Eine gemeinsame Spezifikation aller SSL-Zertifikate, unabhängig von Marke, Preis und Typ, ist der SHA-256-Algorithmus. Sie finden einen Hinweis darauf in den Einzelheiten des Zertifikats oder in den Merkmalen, die in der Produktinformation aufgeführt sind. Für Nichttechniker ist SHA-256 in der Regel ein völliges Rätsel. In diesem Artikel wollen wir Ihnen zeigen, was es ist und wie es funktioniert, ohne uns zu sehr in Fachjargon und die dahinter stehende Mathematik zu verlieren.
Inhaltsübersicht
- Was ist Hashing?
- Was ist der SHA-256-Algorithmus?
- Die wichtigsten Merkmale des SHA-256 Algorithmus
- Ist SHA-256 sicher?
- Wie funktioniert SHA-256?
- Wofür wird SHA-256 verwendet?
- SHA-Algorithmen Geschichte
Um den SHA-256-Algorithmus zu verstehen, müssen wir zunächst Hashing erklären.
Was ist Hashing?
Hashing ist der Prozess der Umwandlung einer beliebigen Information in einen anderen Wert. Sie enthält im Wesentlichen Datenblöcke, die aus der ursprünglichen Zeichenkette in einen kurzen Schlüssel oder Wert fester Länge umgewandelt werden. Dabei werden die Daten durch eine mathematische Funktion geleitet, die sie in eine einzigartige und komplexe Reihe von Zeichen umwandelt.
Hashing ist eine sichere und effiziente Methode zur Überprüfung der Datenintegrität. Wenn Sie einen Hashwert für ein Datenelement erstellen, können Sie den resultierenden Hashwert mit einem bekannten oder erwarteten Wert vergleichen, um sicherzustellen, dass die Daten nicht manipuliert oder verfälscht wurden. Wenn die Hash-Werte übereinstimmen, können Sie sicher sein, dass die Daten seit dem ursprünglichen Hashing nicht verändert worden sind.
One of the benefits of hashing is that it’s irreversible. You can’t use the hash value to retrieve the original data. This property makes hashing useful for password storage, as it allows you to store a hash of a password rather than the password itself. When a user enters their password, the system can hash and compare it to the stored hash value to verify that it’s correct without needing the actual password.
Was ist der SHA-256-Algorithmus?
SHA-256 (Secure Hash Algorithm 256) ist ein weit verbreiteter kryptografischer Algorithmus, der einen 256-Bit-Hash-Wert (32 Byte) fester Länge erzeugt. Der Zweck des SHA-256-Algorithmus besteht darin, einen eindeutigen digitalen Fingerabdruck eines Datenteils, z. B. einer Nachricht oder einer Datei, zu erstellen.
Bei der Erzeugung eines SHA-256-Hashes werden die Eingabedaten durch eine komplexe mathematische Funktion geleitet, die einen eindeutigen Ausgabewert erzeugt. Dieser Ausgabewert ist der Hashwert, der als digitaler Fingerabdruck der Eingabedaten dient.
Der SHA-256-Algorithmus wird in vielen Anwendungen eingesetzt, z. B. für digitale Signaturen, Passwortauthentifizierung und Blockchain-Technologie. Da der von SHA-256 erzeugte Hash-Wert eindeutig ist, ist es praktisch unmöglich, die Eingabedaten zurückzuverfolgen.
Die wichtigsten Merkmale des SHA-256 Algorithmus
Die wichtigsten Merkmale des SHA-256-Algorithmus sind die Nachrichtenlänge, die Digestlänge und die Unumkehrbarkeit.
- Länge der Nachricht: Die Länge des Klartextes (der lesbare Text, bevor er verschlüsselt wird) sollte weniger als 264 Bit betragen.
