Все криптовалюты для алгоритма sha 256. Расшифровка Sha256 и особенности майнинга

, "Secure Hash Standard (SHS)", U.S. Department of Commerce, март 2012

Термины:
FIPS Federal Information Processing Standard (Федеральный стандарт обработки информации).
SHA Secure Hash Algorithm (алгоритм стойкого хэширования).
Слово – беззнаковая переменная длиной 32 бита (4 байта), либо 64 бита (8 байт), зависит от выбранного SHA-алгоритма.

SECURE HASH STANDARD (семейство криптографических функций SHA-1 и SHA-2)

Семейство криптографических функций SHA делят на два подмножества: непосредственно алгоритм SHA-1 (опубликован в 1995 году – FIPS PUB 180-1) и ряд алгоритмов под общим названием SHA-2 (опубликован в 2002 году – FIPS PUB 180-2, обновлен в 2008 году - FIPS PUB 180-3): SHA-224 , SHA-256 , SHA-384 , SHA-512 ; в 2012 году в FIPS PUB 180-4 добавлены алгоритмы SHA-512/224 и SHA-512/256 . Мы рассмотрим стандарт FIPS PUB 180-4, объединяющий все семейство хэш-функций SHA-1 и SHA-2.

Этот стандарт определяет следующие хэш-алгоритмы: SHA-1 , SHA-224 , SHA-256 , SHA-384 , SHA-512 , SHA-512/224 и SHA-512/256 , вычисляющие сжатое представление цифровых данных (сообщений). Если на вход хэш-алгоритма подать сообщение любой длины, но меньшее, чем 2 64 бит (для SHA-1 , SHA-224 и SHA-256 ) или меньше, чем 2 128 бита (для SHA-384 , SHA-512 , SHA-512/224 и SHA-512/256 ), то результатом будут данные, называемые дайджестом или хэш-значением сообщения . Размер хэш-значения сообщения лежит в диапазоне от 160 до 512 бит (или от 20 до 64 байт), зависит от выбранного алгоритма. SHA алгоритмы обычно используются совместно с другими криптографическими алгоритмами, например, с алгоритмами цифровой подписи или при хешировании с ключом для аутентификации сообщений (HMAC), или при создании случайных чисел (бит).

Хэш-алгоритмы, указанные в этом стандарте называются безопасными потому, что по заданному алгоритму невозможно вычислить следующее: 1) восстановить сообщение по конкретному дайджесту сообщения, или 2) найти два различных сообщения, у которых один и тот же дайджест сообщения (найти коллизию). Любые изменения в сообщении, с очень высокой вероятностью, приводят к различным хэш-значениям. Это свойство полезно при создании и проверке цифровых подписей, при аутентификации сообщений, при создании случайных чисел.

Каждый алгоритм состоит из двух этапов: предварительная обработка и вычисление хэша . Предварительная обработка включает в себя дополнение сообщения , разбиение дополненного сообщения на M -битные блоки , и установка инициализирующих значений , используемые при вычислении хэша. Вычисление хэша проходит итерационно, обрабатывая каждый M -битный блок дополненного сообщения, и использует функции, константы и операции над словами, чтобы получить хэш-значение. Результатом работы процедуры вычисление хэша является дайджест сообщения.

Алгоритмы различаются по размеру блоков и слов хэшируемых данных и хэш-значений – см. таблицу 1.

Функции

SHA-1 использует последовательность нелинейных функций f 0 , f 1 ,…, f 79 . Каждая функция f t , где 0 ≤ t < 79 , оперирует тремя 32-битными переменными: x , y , и z , в результате возвращая одно 32-битное слово. В алгоритме SHA-1 используется следующий набор нелинейных функций f t (x, y, z) :
00 ≤ t ≤ 19 Ch(x, y, z)
20 ≤ t ≤ 39 Parity(x, y, z) = x XOR y XOR z
40 ≤ t ≤ 59 Maj(x, y, z)
60 ≤ t ≤ 79 Parity(x, y, z) = x XOR y XOR z

Булева алгебра.
Обратите внимание, что, например, функцию Ch может выразить по-другому:
z XOR (x AND (y XOR z))
Результат не изменится. В различных реализациях алгоритма такие варианты можно встретить.

SHA-224 и SHA-256 использует шесть нелинейных функций:

Ch(x, y, z) = (x AND y) XOR (NOT x AND z)
Maj(x, y, z) = (x AND y) XOR (x AND z) XOR (y AND z)

Sigma0(x) = ROTR(x, 2) XOR ROTR(x, 13) XOR ROTR(x, 22)
Sigma1(x) = ROTR(x, 6) XOR ROTR(x, 11) XOR ROTR(x, 25)

Delta0(x) = ROTR(x, 7) XOR ROTR(x, 18) XOR SHR(x, 3)
Delta1(x) = ROTR(x, 17) XOR ROTR(x, 19) XOR SHR(x, 10)

n бит:
ROTR(x, n) = (x » n) | (x « (32-n))
SHR - сдвиг вправо на n бит:
SHR(x, n) = x » n

SHA-384, SHA-512, SHA-512/224, SHA-512/384 использует шесть нелинейных функций:

