Что такое SHA-256: особенности и способы майнинга, алгоритм, пулы

Что такое sha-256

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.

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.

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).

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.

Sha-256 – что можно майнить

Все форки Bitcoin пошли по простому пути и используют тот же алгоритм хэширования. Сюда входят известные «альткоины»: Bitcoin Cash, Namecoin, Peercoin, Emercoin и сотни других, менее популярных.

Ethereum разработал собственную функцию Ethash, чтобы допустить к добыче только видеокарты (до момента полного переключения на Ethereum 2.0). Litecoin – Scrypt (в попытках быть резистентным к асикам). Современные криптовалюты предпочитают алгоритм Proof-of-Stake, в которых добыча криптовалют называется стейкингом. Традиционные Proof-of-Work вычисления становятся инвесторам всё менее интересными.

Что такое хеширование

Хеширование — это алгоритм, который преобразует исходные данные (любого объёма) в небольшой набор выходных данных фиксированной длины. Входными данными может быть одно слово или целый роман, а выходными будет набор из нескольких байт. Важным для нас в этом преобразовании являются:

1. Длина выходного сообщения (хеша) всегда одинакова, независимо от длины входных данных
2. Любые, даже самые минимальные изменения в исходном сообщении приводят к генерации уникального хеша
3. Практическая невозможность восстановления исходного сообщения по известному хешу

Исходя из этих свойств хеширования, становятся понятными области его применения — это контроль за целостностью различных сообщений, хранение «отпечатков» паролей и т. д. и т. п. Например, вы посчитали хеш какого-то документа — изменение хотя бы одного байта в нём приведёт к генерации другого хеша и вам (получателю) станет понятно, что документ кто-то изменил.

Что важно понимать: SHA-256 хотя и криптографический алгоритм, но он не предназначен для шифрования сообщений, для этого есть другие алгоритмы, например AES-128. SHA-256 предназначен исключительно для создания хешей и контроля целостности информации.

На практике существуют проблемы с обеспечением уникальности хешей и некоторые другие проблемы чисто математического характера, но для простоты изложения мы их тут рассматривать не будем, а оставим профессиональным математикам.

Carriage return and line feed characters

At present time our text editor doesn’t have functionality that can take into account
which of those characters you want to keep in string. This problem come from browsers which
normalize all of the line endings to «CRLF» («rn») format according to «HTML specification».

It means that if you paste from buffer string»hellonword»
and press «Encode», your browser will convert it to
«hellornword»
and only after this your browser send FORM to us.

You can avoid this with encode string to «base64» on your side and use «Chains of algorithms» that described above.

Sha-256

SHA-256 — это реализация одного из множества возможных алгоритмов хеширования. Благодаря своей (относительной) простоте, достаточной надёжности и криптостойкости, а также приемлемой скорости работы, SHA-256 получил широкое распространение в современном мире.

Для простоты изложения и восприятия материала мы здесь опустим всё математическое обоснование работы этого алгоритма, а сосредоточимся на практической части работы с ним на микроконтроллерах.

В практическом плане для нас важно знать, что выходное сообщение (хеш) алгоритма SHA-256 составляет 32 байта или 256 бит, собственно отсюда и цифра «256» в его названии.

Для чего нам может понадобится SHA-256 (в связке с другими алгоритмами, шифрованием и т. д.):

• Для защиты передачи беспроводных пакетов в IoT
• Для защиты передачи проводных данных и команд по проводным сетям
• Для контроля целостности данных при их хранении и передаче
• Для контроля целостности кодов и прошивок
• Для генерации уникальных кодов с хорошей энтропией*
• И т. д. и т. п. области применения

* Пояснение: алгоритм SHA-256 обладает одним (из многих) полезным свойством — он позволяет генерировать данные (хеши) с хорошей энтропией («мерой хаоса») на основе «бедных» входных данных. Это может пригодиться для генерации уникальных паролей, создания «магических» чисел для генераторов псевдо-случайных последовательностей и т. п. применений.

На этом теоретическую подготовку можно считать законченной и далее мы перейдём к рассмотрению практических примеров работы с алгоритмом SHA-256 на микроконтроллерах.

