SHA-2

SHA-2
Informasi umum
Pendesain	Badan Keamanan Nasional
Pertama kali dipublikasikan	2001; 23 tahun lalu
Seri	(SHA-0), SHA-1, SHA-2, SHA-3
Sertifikasi	FIPS PUB 180-4, CRYPTREC, NESSIE
Detail
Ukuran digest	224, 256, 384, or 512 bits
Struktur	Konstruksi Merkle–Damgård dengan fungsi kompresi Davies–Meyer
Ronde	64 or 80
Analisis kriptografi publik terbaik
	Serangan 2011 yang merusak resistensi preimage untuk 57 dari 80 rentetan pengkodean SHA-512 dan 52 dari 64 rentetan pengkodean SHA-256. Serangan tabrakan-pseudo yang melawan 46 rentetan pengkodean SHA-256. SHA-256 dan SHA-512 rentan terhadap serangan panjang ekstensi, dengan menebak bagian tersembunyi dari status, serangan ekstensi panjang pada SHA-224 dan SHA-384 berhasil dengan kemungkinan kejadian sebesar 2 −(256−224) = 2−32 > 2−224 dan 2−(512−384) = 2−128 > 2−384.

Secure Hash Algorithms
Algoritma Hash Kuat
Secure Hash Algorithms; Algoritma Hash Kuat
Konsep
	fungsi hash · SHA · DSA
Standar utama
	SHA-0 · SHA-1 · SHA-2 · SHA-3
	l; b; s;

SHA-2 atau AHK-2 (Secure Hash Algorithm 2, bahasa Indonesia: Algoritma Hash Kuat 2) adalah sebuah fungsi kriptografik hash yang didisain oleh Badan Keamanan Nasional (BKN) Amerika Serikat dan pertama kali dipublikasikan pada tahun 2001.^[3]^[4] Set ini dibangun menggunakan Konstruksi Merkle–Damgård, fungsi kompresi satu arahnya dibangun dengan menggunakan struktur Davies–Meyer dari block chipher yang dispesialisasikan.

SHA-2 memasukkan perubahan signifikan dibanding pendahulunya, SHA-1. Keluarga SHA-2 terdiri dari enam fungsi hash dengan perpendekan (nilai hash) yang berupa bita 224, 256, 384 atau 512: SHA-224, SHA-256, SHA-384, SHA-512, SHA-512/224, SHA-512/256. SHA-256 dan SHA-512 merupakan fungsi hash yang diprogram dengan delapan kata 32-bit dan 64-bit. Pengkodean ini menggunakan jumlah pergeseran dan konstanta penambahan yang berbeda, tetapi strukturnya sebenarnya hampir identik, hanya berbeda dalam jumlah rentetan pengkodean. SHA-224 dan SHA-384 merupakan versi terpotong dari SHA-256 dan SHA-512, dikodekan dengan nilai inisial berbeda. SHA-512/224 dan SHA-512/256 juga merupakan versi terpotong dari SHA-512, namun nilai inisialnya dihasilkan menggunakan metode yang dideskripsikan di Federal Information Processing Standards (FIPS) PUB 180-4.

SHA-2 dipublikasikan pertama kali oleh Institusi Nasional Umum dan Teknogi (INUK) sebagai standar federasi Amerika Serikat (FIPS). Keluarga algoritma SHA-2 dipatenkan di hak paten Amerika serikat nomor 6829355.^[5] Pemerintah Amerika Serikat mengeluarkan paten ini dibawah lisensi bebas pajak (royalty-free).^[6]

Pada tahun 2011, terdapat serangan publik terbaik yang merusak resistensi preimage untuk 57 dari 80 rentetan pengkodean SHA-512 dan 52 dari 64 rentetan pengkodean SHA-256.^[1]^[2]*-++

Standar hash

Satu iterasi dalam fungsi kompresi keluarga SHA-2. Komponen biru melakukan operasi berikut:
     $\operatorname {Ch} (E,F,G)=(E\land F)\oplus (\neg E\land G)$
     $\operatorname {Ma} (A,B,C)=(A\land B)\oplus (A\land C)\oplus (B\land C)$
     $\Sigma _{0}(A)=(A\!\ggg \!2)\oplus (A\!\ggg \!13)\oplus (A\!\ggg \!22)$
     $\Sigma _{1}(E)=(E\!\ggg \!6)\oplus (E\!\ggg \!11)\oplus (E\!\ggg \!25)$
Rotasi penentu bita menggunakan konstanta berbeda untuk SSHA-512.Angka yang diberikan adalah untuk SHA-256.
Komponen warna merah $\color {red}\boxplus$ merupakan tambahan (adisi) dari modul 2³² untuk SHA-256, atau 2⁶⁴ untuk SHA-512.

