия Агентством Национальной Безопасности США. Число 256 обозначает количество фрагментов, из которых состоит данный криптографический код.

Через несколько лет после выхода Агентство запатентовало второй выпуск алгоритма SHA-2 под лицензией Royalty-free, благодаря чему технологию можно было направить в мирное русло.

Что такое хэш-функция?

Три основных цели хэш-функций:

Детерминировано шифровать данные (такой вид шифрования всегда создает одно и то же зашифрованное значение для одного и того же текстового значения);
Принимать ввод любой длины, а выводить результат фиксированной длины;
Изменять данные необратимо. Ввод нельзя получить из вывода.

SHA-2 выполняет их в полной мере. Если хотите узнать больше о хэш-функциях, на Хабре есть несколько подходящих публикаций. Например, статьи «Что такое хэширование? Под капотом блокчейна» и «Хэш-алгоритмы».

Особенности протокола SHA-256

Нет ни одного метода оптимизации подбора хеш-суммы. Протокол SHA-256 принимая определенные, выдает абсолютно непредсказуемый результат. Поиск нужного варианта выполняется путем банального перебора всех возможных комбинаций. Подбор правильного хеша дело случая, но чем больше мощность вычислительного оборудования, тем выше шансы, что вы найдете его быстрее остальных участников процесса.

Для полноты рассказа добавим немного сложной технической информации. В протокол SHA-256 данные фрагментируются на 256 долей, в каждом из которых содержится 512 бит (64 байта). Доли перемешивают по определенной криптографической схеме, которая заложена в алгоритме, и в результате образуется специальный хеш-код, объемом 256 бит. Смешивание информации повторяется 64 раза. Нужно сказать, что это не так уж много, по сравнению с новыми криптоалгоримами.

Технические параметры SHA-256:

Объем блока информации: 64 байт;
Допустимая длина одного сообщения: 33 байт;
Размер хеш-подписи блока: 32 байт;
Число смешиваний в раунде: 64;
Скорость передачи данных по сети: около 140 MiB/s.

Алгоритм основан на методике Меркла-Дамгарда, массив информации делится на отдельные блоки, в каждом из которых 16 частей. Выполнив 64 перемешивания, система выводит корректную хеш-сумму, которая служит отправной точкой для обработки следующего блока. Процесс непрерывен и взаимосвязан получить код отдельно взятого криптоблока, не имея данных о его предшественнике абсолютно невозможно.

Реализация алгоритмов семейства SHA-2

SHA-256

Первым делом реализуем битовые функции, которые будут использоваться в ходе хеширования, а именно: сложение (в случае алгоритма sha-256 сложение будет идти по модулю 2^32, в sha-512 по модулю 2^64), побитовое И, исключающее ИЛИ (xor), логический сдвиг вправо, циклический сдвиг вправо.

Примечания к реализации

В данных примерах для более легкого восприятия кода я работаю с битовой последовательность, как со строкой из 0 и 1. Все функции реализованы средствами посимвольного сравнения двух строк, содержащих только 0 и 1. В Python существуют уже готовые функции для битового сдвига (>>, <<) или для xor(^).

# константа для суммы по mod 2**32 VAL_MOD = 2 ** 32 def set_zero_in_end(bites, len_str): «»» метод для вставки нулей в конец битовой последовательности»»» while len(bites) % len_str != 0: bites += ‘0’ return bites def set_zero_in_start(bites, len_str): «»» метод для вставки нулей в начало битовой последовательности»»» while len(bites) % len_str != 0: bites = ‘0’ + bites return bites def set_len_str_in_end(bits, bits_len, max_mod=512): «»» метод для вставки в конец битовой последовательности текста длины сообщения»»» while (len(bits) + len(bits_len)) % max_mod != 0: bits += ‘0’ bits += bits_len return bits def hex_to_bin(hex_num, len_bits=32): «»» метод для перевода числа из 16-ричного представления в бинарное»»» bits = bin(hex_num)[2:] # добавляем в начало нули для получения нужной длины последовательности while len(bits) < len_bits: bits = ‘0’ + bits return bits def str_to_bin(text): «»» метод для перевода строки в бинарное представление «»» binary = » # приводим текст к виде списка байт byte_array = bytearray(text, «utf8») # каждый байт преобразуем в битовую строчку for byte in byte_array: binary_repr = bin(byte)[2:] while len(binary_repr) < 8: binary_repr = ‘0’ + binary_repr binary += binary_repr return binary def rotate_right(list_bits, count): «»» метод для циклического сдвига вправо бинарной последовательности»»» for _ in range(count): list_bits = list_bits[-1] + list_bits[:-1] return list_bits def shift_right(list_bits, count): «»» метод для логического сдивга вправо бинарной последовательности»»» for _ in range(count): list_bits = ‘0’ + list_bits[:-1] return list_bits def xor(list_bits1, list_bits2): «»» метод для вычисления исключающего или»»» # дополняем последовательности до одинаковой длины max_len = max(len(list_bits1), len(list_bits2)) list_bits1 = ‘0’ * (max_len — len(list_bits1)) + list_bits1 list_bits2 = ‘0’ * (max_len — len(list_bits2)) + list_bits2 rez_bits = [] # xor: 1 если хотя бы один бит 1, но не оба вместе, иначе 0 for i in range(max_len): new_bit = ‘1’ if list_bits1
!= list_bits2 else ‘0’ rez_bits.append(new_bit) return ».join(rez_bits) def log_and(bits1, bits2): «»» метод для вычисления логического И «»» max_len = max(len(bits1), len(bits2)) bits1 = ‘0’ * (max_len — len(bits1)) + bits1 bits2 = ‘0’ * (max_len — len(bits2)) + bits2 rez_bits = [] # and: 1, если оба бита = 1, иначе 0 for i in range(max_len): new_bit = ‘1’ if bits1 == bits2 == ‘1’ else ‘0’ rez_bits.append(new_bit) return ».join(rez_bits) def summator(*list_bits): «»» метод для суммирования битовых последовательностей»»» summa = 0 # для получения суммы всё переводится к обычным 10-чным числам for bit in list_bits: summa += int(bit, base=2) # в sha-256 сумма берется по mod 2**32 summa = summa % VAL_MOD # приводим обратно к битовой последовательности binary = bin(summa)[2:] while len(binary) < 32: binary = ‘0’ + binary return binary def log_not(bits): «»» метод для получения отрицания от битовой последовательности»»» binary = » for bit in bits: binary += ‘1’ if bit == ‘0’ else ‘0’ return binary
Теперь определим 8 констант, которые являются первыми 32 битами дробных частей квадратных корней первых восьми простых чисел:

# заполняем список первоначальных значений хеш-функции # первые 32 бита дробных частей квадратных корней первых восьми простых чисел h0 = hex_to_bin(0x6A09E667) h1 = hex_to_bin(0xBB67AE85) h2 = hex_to_bin(0x3C6EF372) h3 = hex_to_bin(0xA54FF53A) h4 = hex_to_bin(0x510E527F) h5 = hex_to_bin(0x9B05688C) h6 = hex_to_bin(0x1F83D9AB) h7 = hex_to_bin(0x5BE0CD19)

Также заполним таблицу констант, которые являются первыми 32 битами кубических корней первых 64 простых чисел:

# таблица констант # первые 32 бита дробных частей кубических корней первых 64 простых чисел constants = [ hex_to_bin(0x428A2F98), hex_to_bin(0x71374491), hex_to_bin(0xB5C0FBCF), hex_to_bin(0xE9B5DBA5), hex_to_bin(0x3956C25B), hex_to_bin(0x59F111F1), hex_to_bin(0x923F82A4), hex_to_bin(0xAB1C5ED5), hex_to_bin(0xD807AA98), hex_to_bin(0x12835B01), hex_to_bin(0x243185BE), hex_to_bin(0x550C7DC3), hex_to_bin(0x72BE5D74), hex_to_bin(0x80DEB1FE), hex_to_bin(0x9BDC06A7), hex_to_bin(0xC19BF174), hex_to_bin(0xE49B69C1), hex_to_bin(0xEFBE4786), hex_to_bin(0x0FC19DC6), hex_to_bin(0x240CA1CC), hex_to_bin(0x2DE92C6F), hex_to_bin(0x4A7484AA), hex_to_bin(0x5CB0A9DC), hex_to_bin(0x76F988DA), hex_to_bin(0x983E5152), hex_to_bin(0xA831C66D), hex_to_bin(0xB00327C8), hex_to_bin(0xBF597FC7), hex_to_bin(0xC6E00BF3), hex_to_bin(0xD5A79147), hex_to_bin(0x06CA6351), hex_to_bin(0x14292967), hex_to_bin(0x27B70A85), hex_to_bin(0x2E1B2138), hex_to_bin(0x4D2C6DFC), hex_to_bin(0x53380D13), hex_to_bin(0x650A7354), hex_to_bin(0x766A0ABB), hex_to_bin(0x81C2C92E), hex_to_bin(0x92722C85), hex_to_bin(0xA2BFE8A1), hex_to_bin(0xA81A664B), hex_to_bin(0xC24B8B70), hex_to_bin(0xC76C51A3), hex_to_bin(0xD192E819), hex_to_bin(0xD6990624), hex_to_bin(0xF40E3585), hex_to_bin(0x106AA070), hex_to_bin(0x19A4C116), hex_to_bin(0x1E376C08), hex_to_bin(0x2748774C), hex_to_bin(0x34B0BCB5), hex_to_bin(0x391C0CB3), hex_to_bin(0x4ED8AA4A), hex_to_bin(0x5B9CCA4F), hex_to_bin(0x682E6FF3), hex_to_bin(0x748F82EE), hex_to_bin(0x78A5636F), hex_to_bin(0x84C87814), hex_to_bin(0x8CC70208), hex_to_bin(0x90BEFFFA), hex_to_bin(0xA4506CEB), hex_to_bin(0xBEF9A3F7), hex_to_bin(0xC67178F2), ]

Приступим к реализации самого алгоритма. Алгоритм работает только с последовательностями бит, длина которых кратна 512. Для этого первым делом необходимо перевести исходное сообщение в последовательность бит. Затем добавить в конец ‘1’ и дополнять нулями до тех пор, пока длина битовой последовательности сообщения + 64 не станет делиться на 512 без остатка. Это необходимо для того, чтобы в конец сообщения вставить длину исходного сообщения в виде последовательности из 64 бит.