Sha-256 «hello world». шаг 1. предварительная обработка

1. Преобразуем «hello world» в двоичный вид:

01101000 01100101 01101100 01101100 01101111 00100000 01110111 01101111
01110010 01101100 01100100

2. Добавим одну единицу:

01101000 01100101 01101100 01101100 01101111 00100000 01110111 01101111
01110010 01101100 01100100 1

3. Заполняем нулями до тех пор, пока данные не станут кратны 512 без последних 64 бит (в нашем случае 448 бит):

01101000 01100101 01101100 01101100 01101111 00100000 01110111 01101111
01110010 01101100 01100100 10000000 00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000

4. Добавим 64 бита в конец, где 64 бита — целое число с порядком байтов big-endian, обозначающее длину входных данных в двоичном виде. В нашем случае 88, в двоичном виде — «1011000».

01101000 01100101 01101100 01101100 01101111 00100000 01110111 01101111
01110010 01101100 01100100 10000000 00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000
00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 01011000

Теперь у нас есть ввод, который всегда будет без остатка делиться на 512.

Алгоритм sha-2 в виде псевдокода

Если вы хотите посмотреть на все шаги, которые мы только что сделали, в виде псевдокода, то вот пример:

Пояснения: Все переменные беззнаковые, имеют размер 32 бита и при вычислениях суммируются по модулю 232 message — исходное двоичное сообщение m — преобразованное сообщение
Инициализация переменных (первые 32 бита дробных частей квадратных корней первых восьми простых чисел [от 2 до 19]):
h0 := 0x6a09e667
h1 := 0xbb67ae85
h2 := 0x3c6ef372
h3 := 0xa54ff53a
h4 := 0x510e527f
h5 := 0x9b05688c
h6 := 0x1f83d9ab
h7 := 0x5be0cd19
Таблица констант
(первые 32 бита дробных частей кубических корней первых 64 простых чисел [от 2 до 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
Предварительная обработка:
m := message ǁ [единичный бит]
m := m ǁ [k нулевых бит], где k — наименьшее неотрицательное число, такое что (L 1 K) mod 512 = 448, где L — число бит в сообщении (сравнима по модулю 512 c 448)
m := m ǁ Длина(message) — длина исходного сообщения в битах в виде 64-битного числа с порядком байтов от старшего к младшему
Далее сообщение обрабатывается последовательными порциями по 512 бит:
разбить сообщение на куски по 512 бит
для каждого куска разбить кусок на 16 слов длиной 32 бита (с порядком байтов от старшего к младшему внутри слова): w[ 0..15 ] Сгенерировать дополнительные 48 слов: для i от 16 до 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 Инициализация вспомогательных переменных: a := h0 b := h1 c := h2 d := h3 e := h4 f := h5 g := h6 h := h7 Основной цикл: для i от 0 до 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 Добавить полученные значения к ранее вычисленному результату: h0 := h0 a h1 := h1 b h2 := h2 c h3 := h3 d h4 := h4 e h5 := h5 f h6 := h6 g h7 := h7 h
Получить итоговое значение хеша SHA-2:
digest := hash := h0 append h1 append h2 append h3 append h4 append h5 append h6 append h7

Библиотека sha-256

В своих экспериментах мы будем использовать библиотеку, реализующую алгоритм SHA-256 на Arduino. Эта библиотека содержит несколько примеров, которые мы подробно разберём далее.

Перед использованием функций SHA-256, библиотеку нужно установить стандартным для Arduino способом. Здесь предполагается, что вы достаточно опытный пользователь и умеете работать с Arduino IDE, создавать и загружать скетчи в микроконтроллер.

Версия Arduino IDE может быть любая, начиная с 1.6.5, микроконтроллер подойдёт тоже почти любой из линейки Arduino, например Uno, Nano, Mega и т. д.

Древо меркла

У каждой транзакции есть хэш. Он представляет такую же строку, выводимую с помощью функции SHA-256. Иерархическая принадлежность транзакций образовывает древо вида родитель-ребёнок. Подобно семейному древу, древо Меркла хранит данные обо всех предыдущих транзакциях.

Корень Меркла добавляется в функцию наоборот. Например: b7a0c5014ae6ecb…707a42516e94899073 вместо 37099849e61524…019efbce6ea4105c0a7b.

Как работает майнинг на кодировке sha-256?

В интернете есть сайты с конвертацией любого текста с помощью функции SHA-256. Можно попробовать сделать это самому. 

Например, слово «Hello»: 185f8db32271fe25f561a…a518007d1764826381969.

Выходная строка неизменна, это отличает хэширование от шифрования. Если другой человек с другого устройства введёт «Hello», он получит ту же строку.