Ch(x, y, z) = (x AND y) XOR (NOT x AND z)
Maj(x, y, z) = (x AND y) XOR (x AND z) XOR (y AND z)

Sigma0(x) = ROTR(x, 28) XOR ROTR(x, 34) XOR ROTR(x, 39)
Sigma1(x) = ROTR(x, 14) XOR ROTR(x, 18) XOR ROTR(x, 41)

Delta0(x) = ROTR(x, 1) XOR ROTR(x, 8) XOR SHR(x, 7)
Delta1(x) = ROTR(x, 19) XOR ROTR(x, 61) XOR SHR(x, 6)

Операции над словами (64-битными).
ROTR - циклический сдвиг вправо на n бит:
ROTR(x, n) = (x » n) | (x « (64-n))
SHR - сдвиг вправо на n бит:
SHR(x, n) = x » n

Константы

Константы K t
00 ≤ t ≤ 19 0x5a827999
20 ≤ t ≤ 39 0x6ed9eba1
40 ≤ t ≤ 59 0x8f1bbcdc
60 ≤ t ≤ 79 0xca62c1d6

(Если вас заинтересовал вопрос, откуда взялись эти числа, то укажем их источник:
0x5A827999 = $\sqrt{2} / 4$ , 0x6ED9EBA1 = $\sqrt{3} / 4$ , 0x8F1BBCDC = $\sqrt{5} / 4$ , 0xCA62C1D6 = $\sqrt{10} / 4$ ; все умножено на 2 32).

64 константы (32-битные слова): K 0 , K 1 … K 63 . (Для любознательных: эти константы представляют собой первые 32 бита дробных частей кубических корней первых 64 простых чисел).

K = [
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
]

80 констант (64-битные слова): K 0 , K 1 … K 79 . (Для любознательных: эти константы представляют собой первые 64 бита дробных частей кубических корней первых 80 простых чисел).

K = [
0x428a2f98d728ae22, 0x7137449123ef65cd, 0xb5c0fbcfec4d3b2f, 0xe9b5dba58189dbbc,
0x3956c25bf348b538, 0x59f111f1b605d019, 0x923f82a4af194f9b, 0xab1c5ed5da6d8118,
0xd807aa98a3030242, 0x12835b0145706fbe, 0x243185be4ee4b28c, 0x550c7dc3d5ffb4e2,
0x72be5d74f27b896f, 0x80deb1fe3b1696b1, 0x9bdc06a725c71235, 0xc19bf174cf692694,
0xe49b69c19ef14ad2, 0xefbe4786384f25e3, 0x0fc19dc68b8cd5b5, 0x240ca1cc77ac9c65,
0x2de92c6f592b0275, 0x4a7484aa6ea6e483, 0x5cb0a9dcbd41fbd4, 0x76f988da831153b5,
0x983e5152ee66dfab, 0xa831c66d2db43210, 0xb00327c898fb213f, 0xbf597fc7beef0ee4,
0xc6e00bf33da88fc2, 0xd5a79147930aa725, 0x06ca6351e003826f, 0x142929670a0e6e70,
0x27b70a8546d22ffc, 0x2e1b21385c26c926, 0x4d2c6dfc5ac42aed, 0x53380d139d95b3df,
0x650a73548baf63de, 0x766a0abb3c77b2a8, 0x81c2c92e47edaee6, 0x92722c851482353b,
0xa2bfe8a14cf10364, 0xa81a664bbc423001, 0xc24b8b70d0f89791, 0xc76c51a30654be30,
0xd192e819d6ef5218, 0xd69906245565a910, 0xf40e35855771202a, 0x106aa07032bbd1b8,
0x19a4c116b8d2d0c8, 0x1e376c085141ab53, 0x2748774cdf8eeb99, 0x34b0bcb5e19b48a8,
0x391c0cb3c5c95a63, 0x4ed8aa4ae3418acb, 0x5b9cca4f7763e373, 0x682e6ff3d6b2b8a3,
0x748f82ee5defb2fc, 0x78a5636f43172f60, 0x84c87814a1f0ab72, 0x8cc702081a6439ec,
0x90befffa23631e28, 0xa4506cebde82bde9, 0xbef9a3f7b2c67915, 0xc67178f2e372532b,
0xca273eceea26619c, 0xd186b8c721c0c207, 0xeada7dd6cde0eb1e, 0xf57d4f7fee6ed178,
0x06f067aa72176fba, 0x0a637dc5a2c898a6, 0x113f9804bef90dae, 0x1b710b35131c471b,
0x28db77f523047d84, 0x32caab7b40c72493, 0x3c9ebe0a15c9bebc, 0x431d67c49c100d4c,
0x4cc5d4becb3e42b6, 0x597f299cfc657e2a, 0x5fcb6fab3ad6faec, 0x6c44198c4a475817
]

Предварительная обработка

1. Дополнение сообщения

Цель – сделать сообщение кратным 512 или 1024 бит, зависит от выбранного алгоритма SHA. Дополнение может быть выполнено перед процедурой вычисления хэша, или в ходе выполнения хэша, но до обработки блока(ов), который (ые) будут содержать дополнение.

