1.SHA算法概述
SHA（Secure Hash Algorithm安全散列算法）是一个密码散列函数的家族，是FIPS（联邦信息处理标准 Federal Information Processing Standards）
所认证的安全散列算法。能计算出一个数字消息所对应到的，长度固定的字符串（又称消息摘要）的算法。
一个n位的哈希函数就是一个从任意长的消息到n位哈希值的映射，一个n位的加密哈希函数就是一个单向的、避免碰撞的n位哈希函数。这样的函数是目前在数字签名和密码保护当中极为重要的手段。
当前比较流行的哈希函数主要有128位的MD4和MD5和160位（20字节）的SHA-1，今天介绍的SHA-2族有着更多位的输出哈希值，破解难度更大，能够提高更高的安全性。
SHA-2，名称来自于安全散列算法2（英语：Secure Hash Algorithm 2）的缩写，一种密码散列函数算法标准，由美国国家安全局研发，由美国国家标准与技术研究院（NIST）在2001年发布。属于SHA算法之一，是SHA-1的后继者。其下又可再分为六个不同的算法标准，包括了：SHA-224、SHA-256、SHA-384、SHA-512、SHA-512/224、SHA-512/256。
这些变体除了生成摘要的长度 、循环运行的次数等一些微小差异外，算法的基本结构是一致的。
2.SHA256算法简介
说到SHA256，其字面意思便是，对于任意长度的消息，SHA256都会产生一个256位的哈希值，称作消息摘要。这个摘要相当于是个长度为32个字节的数组，共256位，通常由一个长度为64的十六进制字符串来表示，其中1个字节=8位，一个十六进制的字符的长度为4位。
SHA256对消息做Hash摘要，如下实例：
1122334455667788 //消息
该消息经过哈希函数SHA256得到的消息摘要为：
1DCE6604591EFB439D5E87418A1D00DBFD014327D8C4DEA862815714B76AE9A5 //Hash值
这里原来的8字节消息“1122334455667788”经SHA256算法运算后得到一个32字节的消息摘要，且对消息做细小的改变，生成的Hash都会发生巨大改变，跟原先的值完全不同，如下：
0122334455667788 //消息
2B85738907AB2C4C39DFFFDD5328A694F4DF04B75E6F482F832279C6BBFE8530 //Hash值
仅仅变换了一位的值，Hash值发生了巨大的改变。
3.SHA256算法原理细述
为了更好的理解SHA256的原理，这里首先将算法中可以单独抽出的模块，包括常量的初始化、信息预处理、使用到的逻辑运算分别进行介绍，甩开这些理解上的障碍后，一起来探索SHA256算法的主体部分，即消息摘要是如何计算的。
3.1常量初始化
SHA256算法中用到了8个哈希初值以及64个哈希常量，64个哈希常量参与到后面的哈希值计算。
SHA256算法的8个哈希初值为：
H1 := 0x6a09e667
H2 := 0xbb67ae85
H3 := 0x3c6ef372
H4 := 0xa54ff53a
H5 := 0x510e527f
H6 := 0x9b05688c
H7 := 0x1f83d9ab
H8 := 0x5be0cd19
初始哈希值H(1-8)取自自然数中前面8个质数(2,3,5,7,11,13,17,19)的平方根的小数部分, 并且取前面的32位. 下面举个例子: [公式]小数部分约为0.414213562373095048, 而其中
在这里插入图片描述
于是, 质数2的平方根的小数部分取前32位就对应0x6a09e667。以此类推可得8个初始哈希值。
SHA256算法的64个哈希常量为：
0x428a2f98,0x71374491,0xb5c0fbcf,0xe9b5dba5,0x3956c25b,0x59f111f1,0x923f82a4,0xab1c5ed5,
0xd807aa98,0x12835b01,0x243185be,0x550c7dc3,0x72be5d74,0x80deb1fe,0x9bdc06a7,0xc19bf174,
0xe49b69c1,0xefbe4786,0x0fc19dc6,0x240ca1cc,0x2de92c6f,0x4a7484aa,0x5cb0a9dc,0x76f988da,
0x983e5152,0xa831c66d,0xb00327c8,0xbf597fc7,0xc6e00bf3,0xd5a79147,0x06ca6351,0x14292967,
0x27b70a85,0x2e1b2138,0x4d2c6dfc,0x53380d13,0x650a7354,0x766a0abb,0x81c2c92e,0x92722c85,
0xa2bfe8a1,0xa81a664b,0xc24b8b70,0xc76c51a3,0xd192e819,0xd6990624,0xf40e3585,0x106aa070,
0x19a4c116,0x1e376c08,0x2748774c,0x34b0bcb5,0x391c0cb3,0x4ed8aa4a,0x5b9cca4f,0x682e6ff3,
0x748f82ee,0x78a5636f,0x84c87814,0x8cc70208,0x90befffa,0xa4506ceb,0xbef9a3f7,0xc67178f2
与8个初始哈希值获取的方式类似，64个哈希常量取自自然数中前面64个质数(2,3,5,7,11,13,17,19,23,29,31,37,41,43,47,53,59,61,67,71,73,79,83,89,97…)的立方根的小数部分, 并且取前面的32位。
3.2信息预处理
SHA256算法中的预处理就是在想要Hash的消息后面补充需要的信息，使整个消息满足指定的结构。
信息的预处理分为两个步骤：附加填充比特和附加长度
STEP1：附加填充比特
在报文末尾进行填充，使报文长度在对512取模以后的余数是448
填充是这样进行的：先补第一个比特为1，然后都补0，直到长度满足对512取模后余数是448。
需要注意的是，信息必须进行填充，也就是说，即使长度已经满足对512取模后余数是448，补位也必须要进行，这时要填充512个比特。
因此，填充是至少补一位，最多补512位。
**例：**以信息“abc”为例显示补位的过程。
a,b,c对应的ASCII码分别是97,98,99
于是原始信息的二进制编码为：01100001 01100010 01100011
补位第一步，首先补一个“1” ： 0110000101100010 01100011 1
补位第二步,补423个“0”：01100001 01100010 01100011 10000000 00000000 … 00000000
补位完成后的数据如下（使用16进制表示）：
61626380 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000
为什么是448?
因为在第一步的预处理后，第二步会再附加上一个64bit的数据，用来表示原始报文的长度信息。而448+64=512，正好拼成了一个完整的结构。
STEP2：附加长度值
附加长度值就是将原始数据（第一步填充前的消息）的长度信息补到已经进行了填充操作的消息后面。
SHA256用一个64位的数据来表示原始消息的长度。
因此，通过SHA256计算的消息长度必须要小于，当然绝大多数情况这足够大了。
长度信息的编码方式为64-bit big-endian integer
关于Big endian的含义，文末给出了补充
回到刚刚的例子，消息“abc”，3个字符，占用24个bit
因此，在进行了补长度的操作以后，整个消息就变成下面这样了（16进制格式）
61626380 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000018