Bitcoin использует двойное хеширование. Полученный хэш, он пропускает повторно через SHA-256. Это нужно во избежание атаки «дней рождения», хотя вероятность её невелика.

Например, вводим полученный хэш от «Hello»: 185f8db32271fe25f561a…da518007d1764826381969 = 52c87cd40ccfbd78…d4c3684ed60f6513e8d16077e5b8e.

По такому принципу собирается и обрабатывается целый ряд данных. Результат – блокчейн. Цепочка блоков, образно растущая вверх. Нижние блоки невозможно достать и подменить, не разрушив при этом всё строение сети.

Криптография и diy

Вообще, работа с криптографическими функциями предполагает некоторой базовый уровень знаний в математике и программировании, что отпугивает многих любителей микроконтроллеров. Но криптография и, в частности, хеширование по алгоритму SHA-256 очень широко применяются в современных коммуникациях (например для шифрования беспроводных сообщений) и игнорировать эту тему становится практически невозможно.

Поэтому в этой статье мы максимально просто и доходчиво объясним что такое SHA-256 и как работать на практике с этим алгоритмом хеширования, так, чтобы стало понятно даже самому неподготовленному читателю.

Ради простоты изложения будут опущены многие «заумные» подробности и всё будет изложено максимально простым языком. Те, кому нужны подробности, могут более детально ознакомиться с этой темой на множестве ресурсов в интернете.

Метка времени (timestamp)

В формате системы Unix, количество секунд от начала эпохи (1 января 1970, 00:00).

Принимается сетью, только если число больше медианы временных штампов последних 11 блоков, и меньше медианы штампов, что возвращают подключённые ноды (скорректированное сетью время) 2 часа. 

Биткоин использует беззнаковое целое число для метки времени, поэтому «проблема 2038 года» откладывается еще на 68 лет.

Пример: c6f5d64b.

Нонс (nonce)

Аббревиатура от числа, используемого единожды, при переборе хэшей.

Мы взяли 5 известных значений, описанных выше и теперь можем начать подставлять nonce в функцию, покуда не будет найден хэш, меньше таргета. 

1, 2, 3… 40348, 40349… 168437213, 168437214, 168437215…

Когда нонс подойдёт, и мы получим хэш-значение меньше таргета, установленного сетью, новый блок будет найден. Майнер может добавить в него избранные транзакции (не превышая допустимый размер блока: 1,5 МБ) забетонировать их в нём и получить за это комиссию.

Поиск следующего блока в сети произойдёт с участием этого же набора данных, что теперь изменились в связи с новыми транзакциями в древе Меркла, временем на планете, и т.д.

Особенности sha-256

SHA-2 – это криптографическая хеш-функция и обычно является строительным блоком для других криптографических конструкций. Удовлетворяя требованиям криптографического хэширования, это односторонняя функция, которая детерминирована, быстро вычисляется, устойчива к атакам с предварительным и вторым прообразом, а также устойчива к коллизиям.

Далее её можно использовать в своих целях, наделяя особенностями. Например Bitcoin сделал двойное SHA-256.

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. CPU.
2. GPU.
3. 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.

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. А обменять их можно на wmglobus.

Пример 1: получаем хеш sha-256

Цель этой статьи — объяснить простыми словами что такое SHA-256 и дать практические навыки работы с хешированием для использования его в ваших проектах. Поэтому далее мы подробно разберём работу функций библиотеки SHA-256.

В первом примере мы просто получим хеш SHA-256 строки «abc». Вместо этой строки могла бы быть любая другая. Обратите внимание, что длина исходной строки меньше длины генерируемого хеша.

Теперь полный код первого примера:

/* SHA-256 Test 1
*/
#include "sha256.h"
void printHash(uint8_t* hash) { for (byte i = 0; i < 32; i ) { Serial.print("0123456789abcdef"[hash[i] >> 4]); Serial.print("0123456789abcdef"[hash[i]&0xf]); } Serial.println();
}
void setup() { Serial.begin(115200); Serial.println(F("SHA-256 Test 1 start...")); Serial.println(F("Test: FIPS 180-2 B.1")); Serial.println(F("Expect: ba7816bf8f01cfea414140de5dae2223b00361a396177a9cb410ff61f20015ad")); Serial.print(F("Result: ")); Sha256.init(); Sha256.print("abc"); printHash(Sha256.result());
}
void loop() {
}

И далее подробно разберём его работу. Вначале скетча мы подключаем библиотеку SHA-256

#include "sha256.h"

Далее идёт функция setup(), в которой и происходят все основные действия. Вначале мы инициализируем работу последовательного порта и выводим сообщение о старте скетча в Serial:

void setup() { Serial.begin(115200); Serial.println(F("SHA-256 Test 1 start..."));

Затем выводим вспомогательное сообщение об ожидаемом результате работы нашей функции вычисления хеша SHA-256.