Dengan publikasi FIPS PUB 180-2, NIST menambahkan tiga fungsi penambahan hash pada keluarga SHA. Algoritma tersebut secara kolektif dinamakan sebagai SHA-2, yang dinamakan atas perpendekan panjang (dalam bita): SHA-256, SHA-384, dan SHA-512.

Vektor uji coba

Nilai hash dari string kosong (input teks sepanjang nol).

SHA224("")
0x d14a028c2a3a2bc9476102bb288234c415a2b01f828ea62ac5b3e42f
SHA256("")
0x e3b0c44298fc1c149afbf4c8996fb92427ae41e4649b934ca495991b7852b855
SHA384("")
0x 38b060a751ac96384cd9327eb1b1e36a21fdb71114be07434c0cc7bf63f6e1da274edebfe76f65fbd51ad2f14898b95b
SHA512("")
0x cf83e1357eefb8bdf1542850d66d8007d620e4050b5715dc83f4a921d36ce9ce47d0d13c5d85f2b0ff8318d2877eec2f63b931bd47417a81a538327af927da3e
SHA512/224("")
0x 6ed0dd02806fa89e25de060c19d3ac86cabb87d6a0ddd05c333b84f4
SHA512/256("")
0x c672b8d1ef56ed28ab87c3622c5114069bdd3ad7b8f9737498d0c01ecef0967a

Bahkan perubahan kecil dalam suatu pesan (dengan kemungkinan sangat besar) akan menghasilkan hash yang sangat berbeda, dikarenakan efek Avalanche. Sebagai contoh, menambahkan titik pada suatu kalimat dapat mengubah banyak dari bita di dalam hash:

SHA224("Saya suka menyunting di Wikipedia")
0x 82bcdccfbc2763dbfbbda3a4669eb3182e6cd7169b0b81a1b8d6b4b1
SHA224("Saya suka menyunting di Wikipedia.")
0x b71c91e1cd82d017ce78391b47b29ce792294f2673136dd25aace018

Pseudocode

Pseudocode untuk algoritma SHA-256 adalah sebagai berikut. Perlu diingiat bahwa terdapat peningkatan luar biasa dalam pencampuran antara bita-bita dari w[16..63] kata dibandingkan SHA-1.

Catatan 1: Semua variabel merupakan integral 32 bit yang belum  dan dengan tambahan modulo kalkulasi 2³²
Catatan 2: Untuk setiap putaran, terdapat satu putaran konstan k[i&#93, dan satu entri dalam schedule array w[i], 0 ≤ i ≤ 63
Catatan 3: Kompresi fungsi menggunakan 8 variabel yang sedang bekerja, a melewati h
Catatan 4: Konvensi Big-endian digunakan ketika mengekspresiman konstanta dalam pseudocode ini,
    dan saat melakukan parsing dalam data blok pesan dari bita ke huruf, sebagai contoh,
    huruf pertama dalam pesan masukan adalah "abc" setelah padding menunjukkan  0x61626380
Inisialisasi nilai hash:
(32 bita pertama dari bagian fraksional dari akar kuadrat dari 8 bilangan prima pertama 2..19):
h0 := 0x6a09e667
h1 := 0xbb67ae85
h2 := 0x3c6ef372
h3 := 0xa54ff53a
h4 := 0x510e527f
h5 := 0x9b05688c
h6 := 0x1f83d9ab
h7 := 0x5be0cd19

Inisalisasi array konstanta putaran:
(32 bita pertama dari bagian fraksional dari akar kubik dari 64 bilangan prima pertama 2..311):
k[0..63] :=
   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