M равна l «1» k - так, чтобы размер полученного сообщения был на 64 разряда меньше числа, кратного 512 (l+1+k = 448 mod 512 ). Далее, к полученному результату добавляется 64-битовое представление размера l исходного сообщения М «abc» «1» , затем 448 - (24 +1) = 423 бит «0» , и в конце 64-битовое представление размера 24 = 00…011000. В итоге получим 512-битовое сообщение вида:

Предположим, что длина сообщения M равна l бит. Сначала в конец сообщения добавляется «1» , а затем нули - в количестве k - так, чтобы размер полученного сообщения был на 128 разрядов меньше числа, кратного 896 (l+1+k = 896 mod 1024 ). Далее, к полученному результату добавляется 128-битовое представление размера l исходного сообщения М . Например, (ASCII текст) у нас есть сообщение «abc» , длиной 8 * 3 = 24 бита. Добавляем к сообщению «1» , затем 896 - (24 +1) = 871 бит «0» , и в конце 128-битовое представление размера 24 = 00…011000. В итоге получим 1024-битовое сообщение вида:

2. Разбиение дополненного сообщения на M -битные блоки.

N M -битных блоков.

Дополненное сообщение разбивается на N 512 -битовых блоков: M (1) , M (2) … M (N) . Т.к. 512 бит можно выразить как 16 (шестнадцать) 32-битных слов, то первые 32 бита i M 0 (i) , следующие 32 бита M 1 (i) , и так дойдем до M 15 (i) .

Дополненное сообщение разбивается на N 1024 -битовых блоков: M (1) , M (2) … M (N) . Т.к. 512 бит можно выразить как 16 (шестнадцать) 64-битных слов, то первые 64 бита i -го блока сообщения обозначим M 0 (i) , следующие 64 бита M 1 (i) , и так дойдем до M 15 (i) .

3. Установка инициализирующих значений

Перед процедурой вычисления хэша алгоритм устанавливает начальные значения H . Размер и количество слов H зависит от выбранного алгоритма.

Четыре 32-битных слова.
H0 = 0x67452301
H1 = 0xefcdab89
H2 = 0x98badcfe
H3 = 0x10325476
H4 = 0xc3d2e1f0

Восемь 32-битных слова.

0xc1059ed8, 0x367cd507, 0x3070dd17, 0xf70e5939,
0xffc00b31, 0x68581511, 0x64f98fa7, 0xbefa4fa4)

Восемь 32-битных слова.
H0, H1, H2, H3, H4, H5, H6, H7 = (
0x6a09e667, 0xbb67ae85, 0x3c6ef372, 0xa54ff53a,
0x510e527f, 0x9b05688c, 0x1f83d9ab, 0x5be0cd19)

(Для любознательных: эти значения представляют собой первые 32 бита дробных частей квадратного корня простых чисел – порядковые номера чисел: первые 8).

Восемь 64-битных слова.
H0, H1, H2, H3, H4, H5, H6, H7 = (
0xcbbb9d5dc1059ed8, 0x629a292a367cd507, 0x9159015a3070dd17,
0x152fecd8f70e5939, 0x67332667ffc00b31, 0x8eb44a8768581511,
0xdb0c2e0d64f98fa7, 0x47b5481dbefa4fa4)

(Для любознательных: эти значения представляют собой первые 64 бита дробных частей квадратного корня простых чисел – порядковые номера чисел: с 9-го по 16-е).

Восемь 64-битных слова.
H0, H1, H2, H3, H4, H5, H6, H7 = (

(Для любознательных: эти значения представляют собой первые 64 бита дробных частей квадратного корня простых чисел – порядковые номера чисел: первые 8).

H0, H1, H2, H3, H4, H5, H6, H7 = (
0x6a09e667f3bcc908, 0xbb67ae8584caa73b, 0x3c6ef372fe94f82b,
0xa54ff53a5f1d36f1, 0x510e527fade682d1, 0x9b05688c2b3e6c1f,
0x1f83d9abfb41bd6b, 0x5be0cd19137e2179)

Восемь 64-битных слова.
H0, H1, H2, H3, H4, H5, H6, H7 = (
0x8C3D37C819544DA2, 0x73E1996689DCD4D6, 0x1DFAB7AE32FF9C82,
0x679DD514582F9FCF, 0x0F6D2B697BD44DA8, 0x77E36F7304C48942,
0x3F9D85A86A1D36C8, 0x1112E6AD91D692A1)

"SHA-512/t" - общее название для t-битной хэш-функции на основе SHA-512, результат которой усекается до t бит. Каждый вариант t-битной хэш-функция требует различных инициализирующих значений. Для этого введена специальная процедура определения начальных значений для SHA-512/t конкретного варианта t.