 Serial.println(F("Test: FIPS 180-2 B.1")); Serial.println(F("Expect: ba7816bf8f01cfea414140de5dae2223b00361a396177a9cb410ff61f20015ad")); Serial.print(F("Result: "));

И затем начинаем работу собственно по вычислению хеша SHA-256, а именно, инициализируем объект Sha256.

 Sha256.init();

Далее идёт строка

Sha256.print("abc");

в которой мы направляем исходное сообщение «abc» на вход библиотечной функции вычисления хеша SHA-256. Несмотря на присутствие слова «print» в названии этой функции, она ничего не выводит на печать, а просто получает входные данные.

И наконец, функция Sha256.result() возвращает нам массив из 32-х байт, который и является хешем SHA-256 для входящей строки, в данном случае, «abc».

 printHash(Sha256.result());

Поскольку хеш (набор байтов) нужно представить в удобном для восприятия виде, то результат работы функции Sha256.result() направляется на вход функции печати хеша в Serial.

void printHash(uint8_t* hash) { for (byte i = 0; i < 32; i ) { Serial.print("0123456789abcdef"[hash[i] >> 4]); Serial.print("0123456789abcdef"[hash[i]&0xf]); } Serial.println();
}

Сама по себе работа этой функции довольно интересна, но, поскольку это выходит за рамки текущей статьи, то мы оставляем анализ и разбор её работы заинтересованному читателю в качестве «домашнего задания».

Нам же здесь нужно знать только то, что эта функция выводит хеш в стандартном и читаемом виде.

Как вы видите, результат работы нашего скетча по вычислению хеша SHA-256 строки «abc» полностью совпал с ожидаемым. Этот простой пример показывает как вы можете вычислять хеш SHA-256 в своих реальных проектах.

Пример 2: работаем с hmac

В первом примере мы разобрали самый простой случай, когда мы просто получали SHA-256 хеш исходных данных. Во втором примере мы рассмотрим несколько более сложный вариант, когда в получении хеша участвует некий секретный ключ (секретная последовательность байт).

Этот вариант называется использованием HMAC (Hash-based Message Authentication Code или «основанный на хеше код проверки подлинности сообщения»). Звучит пугающе, но на самом деле всё очень просто — в процесс получения хеша добавляется секретный ключ (который знаете вы и получатель вашего сообщения) и на принимающей стороне могут удостовериться, что ваше сообщение не было изменено.

Полный код второго примера:

/* SHA-256 Test 2 (HMAC)
*/
#include "sha256.h"
uint8_t hmacKey[] = { 0x0b,0x0b,0x0b,0x0b,0x0b,0x0b,0x0b,0x0b,0x0b,0x0b,0x0b,0x0b,0x0b,0x0b,0x0b,0x0b,0x0b,0x0b,0x0b,0x0b
};
void printHash(uint8_t* hash) { for (byte i = 0; i < 32; i ) { Serial.print("0123456789abcdef"[hash[i] >> 4]); Serial.print("0123456789abcdef"[hash[i]&0xf]); } Serial.println();
}
void setup() { Serial.begin(115200); Serial.println(F("SHA-256 Test 2 (HMAC) start...")); Serial.println(F("Test: RFC4231 4.2")); Serial.println(F("Expect: b0344c61d8db38535ca8afceaf0bf12b881dc200c9833da726e9376c2e32cff7")); Serial.print(F("Result: ")); Sha256.initHmac(hmacKey, 20); Sha256.print("Hi There"); printHash(Sha256.resultHmac());
}
void loop() {
}

Теперь разберём подробно работу второго примера. В начале мы объявляем секретный HMAC ключ

uint8_t hmacKey[] = { 0x0b,0x0b,0x0b,0x0b,0x0b,0x0b,0x0b,0x0b,0x0b,0x0b,0x0b,0x0b,0x0b,0x0b,0x0b,0x0b,0x0b,0x0b,0x0b,0x0b
};

который будет участвовать в получении SHA-256 хеша и который должен иметь получатель вашего сообщения. В данном случае это последовательность из 20-и байт 0x0b. Этот набор байт может быть любым, например, значения могут быть разными или длина ключа может быть меньше или больше 20-и байт. Здесь важно только то, что и вы и получатель вашего сообщения должны иметь одинаковый секретный ключ.