- Digest-Länge: Die Hash-Digest-Länge (das Ergebnis der Anwendung einer kryptografischen Hash-Funktion auf Daten) sollte 256 Bit betragen. Wenn Sie ein SSL-Zertifikat auf Ihrem Server installieren, können Sie SHA-512 und größere Digests auswählen. SHA-512 ist zwar sicherer, wird aber für die meisten Systeme nicht empfohlen, da es mehr Berechnungen und Computerleistung erfordert.
- Unumkehrbarkeit: Alle Hash-Funktionen wie SHA-256 sind von vornherein unumkehrbar. Für jede Eingabe gibt es genau eine Ausgabe, aber nicht umgekehrt. Mehrere Eingaben erzeugen die gleiche Ausgabe. Die Ausgabe hat eine feste Größe, aber die Eingabe unterliegt keinen Größenbeschränkungen.
Ist SHA-256 sicher?
Zwar ist kein kryptografischer Algorithmus gegen Angriffe gefeit, doch der SHA-256-Algorithmus hat umfangreiche Analysen und den Test der Zeit bestanden und bleibt ein wesentliches Element zur Sicherung digitaler Daten.
Die SHA-256-Sicherheit verwendet eine Kombination komplexer mathematischer und bitweiser Operationen, um den Hash-Wert zu erzeugen.
Diese Konstruktion macht es extrem schwierig, zwei Eingaben zu finden, die denselben Hash ergeben. Die Sicherheit von SHA-256 hängt jedoch von der korrekten Implementierung und der Stärke der Sicherheitsprotokolle ab, die in der Anwendung, die es verwendet, eingesetzt werden.
Eine Schwäche des SHA-256-Algorithmus ist die Möglichkeit eines Kollisionsangriffs. Sie tritt auf, wenn zwei verschiedene Eingaben denselben Hash-Wert ergeben. Obwohl dies bei SHA-256 höchst unwahrscheinlich ist, da es einen 256-Bit-Hash-Wert erzeugt (d. h. mehrere mögliche Ausgaben), ist es dennoch theoretisch möglich. Ein erfolgreicher Kollisionsangriff könnte die Anwendung gefährden, die sich zur Überprüfung der Datenintegrität auf die SHA-256-Hash-Werte stützt.
Wie funktioniert SHA-256?
Sehen wir uns ein echtes Beispiel an, wie Hashing funktioniert. Angenommen, Sie schreiben die Nachricht “Ich liebe Äpfel” und wenden darauf eine SHA-256-Hash-Funktion an. Das bekommen Sie:
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Fügen wir nun ein Ausrufezeichen am Ende Ihrer Nachricht ein, so dass sie wie folgt aussieht: “Ich liebe Äpfel!” und erzeugen eine Ausgabe. Das Ergebnis mag Sie überraschen:
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Wie Sie sehen können, ist die Ausgabe mit nur einem zusätzlichen Zeichen völlig anders, aber die Länge bleibt gleich. Egal, ob Sie ein Wort oder einen Aufsatz schreiben, der Hashwert ist identisch und verbirgt die Größe der ursprünglichen Eingabe. Wenn Sie diese Nachricht an einen Freund senden möchten, würden Sie den Hashwert angeben und den Algorithmus spezifizieren. Ihr Freund würde den Hash auf seiner Seite generieren, und wenn er übereinstimmt, weiß er, dass die Nachricht echt ist. Betrachten wir nun die technische Seite.
Was sind die Schritte im SHA-256 Algorithmus?
Wie Sie bereits wissen, werden bei SHA-256 die Eingabedaten durch eine Reihe von mathematischen Operationen, den sogenannten Runden, verarbeitet. Jede Runde besteht aus mehreren Schritten, einschließlich der Datenvorverarbeitung, der Nachrichtenerweiterung und der Nachrichtenkomprimierungsfunktion. Hier sind die wichtigsten Schritte des SHA-256-Algorithmus:
- Vorverarbeitung der Daten: Die Eingabedaten werden aufgefüllt und erweitert, um sicherzustellen, dass sie ein Vielfaches von 512 Bits lang sind, indem ein Ein-Bit gefolgt von Nullen hinzugefügt und dann die Länge der ursprünglichen Nachricht in Bits angefügt wird.