Процедура определения начальных значений для SHA-512/t.
1. Берем начальные значения H из алгоритма SHA-512.
H0, H1, H2, H3, H4, H5, H6, H7 = (
0x6a09e667f3bcc908, 0xbb67ae8584caa73b, 0x3c6ef372fe94f82b,
0xa54ff53a5f1d36f1, 0x510e527fade682d1, 0x9b05688c2b3e6c1f,
0x1f83d9abfb41bd6b, 0x5be0cd19137e2179)

2. Делаем следующие вычисления:
H0’ = H0 XOR 0xA5A5A5A5A5A5A5A5
H1’ = H1 XOR 0xA5A5A5A5A5A5A5A5
H2’ = H2 XOR 0xA5A5A5A5A5A5A5A5
H3’ = H3 XOR 0xA5A5A5A5A5A5A5A5
H4’ = H4 XOR 0xA5A5A5A5A5A5A5A5
H5’ = H5 XOR 0xA5A5A5A5A5A5A5A5
H6’ = H6 XOR 0xA5A5A5A5A5A5A5A5
H7’ = H7 XOR 0xA5A5A5A5A5A5A5A5

3. Считаем хэш от строки SHA-512("SHA-512/t") (где t может быть "224" или "256") c начальными значениями H’. Значение хэша и будет начальными значениями для алгоритма SHA-512/t:
H для SHA-512/224 = SHA512(H’, "SHA-512/224")
H для SHA-512/256 = SHA512(H’, "SHA-512/256")

Восемь 64-битных слова.
H0, H1, H2, H3, H4, H5, H6, H7 = (
0x22312194FC2BF72C, 0x9F555FA3C84C64C2, 0x2393B86B6F53B151,
0x963877195940EABD, 0x96283EE2A88EFFE3, 0xBE5E1E2553863992,
0x2B0199FC2C85B8AA, 0x0EB72DDC81C52CA2)

Вычисление хэша

В алгоритме сложение "+" происходит по модулю 2 32 .

For i = 1 to N:
{
1. i
М 0 (i) по М 15 (i) )
в 80 слов размером 32 разряда (с W 0 по W 79 ):
W t = M t , для t = 0..15
W t = ROTL (W t-3 XOR W t-8 XOR W t-14 XOR W t-16 , 1) , для t = 16..79
(Интересно, что в первоначальном варианте спецификации SHA (алгоритм SHA-0) не было
циклического сдвига влево ROTL(x, 1) )

2. Инициализируем переменные a,b,c,d,e.
a = H0 (i-1)
b = H1 (i-1)
c = H2 (i-1)
d = H3 (i-1)
e = H4 (i-1)

3. Главный цикл функции сжатия
For t = 0 to 79
TEMP = ROTL (a, 5) + f t (b,c,d) + e + W t + K t
e = d
d = c
c = ROTL (b, 30)
b = a
a = TEMP

4.
H0 (i) = (H0 (i-1) + a)
H1 (i) = (H1 (i-1) + b)
H2 (i) = (H2 (i-1) + c)
H3 (i) = (H3 (i-1) + d)
H4 (i) = (H4 (i-1) + e)
}

Результирующее хэш-значение – 160-битный дайджест сообщения:
H0 (N) || H1 (N) || H2 (N) || H3 (N) || H4 (N) (5 слов * 32 бита = 160 бит)

Операции над словами (32-битными).
ROTL - циклический сдвиг влево на n бит:
ROTL(x, n) = (x « n) | (x » (32-n))

В алгоритме сложение "+" происходит по модулю 2 32 .

For i = 1 to N:
{
1. i -й блок сообщения с помощью приведенного далее алгоритма
преобразуется из 16 слов размером в 32 разряда (с М 0 (i) по М 15 (i) )
в 64 слова размером 32 разряда (с W 0 по W 63 ):
W t = M t , для t = 0..15
W t = W t-16 + Delta0 (W t-15) + W i-7 + Delta1 (W t-2) , для t = 16..63

2.
a = H0 (i-1)
b = H1 (i-1)
c = H2 (i-1)
d = H3 (i-1)
e = H4 (i-1)
f = H5 (i-1)
g = H6 (i-1)
h = H7 (i-1)

3. Главный цикл функции сжатия
For t = 0 to 63
TEMP1 = h + Sigma1 (e) + Ch (e,f,g) + W t + K t
TEMP2 = Sigma0 (a) + Maj (a,b,c)
h = g
g = f
f = e
e = d + TEMP1
d = c
c = b
b = a
a = TEMP1 + TEMP2

4. Считаем промежуточное хэш-значение
H0 (i) = (H0 (i-1) + a)
H1 (i) = (H1 (i-1) + b)
H2 (i) = (H2 (i-1) + c)
H3 (i) = (H3 (i-1) + d)
H4 (i) = (H4 (i-1) + e)
H5 (i) = (H5 (i-1) + f)
H6 (i) = (H6 (i-1) + g)
H7 (i) = (H7 (i-1) + h)
}

Результирующее хэш-значение – 256-битный дайджест сообщения:
(8 слов * 32 бита = 256 бит)
Внимание: порядок байт в каждом слове "big-endian"

Алгоритм полностью совпадает с алгоритмом SHA-256. Отличие в инициализирующих значениях H (см. выше) и в том, как берется результирующий хэш. Т.к. мы получаем 256-битный дайджест сообщения, то мы берем только первые 224 бита, чтобы получить финальное хэш-значение:

H0 (N) || H1 (N) || H2 (N) || H3 (N) || H4 (N) || H5 (N) || H6 (N) (7 слов * 32 бита = 224 бита)
Внимание: порядок байт в каждом слове "big-endian"

Алгоритм похож на SHA-256, только все переменные и слова – 64-битные.
В алгоритме сложение "+" происходит по модулю 2 64 .

