Protección de la integridad y la seguridad de los datos: desmitificación del funcionamiento y los límites de la función hash SHA-1
Una de las funciones hash más utilizadas en la criptografía contemporánea es SHA-1 (Secure Hash Algorithm 1), que fue diseñada por la Agencia de Seguridad Nacional de EE. UU. (NSA). En este blog, profundizaremos en cómo funciona la función hash SHA-1, dónde se puede usar y cuáles son sus limitaciones.
introducción
La transmisión y el almacenamiento de datos en redes informáticas es un requisito común, y las funciones hash desempeñan un papel importante para garantizar la integridad y la seguridad de los datos. La función hash SHA-1 es uno de los algoritmos más utilizados. Es capaz de convertir datos de entrada de longitud arbitraria en un hash de longitud fija, normalmente de 160 bits (20 bytes). Esto hace que SHA-1 sea ideal para verificar la integridad de los datos.
Cómo funciona la función hash SHA-1
El trabajo de la función hash SHA-1 se puede dividir en los siguientes pasos:
1. Rellenar datos sin procesar
Los datos de entrada para el procesamiento SHA-1 pueden ser un flujo de bits de longitud arbitraria. Para garantizar que la longitud de los datos de entrada no sea fija, SHA-1 primero rellena algunos bits al final de los datos de entrada para garantizar que el número total de bits pueda ser divisible por 512.
2. Agrupación de datos
Los datos rellenados se dividen en varios bloques de mensajes de 512 bits (64 bytes). Cada bloque de mensajes se divide en 16 subbloques de 32 bits (4 bytes).
3. Inicializar variables
SHA-1 utiliza cinco variables de 32 bits (A, B, C, D, E) como caché para resultados intermedios. Estas variables se inicializan antes de que se procese cada bloque de mensajes.
4. Procesamiento de bloques de mensajes
Para cada bloque de mensajes, SHA-1 realiza una serie de operaciones para actualizar los resultados intermedios. Específicamente, cada subbloque de 32 bits participará secuencialmente en operaciones cíclicas en SHA-1, y estas operaciones cíclicas incluyen operaciones de bits, operaciones lógicas y funciones matemáticas básicas.
5. Salida del resultado
Después del procesamiento, el resultado del procesamiento del último bloque de mensajes se convierte en la salida de SHA-1, que es un valor hash de 160 bits.
Escenarios de aplicación de SHA-1
1. Verificación de integridad de datos
Dado que SHA-1 tiene una baja probabilidad de colisión, se usa ampliamente para verificar la integridad de los datos. El remitente puede calcular el valor hash SHA-1 de los datos que se van a transmitir y adjuntarlo a los datos. Después de recibir los datos, el receptor puede volver a calcular el valor hash SHA-1 de los datos y luego compararlo con el valor hash recibido para verificar si los datos se han modificado o dañado durante la transmisión.
2. Firma digital
SHA-1 también se puede utilizar para generar firmas digitales. Las firmas digitales son una técnica utilizada para verificar el origen y la integridad de los datos. El remitente encripta el hash SHA-1 de los datos con la clave privada, genera una firma y la agrega a los datos. El destinatario puede usar la clave pública del remitente para descifrar la firma y volver a calcular el hash de los datos, que luego se comparan para verificar la integridad de los datos y la autenticidad de su origen.
Limitaciones de SHA-1
Aunque SHA-1 se usa ampliamente en muchas aplicaciones, con el tiempo han surgido gradualmente algunos riesgos de seguridad, por lo que ya no se recomienda en algunos escenarios específicos. Las principales limitaciones de SHA-1 incluyen las siguientes:
1. Riesgo de colisión
En los últimos años, los ataques de colisión contra SHA-1 han madurado gradualmente. Un ataque de colisión es cuando se encuentran dos entradas que son diferentes, de modo que sus hashes SHA-1 son iguales. Debido a la longitud de salida relativamente corta de SHA-1 (160 bits), esto conduce a una probabilidad de colisiones progresivamente mayor. Por lo tanto, en algunas aplicaciones que son sensibles a los riesgos de colisión, como las autoridades de certificación digital o las autoridades de firma de código, ya no se usa SHA-1.
2. Velocidad de cálculo
SHA-1 puede no ser lo suficientemente rápido en algunos casos. Dado que SHA-1 es un algoritmo más antiguo, su cálculo es relativamente lento, especialmente cuando se trata de grandes cantidades de datos. Esto puede ser un problema para las aplicaciones que requieren hashing frecuente, por lo que algunos campos se han movido a funciones hash más rápidas.
3. Espacio de teclas
SHA-1 tiene un espacio de claves relativamente pequeño de 160 bits. A medida que avanza la tecnología informática, el riesgo de encontrar una entrada con un hash específico a través de la enumeración (fuerza bruta) aumenta un poco. Por lo tanto, las funciones hash más largas pueden ser más apropiadas en escenarios donde se requiere seguridad clave.
en conclusión
Como función hash común, SHA-1 se usa ampliamente en muchos campos. Desempeña un papel importante en la verificación de la integridad de los datos y la firma digital. Sin embargo, debido a las limitaciones del riesgo de colisión, la velocidad de cálculo y el espacio de claves, SHA-1 ya no se recomienda en algunos escenarios especiales. Con el desarrollo de la criptografía, están surgiendo funciones hash más seguras y eficientes, y podemos elegir el algoritmo adecuado según las necesidades reales para proteger la seguridad y la integridad de los datos.