# НАЧАЛО АЛГОРИТМА # сообщение для хеширования msg = «Euler is held to be one of the greatest mathematicians in history.» # переводим сообщение в битовую последовательность m = str_to_bin(msg) # добавляем в конец ‘1’ m = m + «1» # добавляем в конец исходную длину сообщения в виде 64 битной последователньости bits_len = set_zero_in_start(bin(len(msg) * 8)[2:], 64) # добавляем в конец длину строки m = set_len_str_in_end(m, bits_len) print(len(m)) >>> 1024 print(m) >>> 0100010101110101011011000110010101110010001000000110100101110011001000000110100001100101011011000110010000100000011101000110111100100000011000100110010100100000011011110110111001100101001000000110111101100110001000000111010001101000011001010010000001100111011100100110010101100001011101000110010101110011011101000010000001101101011000010111010001101000011001010110110101100001011101000110100101100011011010010110000101101110011100110010000001101001011011100010000001101000011010010111001101110100011011110111001001111001001011101000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001000010000

Далее текущее сообщение будет обрабатываться кусочками по 512 бит. Теперь каждый кусочек длиной 512 бит необходимо разбить еще на 16 частей по 32 бита и все это занести в список.

for i in range(0, len(m), 512): part = m[i:i + 512] parts = [] # разбиваем исходное сообщение на 16 кусочкой длиной 32 бита for j in range(0, 512, 32): parts.append(part[j:j + 32])

При каждой итерации по кусочкам сообщения длиной 512 бит необходимо будет создать дополнительные 48 слов длиной 32 бита из уже имеющихся переменных (h0…h7 и полученных 16 частей)

Примечание по коду

Для упрощения читаемости кода и понимания алгоритма, каждое действие при подсчете слагаемых выносилось отдельной записью. Это не целесообразно с точки зрения используемой памяти и времени, но положительно влияет на понимание алгоритма.

# генерируем дополнительные 48 слов для хеширования for k in range(16, 64): # sigma0 = right_rotate(parts[k-15], 7) xor right_rotate(parts[k-15], 18) xor shift_right(parts[k-15], 3) rr1 = rotate_right(parts, 7) rr2 = rotate_right(parts, 18) sr = shift_right(parts, 3) x1 = xor(rr1, rr2) s0 = xor(x1, sr) # sigma1 = right_rotate(parts[k-2], 17) xor right_rotate(parts[k-2], 19) xor shift_right(parts[k-2], 10) rr1 = rotate_right(parts, 17) rr2 = rotate_right(parts, 19) sh = shift_right(parts, 10) x1 = xor(rr1, rr2) s1 = xor(x1, sh) # новое слово: parts + sigma0 + parts + sigma1 new_part = summator(parts, s0, parts, s1) parts.append(new_part)

Для дальнейших вычислений хеш-значения одной 512-битовой части необходимо объявить еще несколько дополнительных переменных

# инициализируем дополнительные переменные a = h0 b = h1 c = h2 d = h3 e = h4 f = h5 g = h6 h = h7

Теперь можно реализовать основную часть алгоритма, которая будет выполняться 64 раза:

# весь алгоритм хеширования выполняется 64 раза for k in range(64): # sigma1 = rotate_right(e, 6) xor rotate_right(e, 11) xor rotate_right(e, 25) rr1 = rotate_right(e, 6) rr2 = rotate_right(e, 11) rr3 = rotate_right(e, 25) x1 = xor(rr1, rr2) s1 = xor(x1, rr3) # ch = log_and(e, f) xor log_and(log_not(e), g) rr1 = log_and(e, f) rr3 = log_and(log_not(e), g) ch = xor(rr1, rr3) # temp1 = h + s1 + ch + constants[k] + parts[k] t1 = summator(h, s1, ch, constants[k], parts[k]) # sigma0 = rotate_right(a, 2) xor rotate_right(a, 13) xor rotate_right(a, 22) rr1 = rotate_right(a, 2) rr2 = rotate_right(a, 13) rr3 = rotate_right(a, 22) x1 = xor(rr1, rr2) s0 = xor(x1, rr3) # maj = log_and(a, b) xor log_and(a, c) xor log_and(b, c) rr1 = log_and(a, b) rr2 = log_and(a, c) rr3 = log_and(b, c) x1 = xor(rr1, rr2) maj = xor(x1, rr3) # temp2 = sigma0 + maj t2 = summator(s0, maj) # теперь необходимо изменить значения временных переменных h = g g = f f = e e = summator(d, t1) d = c c = b b = a a = summator(t1, t2)

После цикла for k in range(64): необходимо выполнить последние преобразования для изменения переменных h0…h7, отвечающих за итоговое состояние хеш-функции:

# в конце необходимо изменить начальные переменные для хранения хеша h0 = summator(h0, a) h1 = summator(h1, b) h2 = summator(h2, c) h3 = summator(h3, d) h4 = summator(h4, e) h5 = summator(h5, f) h6 = summator(h6, g) h7 = summator(h7, h)

После вычисления хеша для каждого 512-битного кусочка необходимо конкатенировать 16ричные значения всех переменных h0…h7:

# приводим вычисленные бинарные последовательности к 16-ым значениям и конкатенируем их sha256text = (hex(int(h0, base=2))[2:] + hex(int(h1, base=2))[2:] + hex(int(h2, base=2))[2:] + hex(int(h3, base=2))[2:] + hex(int(h4, base=2))[2:] + hex(int(h5, base=2))[2:] + hex(int(h6, base=2))[2:] + hex(int(h7, base=2))[2:]) print(sha256text) >>> b20447c5281a7b4cf6d7dacaaf0e8ed77f1c4acfb9d7dbd64c8ccccbb5ec5bcd

На этом алгоритм SHA-256 можно считать реализованным, но хотелось рассмотреть другие алгоритмы из семейства SHA-2 и узнать, чем они все между собой отличаются.

