详解SHA2-256

SHA256简介

SHA-256（Secure Hash Algorithm 256）是SHA-2家族中的一种密码散列函数,它生成256位（32字节）的哈希值，广泛应用于数据完整性验证、数字签名、区块链（如比特币）等场景，相较于SHA-1，SHA-256具有更高的安全性和抗碰撞能力。

消息预处理

数据填充

把输入数据填充到64字节（512位）的倍数（最少填充9个字节，最多填充64+8个字节）。

填充方式：

• 在原始数据的后面填充0x80
• 填充N个0
• 使用大端序在最后8个字节填充输入数据的bit长度

分块

将填充后的数据分割为多个512位（64字节）的块，每个块包含16个32位字子块。

初始化哈希值

SHA-256的初始哈希值（H₀-H₇）由前8个素数的平方根的小数部分前32位构成：

H0 = 0x6a09e667
H1 = 0xbb67ae85
H2 = 0x3c6ef372
H3 = 0xa54ff53a
H4 = 0x510e527f
H5 = 0x9b05688c
H6 = 0x1f83d9ab
H7 = 0x5be0cd19

处理每个512位块

每个块经过64轮循环操作，更新哈希值：

消息扩展

将16个初始字扩展为64个字（W[0]-W[63]）：

For t = 16 to 63:
    W[t] = σ₁(W[t-2]) + W[t-7] + σ₀(W[t-15]) + W[t-16]
    
σ₀(x) = (x >> 7) ^ (x >> 18) ^ (x >> 3)
σ₁(x) = (x >> 17) ^ (x >> 19) ^ (x >> 10)

初始化变量

a = H0
b = H1
c = H2
d = H3
e = H4
f = H5
g = H6
h = H7

主循环（64轮运算）

逻辑函数

Ch(e, f, g) = (e & f) ^ (~e & g)
Maj(a, b, c) = (a & b) ^ (a & c) ^ (b & c)
Σ₀(x) = (x >> 2) ^ (x >> 13) ^ (x >> 22)
Σ₁(x) = (x >> 6) ^ (x >> 11) ^ (x >> 25)

轮常数K[t]

由前64个素数的立方根小数部分前32位生成（例如 K[0] = 0x428a2f98，K[63] = 0xc67178f2）。

计算（对 t = 0 到 63）：

T1 = h + Σ₁(e) + Ch(e, f, g) + K[t] + W[t]
T2 = Σ₀(a) + Maj(a, b, c)
h = g
g = f
f = e
e = d + T1
d = c
c = b
b = a
a = T1 + T2

更新哈希值

H0 = (H0 + a) & 0xFFFFFFFF
H1 = (H1 + b) & 0xFFFFFFFF
H2 = (H2 + c) & 0xFFFFFFFF
H3 = (H3 + d) & 0xFFFFFFFF
H4 = (H4 + e) & 0xFFFFFFFF
H5 = (H5 + f) & 0xFFFFFFFF
H6 = (H6 + g) & 0xFFFFFFFF
H7 = (H7 + h) & 0xFFFFFFFF

生成最终哈希值

将所有块处理完毕后，将 H0 到 H7 按 大端序 拼接为256位（32字节）结果，转换为64位十六进制字符串。