Далее идут стандартные действия по инициализации Serial порта и вывод сообщения о старте нашего скетча, а также вывод ожидаемого значения HMAC хеша.

void setup() { Serial.begin(115200); Serial.println(F("SHA-256 Test 2 (HMAC) start...")); Serial.println(F("Test: RFC4231 4.2")); Serial.println(F("Expect: b0344c61d8db38535ca8afceaf0bf12b881dc200c9833da726e9376c2e32cff7")); Serial.print(F("Result: "));

Затем начинается непосредственно работа по генерации хеша. Мы инициализируем объект Sha256 нашим ключом и указываем его длину 20 байт.

 Sha256.initHmac(hmacKey, 20);

Далее подаём на вход строку «Hi There», хеш которой нам нужно получить

 Sha256.print("Hi There");

Получаем результат при помощи функции

Sha256.resultHmac()

и выводим результат на печать.

printHash(Sha256.resultHmac());

Вот результат работы нашего скетча.

Как видите, работа с использованием секретного HMAC ключа не намного сложнее простого вычисления SHA-256 хеша. Фактически, библиотека SHA-256 берёт на себя все трудности по вычислению хешей и нам остаётся только воспользоваться её функциями.

Пример хеширования

Что же такое хеширование? Идея хеш основана на распределении ключей в стандартном массиве H[0..m-1]. 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<strlen(str); i ) h = (h*C ord(str[i])) % m;}

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.

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.

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. Salsa20/8.
2. ChaCha20.
3. 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.

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.

Список криптовалют на sha-256

Отсортированы по размеру капитализации.

• Bitcoin
• Bitcoin Cash
• Bitcoin SV
• Bitcoin Diamond
• BitcoinV
• Namecoin
• ILCoin
• EmerCoin
• Unobtanium
• Litecoin Cash
• Amoveo
• Freicoin
• Bean Cash
• I0Coin
• ADAMANT Messenger
• Internet Of People
• IXCoin
• Sakura Bloom
• Ultimate Secure Cash
• Qbao
• TerraCoin
• Swing
• PRISM
• Sprouts
• Neutron
• Incakoin
• ZetaCoin
• Nubits
• BitTokens
• TRBO
• И ещё сотни с капитализацией менее 100 тыс. $

Ссылки по теме

ATSHA204 — Обзор

ATSHA204 — Спецификации

ATSHA204 — Библиотека и примеры

ATSHA204A — Чтение зоны конфигурации 1

ATSHA204A — Чтение зоны конфигурации 2

ATSHA204A — Чтение зоны конфигурации 3

ATSHA204A — Запись конфигурации 1

ATSHA204A — Запись конфигурации 2

ATSHA204A — Запись конфигурации 3

ATSHA204A — Запись конфигурации 4

ATSHA204A — Config Lock

ATSHA204A — Работа в режиме Config Lock

ATSHA204A — Работа с зонами памяти

ATSHA204A — Запись зоны OTP

ATSHA204A — Data Lock

ATSHA204A — Чтение Data и OTP зон памяти

ATSHA204A — Команда MAC

ATSHA204A — Аутентификация. Базовый блок

ATSHA204A — Аутентификация. Датчик

ATSHA204A — Криптография и команды

ATSHA204A — Команда CheckMac

ATSHA204A — Команда Nonce

ATSHA204A — Команда GenDig

ATSHA204A — Команда HMAC

ATSHA204A — Команда DeriveKey

ATSHA204A — Команда DeriveKey

ATSHA204A — nRF24 аутентификация. База

ATSHA204A — nRF24 аутентификация. Датчик

ATSHA204A — LoRa аутентификация. База

ATSHA204A — LoRa аутентификация. Датчик

Таргет (target)

Сложность следующей цели. Пересчитывается каждые 2022 блоков (примерно 2 недели). Если хэшрейт в сети будет расти, увеличится и количество нулей в таргете искомого хеша, что потребует перебора большего количества хэшей при майнинге криптовалюты. И наоборот, уменьшение желающих участвовать в добыче BTC и валидации блоков, уменьшает сложность и «снижает» таргет. За 1 цикл не может быть изменён более чем в х4 раза.