For i = 1 to N:
{
1. i -й блок сообщения с помощью приведенного далее алгоритма
преобразуется из 16 слов размером в 64 разряда (с М 0 (i) по М 15 (i) )
в 80 слов размером 64 разряда (с W 0 по W 79 ):
W t = M t , для t = 0..15
W t = W t-16 + Delta0 (W t-15) + W i-7 + Delta1 (W t-2) , для t = 16..79

2. Инициализируем переменные a,b,c,d,e,f,g,h.
a = H0 (i-1)
b = H1 (i-1)
c = H2 (i-1)
d = H3 (i-1)
e = H4 (i-1)
f = H5 (i-1)
g = H6 (i-1)
h = H7 (i-1)

3. Главный цикл функции сжатия
For t = 0 to 79
TEMP1 = h + Sigma1 (e) + Ch (e,f,g) + W t + K t
TEMP2 = Sigma0 (a) + Maj (a,b,c)
h = g
g = f
f = e
e = d + TEMP1
d = c
c = b
b = a
a = TEMP1 + TEMP2

4. Считаем промежуточное хэш-значение
H0 (i) = (H0 (i-1) + a)
H1 (i) = (H1 (i-1) + b)
H2 (i) = (H2 (i-1) + c)
H3 (i) = (H3 (i-1) + d)
H4 (i) = (H4 (i-1) + e)
H5 (i) = (H5 (i-1) + f)
H6 (i) = (H6 (i-1) + g)
H7 (i) = (H7 (i-1) + h)
}

Результирующее хэш-значение – 512-битный дайджест сообщения:
H0 (N) || H1 (N) || H2 (N) || H3 (N) || H4 (N) || H5 (N) || H6 (N) || H7 (N) (8 слов * 64 бита = 512 бит)
Внимание: порядок байт в каждом слове "big-endian"

Алгоритм полностью совпадает с алгоритмом SHA-512. Отличие в инициализирующих значениях H (см. выше) и в том, как берется результирующий хэш. Т.к. мы получаем 512-битный дайджест сообщения, то мы берем только первые 384 бита, чтобы получить финальное хэш-значение:

H0 (N) || H1 (N) || H2 (N) || H3 (N) || H4 (N) || H5 (N) (6 слов * 64 бита = 384 бит)
Внимание: порядок байт в каждом слове "big-endian"

Алгоритм полностью совпадает с алгоритмом SHA-512. Отличие в инициализирующих значениях H (см. выше) и в том, как берется результирующий хэш. Т.к. мы получаем 512-битный дайджест сообщения, то мы берем только первые 224 бита, чтобы получить финальное хэш-значение:

H0 (N) || H1 (N) || H2 (N) || первые 32 бита H3 (N) (3 слова * 64 бита + 32 бита = 224 бит)
Внимание: порядок байт в каждом слове "big-endian"

Алгоритм полностью совпадает с алгоритмом SHA-512. Отличие в инициализирующих значениях H (см. выше) и в том, как берется результирующий хэш. Т.к. мы получаем 512-битный дайджест сообщения, то мы берем только первые 256 бита, чтобы получить финальное хэш-значение:

H0 (N) || H1 (N) || H2 (N) || H3 (N) (4 слова * 64 бита = 256 бит)
Внимание: порядок байт в каждом слове "big-endian"

Функция хеширования SHA 256 легла в основу самой первой криптовалюты в мире - биткоина и многих альткоинов. Знаете ли вы, что она была создана задолго до появления криптовалют и предназначалась совсем для других целей? Сегодня мы рассмотрим историю алгоритма, принцип его функционирования, текущие проблемы и какие криптовалюты используют SHA256.

История

Название алгоритма SHA 256 является аббревиатурой от Secure Hashing Algorithm. Так его назвал разработчик - Агентство национальной безопасности США. Алгоритм представляет собой функцию хеширования. Это означает, что на ее вход поступает объем данных произвольной длины, а на выходе получается набор символов фиксированной длины, называемый хешем.

Одна из ключевых особенностей функций хеширования hash - необратимость. Мы можем получить хеш, пропустив исходные данные через функцию, но, зная хеш, получить исходные данные не удастся. Благодаря этому свойству функция получила распространение в разных сервисах и приложениях, где требуется защита данных. Ежедневно мы пользуемся алгоритмом SHA 256, посещая сайты в Интернете. Его включает в себя сертификат безопасности SSL, необходимый для установления защищенного соединения с сайтом.

• Нахождение коллизий - обнаружение одинаковых хешей при разных параметрах на входе. Вероятность успеха данной атаки ставит под угрозу безопасность цифровой подписи с применением текущего алгоритма.
• Нахождение прообраза - возможность расшифровывать исходное сообщение по его хешу. Данная атака ставит под угрозу безопасность хранения хешей паролей аутентификации.

Впервые анализ был проверен в 2003 году, но тогда уязвимости не были найдены. Время шло, вычислительные мощности развивались. В 2008 году были найдены коллизии для итераций SHA-512 и SHA-256. В сентябре того же года был разработан метод создания коллизий для 31 итерации SHA256 и 27 итераций SHA-512.

