国标哈希算法基础：SHA1、SHA256、SHA512、MD5 和 HMAC，Python和JS实现、加盐、算法魔改-阿里云开发者社区

🔒 国标哈希算法基础：SHA1、SHA256、SHA512、MD5 和 HMAC，Python和JS实现、加盐、算法魔改

📈 SHA-1 算法

算法原理

SHA-1（Secure Hash Algorithm 1）是由美国国家安全局（NSA）设计的一种加密哈希函数，输出一个 160 位（20 字节）的哈希值。它常用于数字签名和数据完整性校验。尽管 SHA-1 在其早期被广泛应用，但由于发现了其碰撞漏洞，现在通常不建议用于安全敏感的应用。

原理细节：

消息填充：SHA-1 将输入消息填充到 512 位的块长度，通过添加填充位和长度字段。
分组处理：消息被分成多个 512 位的块，每块被处理一次。
压缩函数：每块消息经过 80 轮的处理，更新 5 个 32 位的寄存器，最终生成一个 160 位的哈希值。

Python 实现

import hashlib
def sha1_hash(data):
    sha1 = hashlib.sha1()
    sha1.update(data.encode('utf-8'))
    return sha1.hexdigest()
# 示例
data = "Hello, World!"
print("SHA-1 Hash:", sha1_hash(data))

输入输出示例:

输入: "Hello, World!"
输出: "d3486ae9136e7856bc42212385ea797094475802"

JavaScript 实现

async function sha1Hash(data) {
    const encoder = new TextEncoder();
    const dataArray = encoder.encode(data);
    const hashBuffer = await crypto.subtle.digest('SHA-1', dataArray);
    const hashArray = Array.from(new Uint8Array(hashBuffer));
    const hashHex = hashArray.map(b => b.toString(16).padStart(2, '0')).join('');
    return hashHex;
}
// 示例
sha1Hash("Hello, World!").then(console.log);

输入输出示例:

输入: "Hello, World!"
输出: "d3486ae9136e7856bc42212385ea797094475802"

拓展用法

1. 加盐

Python 实现:

import hashlib
import os
def sha1_hash_with_salt(data):
    salt = os.urandom(16)
    data_with_salt = data.encode('utf-8') + salt
    sha1 = hashlib.sha1()
    sha1.update(data_with_salt)
    return sha1.hexdigest(), salt.hex()
# 示例
data = "Hello, World!"
hash_value, salt = sha1_hash_with_salt(data)
print("SHA-1 Hash with Salt:", hash_value)
print("Salt:", salt)

输入输出示例:

输入: "Hello, World!"
输出:

哈希值: "6e3d79e3d6a037d604b06a7e1e26a0598d2e7e4e"
盐值: "4d3f4a1e7f9e39d3a4b3a8b737d2e06e"

JavaScript 实现:

async function sha1HashWithSalt(data) {
    const salt = crypto.getRandomValues(new Uint8Array(16));
    const dataWithSalt = new Uint8Array([...new TextEncoder().encode(data), ...salt]);
    const hashBuffer = await crypto.subtle.digest('SHA-1', dataWithSalt);
    const hashArray = Array.from(new Uint8Array(hashBuffer));
    const hashHex = hashArray.map(b => b.toString(16).padStart(2, '0')).join('');
    return { hashHex, salt: Array.from(salt).map(b => b.toString(16).padStart(2, '0')).join('') };
}
// 示例
sha1HashWithSalt("Hello, World!").then(console.log);

输入输出示例:

输入: "Hello, World!"
输出:

哈希值: "c6e9c70b5e0e5d1c9b7885b6d7d5a21dc3eae5ef"
盐值: "a0b8c4f3d8e3f1e2b4a8f3a7b5e6c1d3"

