第四讲 hash函数及应用

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1、上讲的主要内容公钥密码体制的简介基于RSA的公钥密码算法数字证书的简介公钥密码体制的优缺点1第四讲Hash函数及应用主讲人：谷利泽Email：glzisc@bupt.edu.cnTel:010-62284009本讲的要点掌握Hash函数的性质了解SHA-1算法的实现过程理解数字签名的基本思想理解消息认证的基本思想3引言在一个开放通信网络的环境中，信息面临的攻击包括窃听、伪造、修改、插入、删除、否认等。因此，需要提供用来验证消息完整性的一种机制或服务---消息认证。这种服务的主要功能包括：确保收到的消息确实和发送的一样；确保消息的来源真实有效；注：对称密码体

2、制和公钥密码体制都可提供这种服务，但用于消息认证的最常见的密码技术是基于哈希函数的消息认证码。4认证码和检错码现代密码学中的消息认证码与通信学的消息检错码有密切的联系，并由其演变而来。检错码是检测由于通信的缺陷而导致消息发生错误的方法；认证码是用来检查因恶意或有目的等而致使消息发生变化的技术。5哈希（Hash）函数的简介也称散列函数、杂凑函数等，是一种单向密码体制，即它是一个从明文到密文的不可逆映射，即只有加密过程，不存在解密过程。同时，Hash函数可以将“任意”长度的输入经过变换以后得到固定长度的输出。Hash函数的这种单向特征和输出数据长度固定的特征使

3、得它可以生成消息或数据块的“数据指纹”(也称消息摘要或散列值)，因此在数据完整性和数字签名等领域有广泛的应用的，哈希函数在现代密码学中起着重要作用。6哈希函数的表示对不同长度的输入消息，产生固定长度的输出。这个固定长度的输出称为原输入消息的“散列”或“消息摘要”(MessageDigest)。公式表示形式：h=H(M)M：任意长度的消息H：哈希(Hash)函数或杂凑函数或散列函数h：固定长度的哈希值7哈希算法的性质(特点)输入：消息，任意有限长度。输出：哈希值，固定长度。容易计算：对干任意给定的消息，容易计算其哈希值。单向性：对于给定的哈希值h，要找到M使得H

4、(M)＝h在计算上是不可行的。8哈希算法的性质(安全性)抗弱碰撞性：对于给定的消息M，要发现另一个消息M，12满足H(M)＝H(M)在计算上是不可行的。12抗强碰撞性：找任意一对不同的消息MM，使H(M)＝1，21H(M)在计算上是不可行的。2雪崩效应：当一个输入位发生变化时，输出位将有一半会发生变化。9哈希函数的一般结构输入分组输入分组的长度分组数M0M1ML-1bbbnnfnfnnf„IV=CV0CV1CVL-1初始值链接变量压缩函数哈希值长度10哈希函数的核心技术设计无碰撞的压缩函数f，而攻击者对算法的攻击重点是压缩函数f的内部结构，由于压缩函数f和分组

5、密码一样是由若干轮处理过程组成，所以对压缩函数f的攻击需通过对各轮之间的位模式的分析来进行，分析过程常常需要先找出压缩函数f的碰撞。由于是压缩函数，其碰撞是不可避免的。因此，在设计压缩函数f时就应保证找出其碰撞在计算上是不可行的。常用的散列函数：MD5；SHA系列；11SHA的简介美国国家标准技术研究所NIST于1993年开发的另一个散列算法称为SHA。两年之后，这个算法被修改为了今天广泛使用的形式。修改后的版本是SHA-1，是数字签名标准中要求使用的算法。SHA接受任何有限长度的输入消息，并产生长度为160比特的Hash值（MD5仅仅生成128位的摘要），因

6、此抗穷举性更好。SHA-1设计时基于和MD4相同原理，它有5个参与运算的32位寄存器字，消息分组和填充方式与MD5相同，主循环也同样是4轮，但每轮进行20次操作，非线性运算、移位和加法运算也与MD5类似，但非线性函数、加法常数和循环左移操作的设计有一些区别。12SHA-1的结构消息Ｍ填充使分组恰好512位M„1M2Mt初哈始ff„f希值值13SHA-1哈希值的生成过程L512bits填充(0to511bits)Nbits消息100…0消息长度L(mod264)512bits512bits512bits512bitsM0M1„Mi„ML-15125125125

7、12160160160160160IVHSHA-1H„HSHA-1„HSHA-1SHA-1CV1CViCVL-1哈希值14SHA-1对单个512位分组的处理过程Mh(160比特)512比特i-1i初始值：A=0x67452301ABCDEB=0xefcdab89f1,Kt,W[0…19]20步C=0x98badcfeD=0x10325476ABCDEE=0xc3d2e1f0f,K,W[20…39]20步2tABCDEf,K,W[40…59]20步3tABCDEf,K,W[60…79]20步4t+++++模232加h(160比特)i15SHA-1生成字W的方法t

8、W=S1(W+W+W+W)(t=16,