SHA-224

Алгоритм SHA-224 в реализации полностью идентичен алгоритму SHA-256, но в качестве начальных значений h0..h7 берутся значения:

h0 = hex_to_bin(0xC1059ED8) h1 = hex_to_bin(0x367CD507) h2 = hex_to_bin(0x3070DD17) h3 = hex_to_bin(0xF70E5939) h4 = hex_to_bin(0xFFC00B31) h5 = hex_to_bin(0x68581511) h6 = hex_to_bin(0x64F98FA7) h7 = hex_to_bin(0xBEFA4FA4)

И при получении итогового хеша не используется значение h7 (за счет чего уменьшается длина полученного хеш-значения до 56 символов):

sha224text = (hex(int(h0, base=2))[2:] + hex(int(h1, base=2))[2:] + hex(int(h2, base=2))[2:] + hex(int(h3, base=2))[2:] + hex(int(h4, base=2))[2:] + hex(int(h5, base=2))[2:] + hex(int(h6, base=2))[2:]) print(sha224text) >>> b56b1dbbb3eab8ec1d3a850b6177fc163689493dc54d5b25e6d69ea9 print(len(sha224text)) >>> 56

SHA-512

Отличия sha-512 от sha-256:

Слова имеют длину 64 бита;
Алгоритм хеширования проводится 80 раз, а не 64;
Всё сообщение разбивается на кусочки длиной 1024 бита;
Используются кубические корни 80 первых простых чисел в отличии от 64 для sha-256;
Сдвиги, при вычислении дополнительных слов, происходят на другое число позиций;
Создается 64 дополнительных слова, а не 48;
Длина сообщения записывается в виде 128 битовой последовательности;
Вычисление суммы ведется по mod 2^64.

Первым делом изменится метод перевода числа в бинарное представление:

def hex_to_bin(hex_num, len_bits=64): «»» метод для перевода числа из 16-ричного представления в бинарное»»» bits = bin(hex_num)[2:] # добавляем в начало нули для получения нужной длины последовательности while len(bits) < len_bits: bits = ‘0’ + bits return bits

И метод перевода строки в бинарное представление:

def set_len_str_in_end(bits, bits_len, max_mod=1024): «»» метод для вставки в конец битовой последовательности текста длины сообщения»»» while (len(bits) + len(bits_len)) % max_mod != 0: bits += ‘0’ bits += bits_len return bits

Цикл по чанкам предложения:

# исходной сообщение обрабатывается частями по 1024 бита for i in range(0, len(m), 1024): part = m[i:i + 1024] parts = [] # разбиваем исходное сообщение на 16 кусочкой длиной 64 бита for j in range(0, 1024, 64): parts.append(part[j:j + 64])

Генерация новых слов (изменился цикл, так же изменилось вычисление s0, s1):

# генерируем дополнительные 64 слова для хеширования for k in range(16, 80): # sigma0 = right_rotate(parts[k-15], 1) xor right_rotate(parts[k-15], xor shift_right(parts[k-15], 7) rr1 = rotate_right(parts, 1) rr2 = rotate_right(parts, sr = shift_right(parts, 7) x1 = xor(rr1, rr2) s0 = xor(x1, sr) # sigma1 = right_rotate(parts[k-2], 19) xor right_rotate(parts[k-2], 61) xor shift_right(parts[k-2], 6) rr1 = rotate_right(parts, 19) rr2 = rotate_right(parts, 61) sh = shift_right(parts, 6) x1 = xor(rr1, rr2) s1 = xor(x1, sh) # новое слово: parts + sigma0 + parts + sigma1 new_part = summator(parts, s0, parts, s1) parts.append(new_part)

Изменилось и основное тело функции, цикло повторяется 80 раз и сдвиги считаются по другому:

# весь алгоритм хеширования выполняется 80 раз for k in range(80): # sigma1 = rotate_right(e, 14) xor rotate_right(e, 18) xor rotate_right(e, 41) rr1 = rotate_right(e, 14) rr2 = rotate_right(e, 18) rr3 = rotate_right(e, 41) x1 = xor(rr1, rr2) s1 = xor(x1, rr3) # ch = log_and(e, f) xor log_and(log_not(e), g) rr1 = log_and(e, f) rr3 = log_and(log_not(e), g) ch = xor(rr1, rr3) # temp1 = h + s1 + ch + constants[k] + parts[k] t1 = summator(h, s1, ch, constants[k], parts[k]) # sigma0 = rotate_right(a, 28) xor rotate_right(a, 34) xor rotate_right(a, 39) rr1 = rotate_right(a, 28) rr2 = rotate_right(a, 34) rr3 = rotate_right(a, 39) x1 = xor(rr1, rr2) s0 = xor(x1, rr3) # maj = log_and(a, b) xor log_and(a, c) xor log_and(b, c) rr1 = log_and(a, b) rr2 = log_and(a, c) rr3 = log_and(b, c) x1 = xor(rr1, rr2) maj = xor(x1, rr3) # temp2 = sigma0 + maj t2 = summator(s0, maj) # теперь необходимо изменить значения временных переменных h = g g = f f = e e = summator(d, t1) d = c c = b b = a a = summator(t1, t2)