Например таргет генезис блока был 00000000ffff00000000000000…00000, в 2022 уже 0000000000000529b10000000…00000, в 2022 – 00000000000000000049500d0…00000, а в 2021 – 0000000000000000000cdf6f00…00000. Судя по количеству нулей, можно легко наблюдать рост сложности.

Помещается в функцию тоже в компактном 4-байтном формате вида: f2c9749a.

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.

Топ 10 лучших онлайн сервисов по расшифровке хэшей | rasshifrui.ru

Шаг 2. инициализация значений хеша (h)

Создадим 8 значений хеша. Это константы, представляющие первые 32 бита дробных частей квадратных корней первых 8 простых чисел: 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19.

h0 := 0x6a09e667
h1 := 0xbb67ae85
h2 := 0x3c6ef372
h3 := 0xa54ff53a
h4 := 0x510e527f
h5 := 0x9b05688c
h6 := 0x1f83d9ab
h7 := 0x5be0cd19

Шаг 3. инициализация округлённых констант (k)

Создадим ещё немного констант, на этот раз их 64. Каждое значение — это первые 32 бита дробных частей кубических корней первых 64 простых чисел (2–311).

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

Шаг 5. создаём очередь сообщений (w)

1. Копируем входные данные из шага 1 в новый массив, где каждая запись является 32-битным словом:

01101000011001010110110001101100 01101111001000000111011101101111
01110010011011000110010010000000 00000000000000000000000000000000
00000000000000000000000000000000 00000000000000000000000000000000
00000000000000000000000000000000 00000000000000000000000000000000
00000000000000000000000000000000 00000000000000000000000000000000
00000000000000000000000000000000 00000000000000000000000000000000
00000000000000000000000000000000 00000000000000000000000000000000
00000000000000000000000000000000 00000000000000000000000001011000

2. Добавляем ещё 48 слов, инициализированных нулями, чтобы получить массив w[0…63]:

01101000011001010110110001101100 01101111001000000111011101101111
01110010011011000110010010000000 00000000000000000000000000000000
00000000000000000000000000000000 00000000000000000000000000000000
00000000000000000000000000000000 00000000000000000000000000000000
00000000000000000000000000000000 00000000000000000000000000000000
00000000000000000000000000000000 00000000000000000000000000000000
00000000000000000000000000000000 00000000000000000000000000000000
00000000000000000000000000000000 00000000000000000000000001011000
00000000000000000000000000000000 00000000000000000000000000000000
00000000000000000000000000000000 00000000000000000000000000000000
00000000000000000000000000000000 00000000000000000000000000000000
00000000000000000000000000000000 00000000000000000000000000000000
...
...
00000000000000000000000000000000 00000000000000000000000000000000

3. Изменяем нулевые индексы в конце массива, используя следующий алгоритм:

For i from w[16…63]: s0 = (w[i-15] rightrotate 7) xor (w[i-15] rightrotate 18) xor (w[i-15] righthift 3) s1 = (w[i-2] rightrotate 17) xor (w[i-2] rightrotate 19) xor (w[i-2] righthift 10) w [i] = w[i-16] s0 w[i-7] s1

Давайте посмотрим, как это работает для w[16]:

w[1] rightrotate 7: 01101111001000000111011101101111 -> 11011110110111100100000011101110
w[1] rightrotate 18: 01101111001000000111011101101111 -> 00011101110110111101101111001000
w[1] rightshift 3: 01101111001000000111011101101111 -> 00001101111001000000111011101101
s0 = 11011110110111100100000011101110 XOR 00011101110110111101101111001000 XOR 00001101111001000000111011101101
s0 = 11001110111000011001010111001011
w[14] rightrotate 17: 00000000000000000000000000000000 -> 00000000000000000000000000000000
w[14] rightrotate19: 00000000000000000000000000000000 -> 00000000000000000000000000000000
w[14] rightshift 10: 00000000000000000000000000000000 -> 00000000000000000000000000000000
s1 = 00000000000000000000000000000000 XOR 00000000000000000000000000000000 XOR 00000000000000000000000000000000
s1 = 00000000000000000000000000000000
w[16] = w[0] s0 w[9] s1
w[16] = 01101000011001010110110001101100 11001110111000011001010111001011 00000000000000000000000000000000 00000000000000000000000000000000
// сложение рассчитывается по модулю 2^32
w[16] = 00110111010001110000001000110111