- Erweiterung der Nachricht: Der 512-Bit-Eingabeblock wird in 16 32-Bit-Wörter unterteilt und dann durch eine Reihe von logischen Operationen in 64 32-Bit-Wörter erweitert.
- Komprimierung der Nachricht: Der erweiterte 64-Wort-Nachrichtenblock durchläuft dann eine Reihe von 64 Runden, von denen jede mehrere Schritte umfasst:
- Bestimmen der Rundenkonstante: Jede Runde hat einen eindeutigen 32-Bit-Konstantenwert, der auf der Grundlage der Position in der Sequenz generiert wird.
- Berechnen Sie den Nachrichtenplan: Auf der Grundlage des Nachrichtenblocks mit 64 Wörtern und der Rundenkonstante wird ein Nachrichtenplan mit 64 Einträgen erstellt.
- Aktualisierung der Arbeitsvariablen: Die Arbeitsvariablen, bei denen es sich um 8 32-Bit-Wörter handelt, die während des Hashing-Prozesses Zwischenwerte speichern, werden auf der Grundlage des Nachrichtenplans und einer Reihe von logischen Operationen aktualisiert.
- Berechnen Sie den Hash-Wert: Nachdem alle 64 Runden abgeschlossen sind, werden die Endwerte der Arbeitsvariablen kombiniert, um den 256-Bit-Hashwert zu ermitteln.
Die Ausgabe des SHA-256-Hash-Algorithmus ist ein endgültiger 256-Bit-Hash-Wert, der als digitaler Fingerabdruck der Eingabedaten dient.
Wofür wird SHA-256 verwendet?
SHA-256 ist der Standard-Hash-Algorithmus für die Überprüfung digitaler Signaturen, SSL-Handshake, Passwortschutz und eine Vielzahl anderer sicherheitsrelevanter Vorgänge.
Überprüfung der digitalen Signatur
Eine digitale Signatur ist eine Art elektronische Unterschrift, mit der die Authentizität und Integrität einer Nachricht (z. B. einer E-Mail, einer Kreditkartentransaktion oder eines digitalen Dokuments) bestätigt wird. Sie wird durch Hashing der Datei und die Verwendung von PKI (Public Key Infrastructure) zur Verschlüsselung der Datei erstellt.
Die Aufgabe des SHA-256-Hash-Algorithmus besteht darin, die Integrität der digitalen Signatur zu gewährleisten. Der Client des Empfängers überprüft den Hashing-Algorithmus auf seiner Seite und verwendet den öffentlichen Schlüssel zur Entschlüsselung der Nachricht. Wenn sie übereinstimmen, sind die Daten authentisch und unverändert.
SSL-Handshake
Der SSL-Handshake ist ein entscheidendes Element von Web-Browsing-Sitzungen und beruht auf der Kompatibilität und den Funktionen von SHA-256. Die Kommunikation über SS/TLS beginnt immer mit dem SSL-Handshake, einer asymmetrischen Verschlüsselung, die es dem Browser ermöglicht, den Webserver zu verifizieren, den öffentlichen Schlüssel zu erhalten und eine sichere Verbindung herzustellen, bevor die Datenübertragung beginnt.
Passwortschutz
Websites speichern Benutzerpasswörter in einem gehashten Format. Wie bereits erwähnt, werden sichere Passwörter durch Hashing mit Hilfe eines Verschlüsselungsalgorithmus in eine kurze Buchstaben- und/oder Zahlenfolge umgewandelt. Wenn eine Website gehackt wird, erhalten Cyber-Angreifer keinen Zugang zu gehashten Passwörtern.