Как итог для функции sha-512 получаем:

sha512text = (hex(int(h0, base=2))[2:] + hex(int(h1, base=2))[2:] + hex(int(h2, base=2))[2:] + hex(int(h3, base=2))[2:] + hex(int(h4, base=2))[2:] + hex(int(h5, base=2))[2:] + hex(int(h6, base=2))[2:] + hex(int(h7, base=2))[2:]) print(sha512text) >>> d18979a3b0071f6ff34af0be222ef9b2d727fa20311af7d4e1d21d374217b4ecd776d572f696509525678b05399da69966f867bb39f317902dea1f0b293ce77c print(len(sha512text)) >>> 128

SHA-512/256

SHA-512/256 идентичен SHA-512 за исключением того, что используются другие значения h0…h7 и при получении итогового хеша берутся только 256 левых бит результата:

h0 = hex_to_bin(0x22312194FC2BF72C) h1 = hex_to_bin(0x9F555FA3C84C64C2) h2 = hex_to_bin(0x2393B86B6F53B151) h3 = hex_to_bin(0x963877195940EABD) h4 = hex_to_bin(0x96283EE2A88EFFE3) h5 = hex_to_bin(0xBE5E1E2553863992) h6 = hex_to_bin(0x2B0199FC2C85B8AA) h7 = hex_to_bin(0x0EB72DDC81C52CA2)

Результат:

sha512_256_bin = h0+h1+h2+h3+h4+h5+h6+h7 sha512_256_bin = sha512_256_bin[:256] sha512_256_text = (hex(int(sha512_256_bin, base=2))[2:]) print(sha512_256_text) print(len(sha512_256_text))

SHA-512/224

SHA-512/224 идентичен SHA-512 за исключением того, что используются другие значения h0…h7 и при получении итогового хеша берутся 224 левых бита результата:

h0 = hex_to_bin(0x8C3D37C819544DA2) h1 = hex_to_bin(0x73E1996689DCD4D6) h2 = hex_to_bin(0x1DFAB7AE32FF9C82) h3 = hex_to_bin(0x679DD514582F9FCF) h4 = hex_to_bin(0x0F6D2B697BD44DA8) h5 = hex_to_bin(0x77E36F7304C48942) h6 = hex_to_bin(0x3F9D85A86A1D36C8) h7 = hex_to_bin(0x1112E6AD91D692A1)

Результат:

sha512_224_bin = h0+h1+h2+h3+h4+h5+h6+h7 sha512_224_bin = sha512_224_bin[:224] sha512_224_text = (hex(int(sha512_224_bin, base=2))[2:]) print(sha512_224_text) >>> 6018fc16ecc97bf9844eb8a5c7a70346028f9fb5c5ffdfb80a30c3af print(len(sha512_224_text)) >>> 56

SHA-384

Аналогичен sha-512 за исключением того, что используются другие значения h0…h7 и опускаются значения h7, h6 при выводе итогового хеша:

h0 = hex_to_bin(0xCBBB9D5DC1059ED8) h1 = hex_to_bin(0x629A292A367CD507) h2 = hex_to_bin(0x9159015A3070DD17) h3 = hex_to_bin(0x152FECD8F70E5939) h4 = hex_to_bin(0x67332667FFC00B31) h5 = hex_to_bin(0x8EB44A8768581511) h6 = hex_to_bin(0xDB0C2E0D64F98FA7) h7 = hex_to_bin(0x47B5481DBEFA4FA4)

Результат:

sha384text = (hex(int(h0, base=2))[2:] + hex(int(h1, base=2))[2:] + hex(int(h2, base=2))[2:] + hex(int(h3, base=2))[2:] + hex(int(h4, base=2))[2:] + hex(int(h5, base=2))[2:]) print(sha384text) >>> 09829bbc49e3bdd6d47a954f4ea74853579c0d9f743900d939162fed45b4a2c7ef670501bb195b9b1275830a985aa3d3

Как работает хеширование?

Хеширование — это преобразование по заранее определенной схеме какого-либо объема входящей информации в цифровой код. Исходящее значение уникально, с его помощью всегда можно идентифицировать именно этот массив информации. Алгоритм создания зашифрованной строки (хеш-кода) называется хеш-функцией.

Валидное число в строке шифрованной подписи криптоблока биткоина должно содержать энное количество нулей. На момент составления обзора количество нулей в хеш-коде цифрового золота уже перевалило число 17. Поэтому расшифровка sha256 сложнее, чем поиск некой определенной песчинки, которая находится в произвольной точке земного шара.

Важно! В принципе зашифровать можно все что угодно хоть поэму Лермонтова «Кавказский пленник» и в результате получится шестнадцатеричный код типа: c8ba7865a9x924590dcc54a6f227859z.

Шифрование не имеет обратной силы, сделать с цифробуквенного набора текст не получится, но если в самой поэме изменить хотя бы одну точку или пробел, то хеш-код произведения будет совершено иным. Вы можете убедиться в этом сами, посетив сайт для автоматической шифровки https://crypt-online.ru/crypts/sha256/.

Зависимость блоков в сети биткион

В сети каждой криптовалюты, в том числе и биткоин, блоки представляют собой массив информации о переводах средств за определенный период. Каждый из них имеет уникальный хеш-код (подпись).

Как уже было сказано криптографическая подпись последующего вытекает из хеш-кода предыдущего, образуя целостную систему, в которой нельзя что-либо изменить или подделать. Майнеры постоянно заняты вычислением подписи нового блока, и получают награду только за результат.