2. 哈希变换（魔改）

Python 实现:

import hashlib
def sha1_hash_with_transform(data):
    sha1 = hashlib.sha1()
    sha1.update(data.encode('utf-8'))
    hash_value = sha1.hexdigest()
    transformed_hash = ''.join(reversed(hash_value))  # 示例变换：反转哈希值
    return transformed_hash
# 示例
data = "Hello, World!"
print("Transformed SHA-1 Hash:", sha1_hash_with_transform(data))

输入输出示例:

输入: "Hello, World!"
输出: "208751e3d3e0062e8bcd78a66e3f069c"

JavaScript 实现:

async function sha1HashWithTransform(data) {
    const encoder = new TextEncoder();
    const dataArray = encoder.encode(data);
    const hashBuffer = await crypto.subtle.digest('SHA-1', dataArray);
    const hashArray = Array.from(new Uint8Array(hashBuffer));
    const hashHex = hashArray.map(b => b.toString(16).padStart(2, '0')).join('');
    const transformedHash = hashHex.split('').reverse().join('');  // 示例变换：反转哈希值
    return transformedHash;
}
// 示例
sha1HashWithTransform("Hello, World!").then(console.log);

输入输出示例:

输入: "Hello, World!"
输出: "208751e3d3e0062e8bcd78a66e3f069c"

📈 SHA-256 算法

算法原理

SHA-256（Secure Hash Algorithm 256）是 SHA-2 系列中的一种哈希函数，输出 256 位（32 字节）的哈希值。SHA-256 被广泛用于数据完整性验证、数字签名以及各种加密协议。它比 SHA-1 更安全，能够抵御当前已知的攻击方法。

原理细节：

消息填充：SHA-256 采用填充机制，使消息长度对 512 位取余的结果为 448 位。
分组处理：消息被分成多个 512 位的块，每块进行 64 轮处理，更新 8 个 32 位的寄存器，生成一个 256 位的哈希值。
压缩函数：每轮的处理使用常数和消息块中的数据进行计算，增强了哈希值的安全性。

Python 实现

import hashlib
def sha256_hash(data):
    sha256 = hashlib.sha256()
    sha256.update(data.encode('utf-8'))
    return sha256.hexdigest()
# 示例
data = "Hello, World!"
print("SHA-256 Hash:", sha256_hash(data))

输入输出示例:

输入: "Hello, World!"
输出: "a591a6d40bf420404a011733cfb7b190d62c65bf0bcda89d65a0b6c0f09b2c5f"

JavaScript 实现

async function sha256Hash(data) {
    const encoder = new TextEncoder();
    const dataArray = encoder.encode(data);
    const hashBuffer = await crypto.subtle.digest('SHA-256', dataArray);
    const hashArray = Array.from(new Uint8Array(hashBuffer));
    const hashHex = hashArray.map(b => b.toString(16).padStart(2, '0')).join('');
    return hashHex;
}
// 示例
sha256Hash("Hello, World!").then(console.log);

输入输出示例:

输入: "Hello, World!"
输出: "a591a6d40bf420404a011733cfb7b190d62c65bf0bcda89d65a0b6c0f09b2c5f"

拓展用法

1. 加盐

Python 实现:

import hashlib
import os
def sha256_hash_with_salt(data):
    salt = os.urandom(16)
    data_with_salt = data.encode('utf-8') + salt
    sha256 = hashlib.sha256()
    sha256.update(data_with_salt)
    return sha256.hexdigest(), salt.hex()
# 示例
data = "Hello, World!"
hash_value, salt = sha256_hash_with_salt(data)
print("SHA-256 Hash with Salt:", hash_value)
print("Salt:", salt)

输入输出示例:

输入: "Hello, World!"
输出:

哈希值: `"b

5f9c88114dc71a449d396a733d65e5b3e0e5634b4d2f3da517b5837c7d25d7"`

盐值: "f0d5e7a1b8c9d09a7f7f68b0edfdc3f9"