Pra-proses (Padding):
dimulai dengan pesan awal dengan panjang L bita
penambahan bita '1' tunggal
penambahan K '0' bita, dimana K merupakan nilai minimal bilangan >= 0 dan (L + 1 + K + 64) merupakan kelipatan 512
penmbahan L sebagai intergral big-endian 64-bita, membuat panjang setelah-proses sebagai kelipatan dari 512 bita   
dan disusun sedemikian rupa sehingga bit dalam pesan adalah: <pesan awal dengan panjang L> 1 <nol sebanyak K> <L sebagai intergral 64 bita> , (jumlah bita akan menjadi kelipatan dari 512)

Memproses pesan dalam chunk suksesif 512 bita:
memecah pesan menjadi chunk-chunk 512-bita
untuk setiap chunk
    membuat sebuah pesan schedule array 64-masukan w[0..63] dari kata 32 bita
    (Nilai inisial dalam w[0..63] tidak akan dipermasalahkan, sehingga banuak implementasi nol dari ini disini)
    menyalin chunk menjadi 16 huruf pertama w[0..15] dari pesan schedule array

    Memanjangkan 16 huruf pertama menjadi 48 huruf sisanya w[16..63] dari pesam schedule array:
    for i from 16 to 63
        s0 := (w[i-15] rightrotate  7) xor (w[i-15] rightrotate 18) xor (w[i-15] rightshift  3)
        s1 := (w[i-2] rightrotate 17) xor (w[i-2] rightrotate 19) xor (w[i-2] rightshift 10)
        w[i] := w[i-16] + s0 + w[i-7] + s1

    Inisialisasi variabel yang sedang bekerja ke nilai hash kini:
    a := h0
    b := h1
    c := h2
    d := h3
    e := h4
    f := h5
    g := h6
    h := h7

    Kompresi fungsi loop utama:
    for i from 0 to 63
        S1 := (e rightrotate 6) xor (e rightrotate 11) xor (e rightrotate 25)
        ch := (e and f) xor ((not e) and g)
        temp1 := h + S1 + ch + k[i] + w[i]
        S0 := (a rightrotate 2) xor (a rightrotate 13) xor (a rightrotate 22)
        maj := (a and b) xor (a and c) xor (b and c)
        temp2 := S0 + maj
 
        h := g
        g := f
        f := e
        e := d + temp1
        d := c
        c := b
        b := a
        a := temp1 + temp2

    Menambahkan chunk terkompresi pada nilai hash kini:
    h0 := h0 + a
    h1 := h1 + b
    h2 := h2 + c
    h3 := h3 + d
    h4 := h4 + e
    h5 := h5 + f
    h6 := h6 + g
    h7 := h7 + h

''Menghasilkan nilai hash akhir (big-endian):
digest := hash := h0 append h1 append h2 append h3 append h4 append h5 append h6 append h7

Komputasi dari nilai ch dan maj dapat dioptimalkan menggunakan cara yang sama dengan yang diatur dalam SHA-1.

SHA-224 identikal dengan SHA-256, kecuali:

nilai hash inisial h0 melewati h7 berbeda, and
output yang dikonstruksikan dengan peluluhan h7.

Nilai hash inisial SHA-224 (dalam big endian):
(32 bita kedua dari bagian fraksional dari akar kuadrat dari bilangan prima ke-9 ke ke-16 23..53)
h[0..7] :=
    0xc1059ed8, 0x367cd507, 0x3070dd17, 0xf70e5939, 0xffc00b31, 0x68581511, 0x64f98fa7, 0xbefa4fa4

SHA-512 identikal dalam konteks struktur dengan SHA-256, namun:

pesan dipecah menjadi chunk 1024 bita
nilai hash inisial dan konstanta putara diperpanjang ke 64 bita,
terdapat 80 putaran dan bukan 64,
schedule array pesan w memiliki 80 kata 64 bita dan bukan 64 kata 32 bita,
untuk memperpanjang schedule array pesan w, loop dari 16 ke 79 dan bukan dari 16 ke 63,
konstanra bulat didasarkan pada 80 bilangan prima pertama 2..409,
ukuran kata yang digunakan untuk kalkulasi adalah sepanjang 64 bita,
panjang yang ditambahkan dari pesan (sebelum pra-proses), dalam bita, adalah sebuah integral big-edian 128 bita, dan
banyak nilai shift dan rotate yang digunakan berbeda.