О хеш-функциях

Криптографическая хеш-функция представляет собой некоторый математический алгоритм, который преобразует последовательность данных произвольной длины в строку фиксированной длины, состоящей из ограниченного набора цифр и букв. Такие алгоритмы должны обладать рядом свойств:

Одно и тоже сообщение всегда должно приводить к одинаковому хеш-значению;
Скорость вычисления хеш-функции должна быть быстрой;
Не должно возникать коллизий, то есть не должно быть 2 таких сообщений, которые имели бы одинаковое хеш-значение;
Небольшие изменения в наборе данных должны приводить к абсолютно новому хеш-значению так, чтобы это значение не казалось связанным с предыдущим значением;
Сложность (невозможность) вычисления исходных данных по хеш-значению.

Наиболее частое применение хеш-функций — хранение хешированных паролей на стороне сервера. Это делается с той целью, чтобы никто не мог узнать оригинальный пароль и осуществить по нему вход в систему в случае получения доступа к базе. Хотя хеширование паролей не должно вызывать огромных проблем, но такое правило соблюдают не все компании, однако с каждым годом организации начинают больше заботиться о безопасности данных своих пользователей. Также многие компании защищают свои цифровые документы (музыку, фотографии, программы) при помощи вычисления хеш-суммы. В случае, если в программу был встроен вирус или документ был хоть немного изменен, контрольная сумма документа будет изменена и использование такого контента может сразу дать понять, что используются фальсифицированные данные.

Плюсы и минусы алгоримта

SHA256 имеет некие преимущества перед другими алгоритмами. Это наиболее востребованный алгоритм майнинга среди всех существующих. Он показал себя как надежный к взламыванию (случается не часто) и результативный алгоритм как для задач майнинга, так и для прочих целей.

Имеются и недостатки:

Главным минусом SHA256 валюты является контролирование майнерами.
Те, у кого имеются огромные вычислительные мощности, получают основную часть крипто, что исключает один из основных принципов виртуальных денег – децентрализованность.
Как только пошли инвестиции в вычислительные мощности для промышленного майнинга Биткоина, сложность добычи значительно возросла и стала требовать исключительных вычислительных мощностей. Этот минус исправлен в прочих протоколах, наиболее инновационных и «заточенных» под применение в добыче цифровых валют, таких как Script (для криптовалюты Litecoin).

Криптовалюты SHA256, как и SHA512 наиболее защищены от данного отрицательного момента, но вероятность развития риска все-таки есть. Miner на SHA256, как и на любом ином хешировании – это процесс разрешения какой-то сложнейшей криптографической задачи, которую генерирует программа для майнинге на основе информации полученной с блоков.

Майнинг при помощи хэш-функции SHA256 можно осуществлять 3 методами:

CPU.
GPU.
ASIC.

В майнинге хеш–сумма применяется как идентификатор уже присутствующих блоков, и создания новых на основе тех, что имеются. Процесс майнинга отражен в интерфейсе в виде «accepted f33ae3bc9…». Где f33ae3bc9 – это хешированная сумма, часть данных, которая требуется для дешифровывания. Главный блок включает в себя огромное число такого рода хеш-сумм.

То есть, добыча с алгоритмом SHA256 – это подбор правильного значения хешированной суммы без остановки, перебор чисел для того, чтобы создать очередной блок. Чем мощнее оборудование, тем больше шансов стать владельцем того самого правильного блока: скорость перебирания разного рода сумм зависит от мощностей. Потому как Биткоин построен на алгоритме SHA256, для конкурентоспособного майнинга на нём требуются крайне большие вычислительные мощности.

Это связывается с тем, что для добычи криптовалюты хватает производства «асиков», а именно специальной схемы особенного назначения. Асики дают возможность добывать Биткоины и прочие криптовалюты на хэш-функции SHA–256 оперативнее, результативнее и недорого.

Блоки в Bitcoin-сети взаимосвязаны

Blockchain – это реестр данных, в котором хранится вся информация о проводимых в сети транзакциях. По названию понятно, что база данных основана на блоках, которые взаимосвязаны между собой. Майнеры записывают в них сведения о переводах монет за установленный период путем решения сложных задач на мощном вычислительном оборудовании. У каждого блока есть уникальная подпись – хеш-код.

Подпись каждого нового блока основана на заголовке предыдущего.

Этот принцип позволяет создать консолидированную систему с максимальным уровнем защиты. В ней нельзя ничего переделать или фальсифицировать. Майнеры определяют подпись нового блока, выполняя сложные расчеты на своем оборудовании. Взамен они получают вознаграждение в виде монет.

Алгоритм консенсуса SHA-256 – все о механизме для добычи криптовалюты

Каждому, кто хоть раз добывал электронную монету, приходится сталкиваться с термином SHA256. Все о нем мы предлагаем узнать прямо сейчас, прочитав данный материал. И это важно, если вы приняли решение стать майнером – добытчиком криптовалюты.

Расшифровка алгоритма и его целевое значение

SHA256 – сокращенное Secure Hashing Algorithm – механизм консенсуса хеш, который создало агентство нац. безопасности США – National Security Agency Его цель заключается в выполнении из случайного набора информации определенных показателей с установленной длиной – идентификатором. Значение этого набора сравнивается с повторами первоначальных данных, получение которых невозможно.

Выпуск денег в большинстве криптопроектов обеспечивается майнерами. При этом добыча крипты не только обеспечивает генерирование новых цифровых активов и является главной защитой пиринговой сети. Работа цифрового печатного станка происходит строго по фиксированному механизму шифрования. Изменение алгоритма возмможно исключительно в том случае, если за это проголосуют участники форка (сети).