Очевидно, что настала пора разрабатывать новую криптостойкую функцию. В 2012 году АНБ был изобретен SHA-3. Постепенно обновленный алгоритм будет вытеснять своих менее криптостойких предшественников.

Майнинг на SHA 256

Законодательство США разрешает использовать SHA и похожие хеш-функции как часть других протоколов и алгоритмов в некоторых федеральных приложениях для защиты информации, не имеющих грифа «Секретно». Допускается применение SHA-2 частными и коммерческими организациями.

Ничего удивительного, что он был использован в криптовалютах. Майнеры собирают все транзакции в блок, а затем начинают его хешировать. Когда найдено соответствующее правилам системы значение хеша, блок считается готовым к прикреплению в конец блокчейна. Новый блок найдет тот, кто может вычислять значения хешей очень быстро. Скорость вычислений зависит от мощности оборудования. Для майнинга биткоина может быть использовано три типа оборудования:

• CPU (центральный процессор);
• GPU (видеокарты);
• ASIC (специализированное устройство).

Сеть биткоина устроена таким образом, что каждый новый блок должен быть найден раз в 10 минут. Число участников сети постоянно меняется, а время должно оставаться неизменным. Чтобы обеспечить одинаковое время нахождения, система регулирует сложность вычислений в зависимости от количества майнеров. В последнее время криптовалюты обрели популярность, и количество майнеров сильно возросло. Чтобы блоки не находились слишком быстро, сложность вычислений тоже возросла.

Предприимчивые майнеры создают огромные фермы из асиков. Помимо большой стоимости самого оборудования, такая ферма каждый месяц получает счета за электричество в размере нескольких десятков тысяч долларов. Сейчас майнинг биткоина имеет смысл только на таких промышленных фермах, домашний компьютер или даже ферма на нескольких видеокартах не сможет конкурировать с ними, и даже окупить электричество.

Впрочем, это легко посчитать. Существуют калькуляторы для расчета прибыльности майнинга на sha256. Например, https://www.coinwarz.com/miningprofitability/sha-256 . Введите в форму хешрейт своего оборудования (вычислительная мощность), потребляемую энергию и ее стоимость, сервис рассчитает прибыль.

Альткоины SHA-256

Рассмотрим перечень и список криптовалют, работающих на sha 256.

Bitcoin Cash (BCH)

Отделившийся от него 1 августа 2017 года. Размер блока в классическом биткоине равен 1 мб. Сеть разрослась настолько, что все транзакции перестали помещаться в блок. Это привело к образованию очередей из транзакций и увеличению комиссии за проведение платежей. Сообществом было принято решение ввести новый протокол, согласно которому блок увеличился до 2 мб, часть информации стала храниться за пределами блокчейна и уменьшились сроки пересчета сложности с двух недель до суток.

Namecoin (NMC)

Представляет собой систему хранения и передачи комбинаций вида «имя-значение», основанную на технологии биткоин. Самым известным ее применением стала система распределения доменных имен, независимая от ICANN, а значит, делающая невозможным изъятие домена. Namecoin была запущена в 2011 году, она работает на ПО для майнинга биткоина, перенаправленное на сервер, где работает Namecoin.

DigiByte (DGB)

Криптовалюта, запущенная в 2013 году с целью улучшить характеристики биткоина и лайткоина. Отличия DigiByte:

• Низкая волатильность достигается за счет огромного количества выпускаемых монет (до 21 млрд), что позволяет обеспечить их низкую стоимость и удобство для использования в расчетах;
• Быстрые транзакции за счет увеличения размера блока вдвое каждые два года;
• Низкие комиссии или их отсутствие;
• Процесс майнинга распределен на пять алгоритмов, позволяющих добывать монеты независимо друг от друга. Можно использовать асики для SHA-256 и Scrypt, видеокарты для Groestl и Skein, процессор для Qubit.

Алгоритм SHA 256 является самым распространенным среди криптовалют. Это было вызвано популярностью и успехом биткоина, и желанием разработчиков альткоинов создать подобные монеты. Увеличение сложности вычислений побудили майнеров искать способы майнить эффективнее, результатом чего стало появление асиков.

Каждый, кто пробовал майнить и добывать цифровую валюту рано или поздно сталкивался с таким термином как SHA256. Что же обозначают этот акроним, какими особенностями обладает, как работает? Обо всем этом и многом другом поговорим подробнее.

SHA256.

Расшифровка SHA256 – сокращение от Secure Hashing Algorithm – это актуальный на сегодня алгоритм хеширования, созданный National Security Agency – Агентством национальной безопасности США. Задача данного алгоритма заключается в том, чтобы выполнить из случайного набора данных определённые значения с длиной, которая зафиксирована. Эта длина является идентификатором. Значение, которое получится, сравнивается с дубликатами изначальных данных, получить которые нет возможности.

Главная область, где используется алгоритм SHA256 – применение в разного рода приложениях или сервисах, что связаны с защитой информационных данных, где Secure Hashing Algorithm и распространилось. Также при помощи алгоритма выполняется майнинг цифровых валют.

SHA-256 – это криптографическая хэш-функция.

