摘录
SHA-256在当前技术下被认为对抗暴力破解和碰撞攻击具有高度安全性。然而，量子计算的进展未来有可能使其破解成为可能。本博客分析了SHA-256的弹性，并提出用户应采取的保护措施。
SHA-256是当今最广泛使用的密码哈希函数之一。本博客文章检查了SHA-256的强度，并分析了破解其的可行性。
简介
SHA-256是美国国家安全局设计的SHA-2密码哈希系列的一员。它产生一个256位的哈希值，并广泛用于许多安全应用和协议中，包括SSL、SSH、比特币等。鉴于其广泛使用，了解SHA-256对抗攻击的强度至关重要。
本博文概述了SHA-256的工作原理，讨论了它的优点和缺点，分析了破解它的实际困难，展示了破解尝试，并提出了用户可以采取的保护措施。
理解SHA-256
SHA-256接受任意长度的输入信息，并生成一个固定的256位密码哈希值。该哈希值被设计成单向的和抗碰撞的。单向意味着对于一个输入计算哈希是容易的，但是将哈希逆向还原为原始输入是不可行的。抗碰撞意味着不同的输入几乎不可能产生相同的哈希输出。
SHA-256算法在512位的消息块上操作。填充被添加到输入消息中，使其长度成为512位的倍数。填充后的消息被分割成512位的块，这些块通过压缩函数在循环中被处理，迭代地更新哈希值。在处理完最后一个块之后，输出就是256位的哈希值。
SHA-256的优势
出于以下原因，SHA-256被认为是高度安全且抵御攻击的：
抵抗暴力破解 - 由于有256位的输出空间，存在着2^256 (1.15 x 10^77)种可能的哈希值。这使得暴力破解几乎不可行。
碰撞抵抗性 - 由于SHA-256使用了大的素数和位运算，目前还未发现任何碰撞。这可以防止哈希篡改攻击。
单向函数 - SHA-256中的压缩函数被设计为不可逆转。这使得逆向攻击毫无用处。
安全裕度 - 即使在计算领域取得进展，SHA-256仍具有广泛的安全裕度。碰撞攻击需要2^128的复杂度，这在当今并不可行。
SHA-256的限制
然而，SHA-256确实存在一些假设性的弱点：
对量子攻击的敏感性 - 格罗弗算法可以将攻击复杂度降低到2^128，使得碰撞攻击成为可能。
压缩函数的潜在弱点 - SHA-256的压缩函数尚未被证明是安全的。存在缺陷可能导致攻击。
数学上的弱点 - SHA-256依赖于任意常数。尚未发现的数学弱点可能导致密码分析攻击。
SHA-256破解的可行性
根据当前的计算能力，破解SHA-256被认为是几乎不可能的。以下是一些时间复杂度的估计：
暴力破解攻击：每秒进行10^18次哈希运算，需要1.1 x 10^24年
碰撞攻击：每秒进行10^9次哈希运算，需要2^128 x 0.35年 = 7.22 x 10^30年
将这些数字放在一起来看，宇宙的年龄只有138亿年。因此，暴力破解SHA-256在今天是不可能的。碰撞攻击同样不现实。
量子计算可能会将复杂度降低到2^128，但鉴于量子计算进展缓慢，即使在未来20年内，这也可能不太可行。总体而言，SHA-256似乎将在很长一段时间内保持不可被破解的状态。
现实世界的破解尝试
至今还没有成功破解SHA-256的尝试。一些失败的努力包括：
2017年，谷歌首次实现了SHA-1的碰撞。然而，由于SHA-256的改进设计，这种攻击对SHA-256无效。
2019年，法国和以色列的研究人员找到了一种更高效地寻找SHA-1碰撞的方法。同样，这对SHA-256没有影响。
比特币挖矿本质上是在寻找碰撞。2023年的网络哈希率约为每秒200艾哈希。然而，在基于SHA-256算法的比特币挖矿中，尚未发现任何碰撞。
防止破解的措施
尽管SHA-256似乎非常安全，用户仍应采取以下保护措施：
使用带有安全盐的SHA-256来防止彩虹表攻击。
确保密码具有高熵，并利用密钥拉伸使暴力破解更加困难。
及时了解量子计算的进展，以便为潜在的哈希函数迁移做好准备。
利用多因素身份验证和密钥轮换等其他安全控制措施。
结论
总之，SHA-256对于所有已知的密码分析方法都具有极高的抵抗能力，并且安全性非常高。除非出现意外的数学弱点或计算能力的天文级改进，否则在可预见的未来，它被破解的可能性非常低。只要实施谨慎的安全措施，用户可以放心地依赖SHA-256进行哈希和加密。