На этом механизме основан майнинг легендарной монеты Биткойн – Bitcoin (BTC). Его основой является механизм консенсуса SHA-2, с помощью которого создаются протоколы для передачи информации в Глобальной сети (TCP/IP). SHA-256 хеш-функция этого алгоритма.

Алгоритм хеша 256 – расшифровка

Термин SHA имеет следующую расшифровку – «Безопасный расчет хеширования». Такой метод математического расчета защищает криптографические информационные наборы. Ведь, чтобы получить закодированные данные, необходимо применить специальный код, который известен только лишь держателю. Число 256 в аббревиатуре указывает на количество фрагментов, из которых состоит крипто-код.

Несколько слов об особенностях алгоритма консенсуса

Не существует не одного способа, который мог бы оптимизировать хеш-сумму. SHA-256 принимает конкретные суммы и выдает результат, который невозможно предсказать. Необходимый вариант ищется методом обычного перебора всевозможных комбинаций. Получается, правильный хеш подбирается случайно, но на шансы получить большие вознаграждения зависят от мощности вычислительной техники. Ведь именно мощность позволяет оборудованию совершать оперативные вычисления блоков.

Принцип работы хеширования

Под хешированием понимается процесс интеграции по предварительно определенной схеме какого-либо того или иного объема входящих данных в цифровой код. Исходящий показатель является уникальным, при его помощи всегда возможно определить именно этот информативный массив. Алгоритм хеш-кода (имеется ввиду зашифрованная строка) называют хеш-функцией. Валидное число в хеш-коде подписи криптовалютного блока Биткойна должно состоять из множества нулей, в целом, до 17 (на момент подготовки данного материала).

Характеристики алгоритма

ПАРАМЕТР	ЗНАЧЕНИЕ
Объем блока данных	64 байт
Пороговая длина 1-го сообщения	33 байт
Хеш-подпись блока (размер)	32 байт
Кол-во смешиваний в раунде	64
Как быстро передается информация по Блокчейн-сети	Приблизительно 140 MiB/s

Зависимость криптоблоков в Биткойн-сети

В сети каждого цифрового актива, включая Биткойн, криптоблоки – это массивы, информирующие о переводах средств за конкретный период. У каждого массива собственная подпись – хеш-код.

Какие криптовалюты можно майнить на SHA-256

Если говорить в общем ключе списка, то на этом криптоалгоритме можно майнить не только Биткойн. Текущий список (23.11.21) монет выглядит так:

Bitcoin BTC
Bitcoin Cash BCH
eCash XEC
Bitcoin SV BSV
DigiByte (SHA-256) DGB
Hathor HTR
Syscoin SYS
BitcoinVault BTCV
Elastos ELA
Xaya (SHA-256) CHI
Peercoin PPC
Namecoin NMC
Litecoin Cash (SHA-256) LCC
Unobtanium UNO
Myriad (SHA-256) XMY
Auroracoin (SHA-256) AUR
Emercoin EMC
NEXT.Chain NEXT
Amoveo VEO
Veil (SHA-256) VEIL
FreeCash FCH
Bitcoin Atom BCA
Gleec Coin GLEEC
MazaCoin MZC
Smileycoin (SHA-256) SMLY
TerraCoin TRC
StrongHands SHND
DeVault DVT
ZetaCoin ZET
ButKoin (SHA-256) BUT
BitToken BXT
ParallelCoin (SHA-256) DUO
Deutsche eMark DEM
Bata (SHA-256) BTA
Globaltoken (SHA-256) GLT
Titcoin TIT
LanaCoin LANA
Pyrk (SHA-256) PYRK
Veles (SHA-256) VLS
Blast BLAST
Danecoin DANE
FxTC (SHA-256) FXTC
Bitflate BFL
Widecoin WCN
Argentum (SHA-256) ARG
eTitanium ETIT
Ergon XRG
Picacoin PIC
Bitcoin VGBVG
Susucoin SUSU
Lucent LCNT
BADcoin (SHA-256) BAD
Xazab (SHA-256) XAZAB
iBitcoini BTC
Long coin LONG
AurumCoin AU
Martkist MARTK
Cheetahcoin CHTA
Polcoin PLC
VCash VCASH
United Bitcoin UBTC
Bitcoin RXBR
TDCoin

Положительные и отрицательные стороны криптоалгоритма

SHA256 востребован среди большинства майнеров более, чем другие алгоритмов, поскольку надежен относительно взлома (возможен крайне редко). Плюс, механизм результативен для задач добычи крипты и других целей.

Конечно, ничего нет в этом мире идеального, и у обозреваемого алгоритма существуют минусы:

Контролирование добытчиками криптовалюты. Те, кто для майнинга используют мощные устройства, становятся владельцами основной части монеты, по причине чего исключена децентрализованнсть виртуальных денег.
Сложность добывания, требующая покупки дорого вычислительного оборудования для майнинга именно на этом механизме консенсуса. Хотя есть выход – можно технику арендовать.

Майнить с помощью хеш-функции SHA256 можно применяя один из трех способов: CPU, GPU, ASIC.

То есть, по сути, майнинг с механизмом консенсуса SHA256 – это процесс безостановочный процесс подбора хешированной суммы, перебор чисел для создания очередного блока. Чем мощнее вычислительное устройство, тем больше возможности стать владельцем правильного криптоблока: оперативность скорости перебирания различных сумм зависит от мощностей оборудования.