Как мы все знаем, при майне криптомонет, мы разрешаем исходную задачу, пользуясь процессорами CPU или GPU. Процессы отражены в интерфейсе программы для майна, к примеру, в виде строки «Accepted 0aef41a3b». 0aef41a3b и является хэш. Это информация для раскодировки, которой соответствует хэшированный код, который будет получен. Сказать иначе – это строчка расшифрованных данных, тогда как главный виртуальный блок данных включает в себя тысячи, а то и миллионы такого рода строчек.

Этим можно объяснить ситуацию, когда требуется разрешить огромное число задач, перед тем как получится найти необходимый блок вашей криптомонеты. Получается, присутствует единственный шанс на 1, 10, 100 тысяч или даже миллион решений того, что строка, которая расшифрована, будет иметь точное значение, требуемое для снятия блокировки, или это будут личные данные (или блока). Это словно розыгрыш, игра, но с оборудованием, которое может осуществлять вычисление комбинации выигрыша оперативнее и качественнее, чем любой майнер.

Многие думают, что для разрешения задач, что связаны с хэш при применении протокола SHA256, понадобится мощнейшее аппаратное обеспечение?

Да, это имеет место быть. Чем больше применяется вычислительной мощности, тем лучше, так как шансы на добычу криптовалюты (SHA256 miner) повышаются. Однако важно понимать, что монеты на SHA256 зарабатывает огромное количество майнеров. Есть те, у кого наиболее мощное аппаратное обеспечение. Но расстраиваться не следует, у каждого есть все шансы победить. Это словно лотерейный розыгрыш, невозможно предугадать, когда улыбнется фортуна! SHA256 майнинг – увлекательный и интересный процесс, позволяющий заработать виртуальные монеты.

Технический принцип работы алгоритма

Algorithm SHA256 сегодня реализован во всех действующих на рыночной платформе ASIC-майнерах, в то время как оборудование ASIC для других хэш-функций майнинга ещё только на стадии разработки.

Кроме Биткоин, майн путем алгоритма SHA256, используется во многих других виртуальных валют-клонах. Например, его применяют альткойны Пииркоин и Нэймкоин. Многим интересно при использовании SHA256, какие криптовалюты используются.

Наиболее актуальны следующие:

1. Ocoin.
2. Тekcoin.
3. Zetacoin и др.

Sha256 и Scrypt – это алгоритмы. Все, кто разбираются в добыче виртуальной волюты понимают, что для того, чтобы заработать какую-либо монету необходимо её майнить (то есть скачать программное обеспечение, запустить его и подождать пока компьютерное оборудование что-то заработает). Так вот вся суть майнинга заключается в том, что ПК решает сложнейшие задачи (хеш-функции) и чем больше проработает компьютерное оборудование, тем больше валюты будет добыто.

И задачи, которые разрешает ПК могут быть устроены не одинаково – одни базируются на алгоритме SHA256, а другие на Scrypt (разработаны и другие, но эти наиболее актуальные среди майнеров). К примеру, всем знакомый Биткоин зарабатывают по алгоритму Sha256, а криптовалюта DogeCoin добывается по Scrypt. Сказать иначе, разные цифровые валюты применяют различные алгоритмы. По какой причине?

А вот почему – Sha256 оказался не сложным и сегодня, появилось большое число спецустройств (они именуются ASIC), которые разрешают задачи на этом алгоритме очень оперативно, быстрее стандартных мощных процессоров, так эти ASIC приносят майнерам в разы больше криптовалюты, чем обычное компьютерное оборудование. Ниже представлено видео, на котором можно понять каким является технический принцип работы алгоритма.

Особенности протокола SHA-256

SHA256 имеет некие преимущества перед другими алгоритмами. Это наиболее востребованный алгоритм майна среди всех существующих. Он показал себя как надежный к взламыванию (случается не часто) и результативный алгоритм как для задач майна, так и для прочих целей.

Имеются и недостатки:

1. Главным минусом SHA256 валюты является контролирование майнерами.
2. Те, у кого имеются огромные вычислительные мощности, получают основную часть крипто, что исключает один из основных принципов виртуальных денег – децентрализованность.
3. Как только пошли инвестиции в вычислительные мощности для промышленного майна Биткоина, сложность добычи значительно возросла и стала требовать исключительных вычислительных мощностей. Этот минус исправлен в прочих протоколах, наиболее инновационных и «заточенных» под применение в майне цифровых валют, таких как Скрипт.

Несмотря на то, что в наши дни SHA256 занимает рыночную основу крипто, он будет ослаблять своё влияние в пользу наиболее надежных и современных протоколов. Пулы SHA256 сдадут позиции. Так алгоритмы SHA–1 перестали давать требуемый уровень защиты из–за вероятного развития коллизий.

Криптовалюты SHA256, как и SHA512 наиболее защищены от данного отрицательного момента, но вероятность развития риска все-таки есть. Miner на SHA256, как и на любом ином хешировании – это процесс разрешения какой-то сложнейшей криптографической задачи, которую генерирует программа для майна на основе информации полученной с блоков.