Nilai isial hash SHA-512 (dalam big-endian):

h[0..7] := 0x6a09e667f3bcc908, 0xbb67ae8584caa73b, 0x3c6ef372fe94f82b, 0xa54ff53a5f1d36f1, 
           0x510e527fade682d1, 0x9b05688c2b3e6c1f, 0x1f83d9abfb41bd6b, 0x5be0cd19137e2179

Putaran konstanta SHA-512:

k[0..79] := 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

SHA-512 Sum & Sigma:

S0 := (a rightrotate 28) xor (a rightrotate 34) xor (a rightrotate 39)
S1 := (e rightrotate 14) xor (e rightrotate 18) xor (e rightrotate 41)

s0 := (w[i-15] rightrotate 1) xor (w[i-15] rightrotate 8) xor (w[i-15] rightshift 7)
s1 := (w[i-2] rightrotate 19) xor (w[i-2] rightrotate 61) xor (w[i-2] rightshift 6)

SHA-384 identikal dengan SHA-512, kecuali:

nilai inisial hash h0 melalui h7 berbeda (diambil dari bilangan prima ke-9 sampai ke-16), dan
output disusun oleh peluluhan h6 dan h7.

Nilai hash inisial SHA-384 (dalam big-endian):

h[0..7] := 0xcbbb9d5dc1059ed8, 0x629a292a367cd507, 0x9159015a3070dd17, 0x152fecd8f70e5939, 
           0x67332667ffc00b31, 0x8eb44a8768581511, 0xdb0c2e0d64f98fa7, 0x47b5481dbefa4fa4

SHA-512/t identikal teehadap SHA-512 kecuali:

nilau inisial hash h0 melalui h7 diberikan oleh SHA-512/t IV generation function,
output disusun oleh perpotongan rangkaian dari h0 melalu h7 di t bita,
nilau t tidak diperbolehkan setara dengan 384 dalam SHA-384
nilai t 224 dan 256 disetujui.

SHA-512/t IV generation function mengevaluasi SHA-512 yang dimodifikasi pada string ASCII "SHA-512/t", diganti dengan representasi desimal t. SHA-512 yang dimodifikasi sama dengan SHA-512 kecuali nilai awalnya h0 yang melewati h7 telah di-XORed dengan konstanta heksadesimal 0xa5a5a5a5a5a5a5a5.

Contoh implementasi C untuk keluarga fungsi hash SHA-2 dapat ditemukan di RFC 6234.

Referensi

^ ^a ^b Kesalahan pengutipan: Tag <ref> tidak sah; tidak ditemukan teks untuk ref bernama preimage-khov
^ ^a ^b Kesalahan pengutipan: Tag <ref> tidak sah; tidak ditemukan teks untuk ref bernama collision-lamberger
^ "On the Secure Hash Algorithm family" (PDF). Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2016-03-30.
^ Kesalahan pengutipan: Tag <ref> tidak sah; tidak ditemukan teks untuk ref bernama :0
^ US 6829355
^ "IPR Details: The United States of America as represented by the National Security Agency's general license statement". IETF Datatracker. 858. Diakses tanggal 2008-02-17.

[preimage-khov-1] Kesalahan pengutipan: Tag <ref> tidak sah; tidak ditemukan teks untuk ref bernama preimage-khov

[collision-lamberger-2] Kesalahan pengutipan: Tag <ref> tidak sah; tidak ditemukan teks untuk ref bernama collision-lamberger

[3] "On the Secure Hash Algorithm family" (PDF). Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2016-03-30.

[:0-4] Kesalahan pengutipan: Tag <ref> tidak sah; tidak ditemukan teks untuk ref bernama :0

[5] US 6829355

[6] "IPR Details: The United States of America as represented by the National Security Agency's general license statement". IETF Datatracker. 858. Diakses tanggal 2008-02-17.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]