Сравнение хеш-шифрования и симметричного / асимметричного шифрования

в основном имеет следующие отличия:

Хешированный пароль необратим, поэтому исходный текст не может быть получен из зашифрованного текста, в то время как симметричное / асимметричное шифрование может;
В большинстве случаев для шифрования хеш-паролей ключ не требуется (кроме HMAC), тогда как для симметричного / асимметричного шифрования требуется;
Независимо от того, является ли хеш-шифрование короткими или длинными данными, длина зашифрованного текста, полученного после шифрования, является фиксированной, а симметричный / асимметричный обычно пропорционален длине исходного текста;
Шифрование хэша может конфликтовать. Хотя теоретическое шифрование хешей невозможно, это всего лишь теория. Профессор Ван Сяоюнь ранее предлагал метод коллизий. Для симметричного / асимметричного результата дешифрования зашифрованного текста с помощью ключа должен быть уникальным;

История создания алгоритма SHA—256

Для чего создавался SHA—256

SHA 256 — сокращение от Secure Hashing Algorithm — это популярный криптографический алгоритм хэширования, разработанный National Security Agency — Агентством национальной безопасности США. Задача SHA—256 состоит в том, чтобы сделать из случайного набора данных определённые значения с фиксированной длиной, которое послужит идентификатором этих данных.
Полученное значение сравнивается с дубликатами исходных данных, извлечь которые невозможно. Основная сфера применения алгоритма — использование в различных приложениях или сервисах, связанных с защитой информации, где функция и получила широкое распространение. Также она используется как технология для майнинга криптовалют.

Этот алгоритм относится к группе шифровальных алгоритмов SHA—2, которые в свою очередь разработаны на базе алгоритма SHA—1, впервые созданного в 1995 году для использования в гражданских целях. Сам SHA—2 разработан Агентством национальной безопасности США весной 2002 года. В течение трёх лет АНБ США выпустили патент на использование технологии SHA в гражданских проектах.

В 2012 году в Национальном институте стандартов и технологий создан обновлённый вариант алгоритма: SHA—3. Со временем новый алгоритм будет вытеснять как текущий основной алгоритм SHA—2, так и уже устаревший, но ещё используемый SHA—1.

Хэш—сумма не является технологией шифрования данных в классическом понимании, этим обусловлена невозможность расшифровки данных в обратную сторону. Это односторонняя шифровка для любого количества данных. Все алгоритмы SHA базируются на методе Меркла—Дамгарда: данные разделяют на равномерные группы, каждая из которых проходит через одностороннюю функцию сжатия. В результате этого длина данных уменьшается.

У такого метода есть два значительных достоинства:

быстрая скорость шифрования и практически невозможная расшифровка без ключей;
минимальный риск появления коллизий (одинаковых образов).

Где ещё используется

Ежедневно каждый пользователь Сети, зная или нет, использует SHA—256: сертификат безопасности SSL, которым защищён каждый веб—сайт, включает в себя алгоритм SHA—256. Это необходимо для установления и аутентификации защищённого соединения с сайтом.

Плюсы SHA—256

SHA—256 — самый распространённый алгоритм майнинга среди всех остальных. Он зарекомендовал себя как устойчивый к взломам (за редким исключением) и эффективный алгоритм как для задач майнинга, так и для других целей.

Минусы SHA—256

Главным недостатком SHA—256 является его подконтрольность майнерам: обладатели самых больших вычислительных мощностей получают большую часть криптовалюты, что исключает один из основополагающих принципов криптовалют — децентрализованность.

После того как крупные инвесторы начали вкладывать деньги в вычислительные мощности для промышленного майнинга биткоина, сложность майнинга многократно выросла и стала требовать исключительных вычислительных мощностей. Этот недостаток исправлен в других протоколах, более современных и «заточенных» под использование в майнинге криптовалют, таких как Scrypt. Несмотря на то, что сегодня SHA—256 занимает большую часть рынка криптовалют, он будет ослаблять своё влияние в пользу более защищённых и продвинутых протоколов.

Через какое-то время алгоритмы SHA—1 перестали давать необходимый уровень надёжности из—за вероятного возникновения коллизий. SHA—256, как и SHA—512 более защищены от этого недостатка, но вероятность возникновения все равно присутствует.

Какие криптовалюты используют алгоритм SHA—256

SHA—256 это классический алгоритм для криптовалют: на нем построена основная криптовалюта — Bitcoin. Соответственно, и в форках биткоина используется этот алгоритм: в Bitcoin Cash, Gold, Diamond.

Помимо них, SHA—256 используется также в:

Steemit;
DigiByte;
PeerCoin;
NameCoin;
TeckCoin;
Ocoin;
Zetacoin;
EmerCoin.

Также алгоритм SHA-256 используется как подпрограмма в криптовалюте Litecoin, а основным алгоритмом для майнинга там является Scrypt.

#sha-256#криптовалюты#майнинг#шифрование

Функции модуля

Давайте разберемся в различных методах, используемых в приведенном выше коде:

Hashlib:

Модуль Python используется для реализации общего интерфейса для многих различных алгоритмов безопасного хэширования и дайджеста сообщений.

строка.кодирование()

Эта функция преобразует строку в байты

Синтаксис:

Значения параметров:

кодировка: Тип кодировки, которая будет использоватьсяЗначение по умолчанию: UTF – 8
Значение по умолчанию: UTF – 8
ошибки: метод ошибок, такой как backslashreplace, namereplace и т. Д

hashlib.sha256():

Эта функция используется для создания хэш-объекта SHA-256.

Hexi dist():

Эта функция используется для возврата закодированных данных в шестнадцатеричном формате.