Майнинг при помощи хэш-функции SHA256 можно осуществлять 3 методами:

1. ASIC.

В майне хеш–сумма применяется как идентификатор уже присутствующих блоков, и создания новых на основе тех, что имеются. Процесс майна отражен в интерфейсе в виде «accepted f33ae3bc9…». Где f33ae3bc9 – это хешированная сумма, часть данных, которая требуется для дешифровывания. Главный блок включает в себя огромное число такого рода хеш-сумм. То есть, добыча с алгоритмом SHA256 – это подбор правильного значения хешированной суммы без остановки, перебор чисел для того, чтобы создать очередной блок. Чем мощнее оборудование, тем больше шансов стать владельцем того самого правильного блока: скорость перебирания разного рода сумм зависит от мощностей. Потому как Биткоин построен на алгоритме SHA256, для конкурентоспособного майна на нём требуются крайне большие вычислительные мощности.

Это связывается с тем, что для добычи криптовалюты хватает производства «асиков», а именно специальной схемы особенного назначения. Асики дают возможность добывать Биткоины и прочие криптовалюты на хэш-функции SHA–256 оперативнее, результативнее и недорого.

Какие еще криптовалюты SHA–256 можно добывать? SHA–256 это классика для цифровых валют: на нем выстроена основная виртуальная валюта – Bitcoin. Именно поэтому, и в форках биткоинаприменяется этот хеш: в Биткоин каш, Голд, Диамонд.

Кроме них, SHA–256 применяется также в:

1. Стимит.
2. Дигибайт.
3. Пиркоин.
4. Нэймкоин.
5. Тиккоин.
6. Окоин.
7. Зетакоин.
8. Эмиркоин.

Также алгоритм применяется как подпрограмма в цифровой валюте Лайткоин, а главным алгоритмом для майна там будет Scrypt.

Псевдокод хеш: функции

Отличается Scypt-Jane тем, что поддерживает более 3-х различных систем поточного шифра. И для того чтобы сформировать отчетливое понимание алгоритма, следует ознакомиться с характеристикой функционала. Основные функции:

1. ChaCha20.
2. Salsa6420/8.

Первостепенно мы имеем Salsa20/8. Это довольно несложная функция, основной задачей функционирования которой является приём 192-байтной строчки (из цифр и букв) и последующее её преобразование в 64-байтную строчку Salsa20 (х).

Salsa20 двухкомпонентная: потоковое шифрование для шифра данных и функция сжатия (алгоритм Румба20), которая нужна для сжатия 192-байтной строчки до 64-байтной. Сказать иначе: строчка может быть больше 64-байтной, пока не станет равна 192-байтной, при этом строчка будет сжиматься до 64 байтов. ChaCha20 имеет небольшие сходства с Сальса20: это также поточное шифрование, но оно предусматривает некоторые дополнительные возможности, например, повышение стойкости к криптоанализ.

Чача20 также повышает перемешивание данных на раунд. Говоря другими словами, занимаясь майном цифровых монет в составе пула, можно заметить, что один майнерский раунд может включать в себя либо короткий, либо длинный временной период. Длительность периода времени, на протяжении которого майнерский пул может отыскать один блок, отчасти определяется и более качественным перемешиванием, предлагаемым Чача20 из Скрпит-Джейн.

К слову, на понижение времени раунда оказывают влияние различные факторы. Еще одна важнейшая функция перемешивания информации в Скрипт-Джейн – это Salsa6420/8. Она усовершенствованная версия Salsa20/8, и дает возможность работать с наиболее высокобайтными блоками. Кроме этих функций, Скрипт Джейн поддерживает также ряд хешированных, среди которых присутствует и SHA256. Алгоритмом также поддерживается наиболее инновационный её вариант SHA512.

Пример хеширования

Что же такое хеширование? Идея хеш основана на распределении ключей в стандартном массиве H. Распределение происходит путем вычисления для каждого ключа элемента некой хешированно функции h. Она на основе ключа помогает получить целое число n, которое послужит индексом для массива H. Понятное дело, следует придумать такую хешированную функцию, которая бы давала разный код для разнообразных объектов. К примеру, если в качестве ключа хешированной таблицы следует применить строки, то можно подобрать хешированную функцию, которая основана на таком алгоритме (пример на С): int hash(char* str) {int h = 0; for (int i=0; i

Где m – размер хешированной таблицы, C – константна, большая любого ord(c), а ord() – функция, которая возвращает код символа (число). Для отдельного типа данных можно создать свою хешированную функцию. Но разработаны основные требования к функции: она должна расставлять ключи по ячейкам хешированной таблицы как наиболее равномерно, и должна легко находиться. Ниже предложена таблица. Можно понять, что индексами ключей в хешированной таблице является результат функции h, которая применена к ключу.

Также изображение показывает одну из главных проблем. При довольно низком значении m (размера хешированной таблицы) по отношению к n (числу ключей) или при плохой функции, может произойти так, что 2 ключа будут хешированные в общую ячейку массива H. Это коллизия.

Хорошие функции стремятся свести к нулю шанс формирования коллизий, но, принимая во внимание то, что пространство всех ключей, которые возможны, может быть больше размера хешированной таблицы H, всё-таки избежать их не получится. Но специалистами разработано ряд технологий для разрешения коллизий. Настройка pool SHA256 для добычи монет отображена на видео. Можно понять, как майнить криптовалюту.