Verifizierung von Blockchain-Transaktionen
Der SHA-256-Hash-Algorithmus ist der erste Algorithmus, der bei der Gründung von Bitcoin für eine Kryptowährung verwendet wurde. Block-Header sind ein wesentliches Element von Blockchains, da sie dazu beitragen, einen Block von Transaktionen mit dem nächsten in einer bestimmten Reihenfolge zu verbinden. Der SHA-256-Hash stellt sicher, dass keine früheren Blöcke geändert werden, ohne den Header des neuen Blocks zu verfälschen.
SHA-Algorithmen Geschichte
Sichere kryptografische Hash-Algorithmen sind das Werk der National Security Agency (NSA). Die Regierung der Vereinigten Staaten patentierte die Technologie und gab sie anschließend unter einer lizenzfreien Lizenz für jedermann zur Nutzung frei.
Der erste SHA-0-Algorithmus stammt aus dem Jahr 1993. Sein Nachfolger SHA-1 kam 1995 auf den Markt, und obwohl er geknackt wurde, wird er auch heute noch auf älteren Servern und Clients verwendet. Sechs Jahre später, im Jahr 2001, veröffentlichte die NSA die SHA-2-Familie von Hash-Algorithmen, die SHA-256 und fünf weitere Hash-Funktionen umfasst:
- SHA 224
- SHA 384
- SHA 512
- SHA 512/224
- SHA 512/256
Am 5. August 2015 veröffentlichte das NIST (National Institute of Standards and Technology) SHA -3, den neuesten sicheren Hash-Algorithmus mit einem anderen internen Algorithmus-Design. Während das NIST derzeit nicht plant, den SHA-2-Algorithmus zurückzuziehen, kann SHA-3 ihn bei Bedarf in aktuellen Anwendungen ersetzen.
Laut SSL Pulse, dem globalen Dashboard zur Überwachung der Qualität der SSL-/TLS-Unterstützung, verwenden 97,2 % der weltweit beliebtesten Websites auf der Grundlage der Alexa-Liste den SHA-256-Algorithmus.
Letzte Worte
Der SHA-256-Hash-Algorithmus ist ein wesentlicher Bestandteil des Datenschutzes im Internet. In diesem Artikel haben wir nur an der Oberfläche gekratzt, ohne tiefer in die Mathematik und die dahinter stehenden Funktionen einzutauchen. Dennoch haben Sie nun ein allgemeines Verständnis für den Zweck und die Verwendung des Algorithmus.
Solange wir keinen Quantencomputer bauen, der so leistungsfähig ist, dass er komplexe Hash-Funktionen knacken kann, wird SHA-256 der branchenübliche Hash-Algorithmus für die Integrität von Daten und Dateien bleiben. Von einem solchen Szenario sind wir noch einige Jahrzehnte entfernt, so dass SHA-256 vorerst Teil von Verschlüsselungs- und Authentifizierungsprotokollen sein wird.
Häufig gestellte Fragen
Der SHA-256-Hash hat eine Länge von 256 Bit.
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Der SHA-256-Fingerabdruck ist eine eindeutige digitale Darstellung von Daten, die durch den SHA-256-Algorithmus erzeugt wird.
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Die SHA-256-Verschlüsselung ist unumkehrbar, das heißt, sie kann nicht entschlüsselt werden.
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SHA-256 ist unumkehrbar, da es eine Einwegfunktion zur Erzeugung des Hashwerts verwendet, was ein Reverse-Engineering der Eingabedaten schwierig macht.
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SHA-256-Zertifikate sind digitale Zertifikate, die den SHA-256-Hashing-Algorithmus verwenden, um die Authentizität von Daten zu sichern und zu überprüfen.
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SHA-256 wurde von der National Security Agency (NSA) in den Vereinigten Staaten entwickelt. Das Patent (US6829355B2) wurde von der NSA am 5. März 2001 angemeldet, wobei Glenn M. Lilly als Erfinder genannt wurde.
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