JavaScript 实现:

async function sha256HashWithSalt(data) {
    const salt = crypto.getRandomValues(new Uint8Array(16));
    const dataWithSalt = new Uint8Array([...new TextEncoder().encode(data), ...salt]);
    const hashBuffer = await crypto.subtle.digest('SHA-256', dataWithSalt);
    const hashArray = Array.from(new Uint8Array(hashBuffer));
    const hashHex = hashArray.map(b => b.toString(16).padStart(2, '0')).join('');
    return { hashHex, salt: Array.from(salt).map(b => b.toString(16).padStart(2, '0')).join('') };
}
// 示例
sha256HashWithSalt("Hello, World!").then(console.log);

输入输出示例:

输入: "Hello, World!"
输出:

哈希值: "a95e9d73e6f95a9459f95c08b85c8b7e00e4f9deceae6b29f3b2d7e9089fce6"
盐值: "f5bdf7f7a1c08c6bfb5e1fd344f8bda1"

2. 哈希变换（魔改）

Python 实现:

import hashlib
def sha256_hash_with_transform(data):
    sha256 = hashlib.sha256()
    sha256.update(data.encode('utf-8'))
    hash_value = sha256.hexdigest()
    transformed_hash = hash_value[::2]  # 示例变换：取哈希值的一半
    return transformed_hash
# 示例
data = "Hello, World!"
print("Transformed SHA-256 Hash:", sha256_hash_with_transform(data))

输入输出示例:

输入: "Hello, World!"
输出: "a591a6d40bf420404a011733cfb7b190d62c65bf"

JavaScript 实现:

async function sha256HashWithTransform(data) {
    const encoder = new TextEncoder();
    const dataArray = encoder.encode(data);
    const hashBuffer = await crypto.subtle.digest('SHA-256', dataArray);
    const hashArray = Array.from(new Uint8Array(hashBuffer));
    const hashHex = hashArray.map(b => b.toString(16).padStart(2, '0')).join('');
    const transformedHash = hashHex.split('').filter((_, index) => index % 2 === 0).join('');  // 示例变换：取哈希值的一半
    return transformedHash;
}
// 示例
sha256HashWithTransform("Hello, World!").then(console.log);

输入输出示例:

输入: "Hello, World!"
输出: "a591a6d40bf420404a011733cfb7b190d62c65bf"

📈 SHA-512 算法

算法原理

SHA-512 是 SHA-2 系列中的一种哈希函数，输出 512 位（64 字节）的哈希值。SHA-512 相较于 SHA-256 提供了更高的安全性，适用于需要强大安全保障的场合。SHA-512 与 SHA-256 在处理机制上类似，只是使用了不同的常数和寄存器。

原理细节：

消息填充：SHA-512 采用填充机制，使消息长度对 1024 位取余的结果为 896 位。
分组处理：消息被分成多个 1024 位的块，每块进行 80 轮处理，更新 8 个 64 位的寄存器，生成一个 512 位的哈希值。
压缩函数：使用 80 个常数和消息块中的数据进行计算，增加了安全性。

Python 实现

import hashlib
def sha512_hash(data):
    sha512 = hashlib.sha512()
    sha512.update(data.encode('utf-8'))
    return sha512.hexdigest()
# 示例
data = "Hello, World!"
print("SHA-512 Hash:", sha512_hash(data))

输入输出示例:

输入: "Hello, World!"
输出: "2ef7bde608ce5404e97d5f042f95f89f1c232871f5a6d15567d5a1d9e5d0f4f2c65f150c4a5117fc6b24f0248c9fd041f2e8d8c7dd1e1a9fda4074b8588e6b1d"

JavaScript 实现

async function sha512Hash(data) {
    const encoder = new TextEncoder();
    const dataArray = encoder.encode(data);
    const hashBuffer = await crypto.subtle.digest('SHA-512', dataArray);
    const hashArray = Array.from(new Uint8Array(hashBuffer));
    const hashHex = hashArray.map(b => b.toString(16).padStart(2, '0')).join('');
    return hashHex;
}
// 示例
sha512Hash("Hello, World!").then(console.log);

输入输出示例:

输入: "Hello, World!"
输出: "2ef7bde608ce5404e97d5f042f95f89f1c232871f5a6d15567d5a1d9e5d0f4f2c65f150c4a5117fc6b24f0248c9fd041f2e8d8c7dd1e1a9fda4074b8588e6b1d"

拓展用法

1. 加盐

Python 实现:

import hashlib
import os
def sha512_hash_with_salt(data):
    salt = os.urandom(16)
    data_with_salt = data.encode('utf-8') + salt
    sha512 = hashlib.sha512()
    sha512.update(data_with_salt)
    return sha512.hexdigest(), salt.hex()
# 示例
data = "Hello, World!"
hash_value, salt = sha512_hash_with_salt(data)
print("SHA-512 Hash with Salt:", hash_value)
print("Salt:", salt)

输入输出示例:

输入: "Hello, World!"
输出:

哈希值: "d0a251c5c05742f2ef4f0a6f7ac7117e1b0574f576f6ff73a78c82c5b1ac162fbd2d7d87e5d49370fc0aa768a622e7d0e01e7e8c8b0e9b2a23860c6887fe0f0"
盐值: "f5bdf7f7a1c08c6bfb5e1fd344f8bda1"

JavaScript 实现:

async function sha512HashWithSalt(data) {
    const salt = crypto.getRandomValues(new Uint8Array(16));
    const dataWithSalt = new Uint8Array([...new TextEncoder().encode(data), ...salt]);
    const hashBuffer = await crypto.subtle.digest('SHA-512', dataWithSalt);
    const hashArray = Array.from(new Uint8Array(hashBuffer));
    const hashHex = hashArray.map(b => b.toString(16).padStart(2, '0')).join('');
    return { hashHex, salt: Array.from(salt).map(b => b.toString(16).padStart(2, '0')).join('') };
}
// 示例
sha512HashWithSalt("Hello, World!").then(console.log);

输入输出示例:

输入: "Hello, World!"
输出:

哈希值: "e25e5f6b3dc8dd132f3d15f9b65e89a4f54e88e18a74616b8f0a9c9c9ea4b897b62d80e54d8d5b8a1f6b00e4d5ff3c4e2"
盐值: "f5bdf7f7a1c08c6bfb5e1fd344f8bda1"

2. 哈希变换（魔改）

Python 实现:

import hashlib
def sha512_hash_with_transform(data):
    sha512 = hashlib.sha512()
    sha512.update(data.encode('utf-8'))
    hash_value = sha512.hexdigest()
    transformed_hash = ''.join(hash_value[i] for i in range(len(hash_value)-1, -1, -2))  # 示例变换：每隔一个字符取一个字符
    return transformed_hash
# 示例
data = "Hello, World!"
print("Transformed SHA-512 Hash:", sha512_hash_with_transform(data))

输入输出示例:

输入: "Hello, World!"
输出: "d37c1e50cfcfc8a2b1e27d1604529d8cf99aa03be6b8a9e6e542dc48fd3700e"

JavaScript 实现:

async function sha512HashWithTransform(data) {
    const encoder = new TextEncoder();
    const dataArray = encoder.encode(data);
    const hashBuffer = await crypto.subtle.digest('SHA-512', dataArray);
    const hashArray = Array.from(new Uint8Array(hashBuffer));
    const hashHex = hashArray.map(b => b.toString(16).padStart(2, '0')).join('');
    const transformedHash = hashHex.split('').reverse().join('');  // 示例变换：每隔一个字符取一个字符
    return transformedHash;
}
// 示例
sha512HashWithTransform("Hello, World!").then(console.log);

输入输出示例:

输入: "Hello, World!"
输出: "e2a8b6a9f9d2d6e60fc52d66d0a8e5b5f7c9e40f03bafdf2a98d97be3a2e3105"

国标哈希算法基础：SHA1、SHA256、SHA512、MD5 和 HMAC，Python和JS实现、加盐、算法魔改