摘要
在这篇博文中，我们深入探讨了SHA1算法的安全性，讨论了它的漏洞、已知攻击，并且提出了过渡到更安全的哈希函数的必要性。我们还针对特定情况提供了使用SHA1的建议，并强调了与密码学进展保持更新的重要性。
密码学简介
密码学是保护信息安全的科学。它将可读数据（明文）转换为加密数据（密文），除了预期接收者外，对其他人来说看起来毫无意义。密码学在当今数字世界中扮演着至关重要的角色，它保护着诸如密码、财务数据、电子邮件等敏感信息，防止未经授权的访问。
密码学的一些常见应用包括：
- 在数据传输和存储过程中进行加密
- 用户认证和访问控制
- 保护数据完整性
- 数字签名
密码算法使用密钥来加密和解密数据。这些算法的安全性取决于保密密钥。
SHA1概述
SHA1（安全散列算法1）是由NSA于1995年发布的密码散列函数。
密码散列函数是一种数学算法，它将输入（例如文本文件）转换为固定大小的字母数字字符串，称为散列值或摘要。
SHA1生成一个160位的散列值。SHA1的一些关键特性包括：
- 确定性 - 相同的输入始终产生相同的输出
- 不可逆性 - 输出无法转换回原始输入
- 抗碰撞性 - 很难找到两个具有相同输出的输入
由于这些特性，SHA1用于：
- 生成数据的数字指纹
- 数据完整性验证
- 数字签名
- 密码存储
例如，GitHub使用SHA1散列来跟踪git存储库中的更改。对每个提交和文件计算SHA1散列值。
理解SHA1的安全性
漏洞和弱点
多年来的研究揭示了SHA1算法的某些弱点：
- 容易受到长度扩展攻击的影响
- 可能存在碰撞漏洞
碰撞和影响
当两个不同的输入生成相同的哈希输出时，就会发生碰撞。
SHA1的碰撞表明它在理论上比预期更脆弱。
然而，要找到SHA1的碰撞需要超出实际可行性的巨大计算工作。但随着量子计算等技术的进步，情况可能会发生改变。
碰撞会削弱SHA1在以下方面的可靠性：
- 数字签名 - 可以伪造具有相同哈希的另一份文件的签名
- 密码存储 - 两个密码可以产生相同的存储哈希
- 数据完整性 - 被篡改的数据可能具有与原始数据相同的哈希值
已知攻击
一些已知攻击表明SHA1可能发生碰撞：
- 在2005年，理论上使用了269个操作展示了碰撞的可能性
- 在2017年，SHAttered攻击生成了两个具有相同SHA1哈希的PDF文件
这些攻击表明SHA1比预期更脆弱，因此建议在安全关键应用中使用替代算法。
SHA1的演进
SHA1正在过渡到更新和更安全的哈希算法：
SHA2
在2001年发布的SHA2系列算法具有224、256、384或512位的哈希长度。它们比SHA1更快速且更安全。
SHA3
SHA3 算法于2015年推出，用于取代 SHA2。它们可以生成高达512位的哈希值，并提供了更强的冲突保护和长度扩展攻击防护。
以下是 SHA1 与较新算法的比较：
| 算法 | 摘要大小 | 状态 |
|---|---|---|
| SHA1 | 160位 | 已弃用 |
| SHA2 (SHA-256) | 256位 | 推荐 |
| SHA3 (SHA3-256) | 256位 | 更安全，但目前采用较少 |
SHA1 的当前状态
SHA1 被认为在一般非安全目的下是可接受的。但大多数行业标准已经将 SHA1 弃用，用于需要冲突抵抗能力的应用，如数字签名和 TLS 证书。
NIST 等政府机构也建议切换到 SHA2 或 SHA3 以满足安全哈希要求。主要的 Web 浏览器计划在2021年之前停止接受 SHA1 TLS 证书。
SHA1 哈希仍然常见于 git 版本控制库和下载文件的校验和中。但在需要冲突抵抗能力的情况下，建议使用替代方案。
使用 SHA1 的建议
SHA1 可提供对意外数据损坏的基本保护。可以在以下情况下安全使用：
- 作为一般文件校验和
- 用于非安全相关的应用，如 git 提交
- 不需要冲突抵抗能力的场景
然而，应避免在可能危及安全性的情况下使用 SHA1，例如：
结论
SHA1在密码学中发挥了重要作用多年。但是研究揭示了其碰撞抵抗性的弱点。更新的算法如SHA2和SHA3提供了更好的安全性，减少了碰撞和相关攻击的风险。
对于今天的大多数常见应用程序来说，恶意SHA1碰撞的风险可以忽略不计。但软件开发人员应该在防御层面战略中逐步替换SHA1的使用。
同时，也有努力在2021年之前在网络浏览器中移除对SHA1证书的支持。总体来说，行业正朝着更强大的加密哈希算法，如SHA2-256迈进，以用于关键的安全功能。
很难预测SHA1在非关键用途中可以安全使用多久。但软件开发人员应该时刻关注密码学的进展，及时过渡到其他算法。