Это оставляет нам 64 слова в нашей очереди сообщений (w):

01101000011001010110110001101100 01101111001000000111011101101111
01110010011011000110010010000000 00000000000000000000000000000000
00000000000000000000000000000000 00000000000000000000000000000000
00000000000000000000000000000000 00000000000000000000000000000000
00000000000000000000000000000000 00000000000000000000000000000000
00000000000000000000000000000000 00000000000000000000000000000000
00000000000000000000000000000000 00000000000000000000000000000000
00000000000000000000000000000000 00000000000000000000000001011000
00110111010001110000001000110111 10000110110100001100000000110001
11010011101111010001000100001011 01111000001111110100011110000010
00101010100100000111110011101101 01001011001011110111110011001001
00110001111000011001010001011101 10001001001101100100100101100100
01111111011110100000011011011010 11000001011110011010100100111010
10111011111010001111011001010101 00001100000110101110001111100110
10110000111111100000110101111101 01011111011011100101010110010011
00000000100010011001101101010010 00000111111100011100101010010100
00111011010111111110010111010110 01101000011001010110001011100110
11001000010011100000101010011110 00000110101011111001101100100101
10010010111011110110010011010111 01100011111110010101111001011010
11100011000101100110011111010111 10000100001110111101111000010110
11101110111011001010100001011011 10100000010011111111001000100001
11111001000110001010110110111000 00010100101010001001001000011001
00010000100001000101001100011101 01100000100100111110000011001101
10000011000000110101111111101001 11010101101011100111100100111000
00111001001111110000010110101101 11111011010010110001101111101111
11101011011101011111111100101001 01101010001101101001010100110100
00100010111111001001110011011000 10101001011101000000110100101011
01100000110011110011100010000101 11000100101011001001100000111010
00010001010000101111110110101101 10110000101100000001110111011001
10011000111100001100001101101111 01110010000101111011100000011110
10100010110101000110011110011010 00000001000011111001100101111011
11111100000101110100111100001010 11000010110000101110101100010110

Шаг 6. цикл сжатия

1. Инициализируем переменные a, b, c, d, e, f, g, h и установим их равными текущим значениям хеша соответственно. h0, h1, h2, h3, h4, h5, h6, h7.
2. Запустим цикл сжатия, который будет изменять значения a…h . Цикл выглядит следующим образом:

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 e = d temp1 d = c c = b b = a a = temp1 temp2

Давайте пройдём первую итерацию. Сложение рассчитывается по модулю 2^32:

a = 0x6a09e667 = 01101010000010011110011001100111
b = 0xbb67ae85 = 10111011011001111010111010000101
c = 0x3c6ef372 = 00111100011011101111001101110010
d = 0xa54ff53a = 10100101010011111111010100111010
e = 0x510e527f = 01010001000011100101001001111111
f = 0x9b05688c = 10011011000001010110100010001100
g = 0x1f83d9ab = 00011111100000111101100110101011
h = 0x5be0cd19 = 01011011111000001100110100011001
e rightrotate 6: 01010001000011100101001001111111 -> 11111101010001000011100101001001
e rightrotate 11: 01010001000011100101001001111111 -> 01001111111010100010000111001010
e rightrotate 25: 01010001000011100101001001111111 -> 10000111001010010011111110101000
S1 = 11111101010001000011100101001001 XOR 01001111111010100010000111001010 XOR 10000111001010010011111110101000
S1 = 00110101100001110010011100101011
e and f: 01010001000011100101001001111111 & 10011011000001010110100010001100 = 00010001000001000100000000001100
not e: 01010001000011100101001001111111 -> 10101110111100011010110110000000
(not e) and g: 10101110111100011010110110000000 & 00011111100000111101100110101011 = 00001110100000011000100110000000
ch = (e and f) xor ((not e) and g) = 00010001000001000100000000001100 xor 00001110100000011000100110000000 = 00011111100001011100100110001100
// k[i] is the round constant
// w[i] is the batch
temp1 = h S1 ch k[i] w[i]
temp1 = 01011011111000001100110100011001 00110101100001110010011100101011 00011111100001011100100110001100 1000010100010100010111110011000 01101000011001010110110001101100
temp1 = 01011011110111010101100111010100
a rightrotate 2: 01101010000010011110011001100111 -> 11011010100000100111100110011001
a rightrotate 13: 01101010000010011110011001100111 -> 00110011001110110101000001001111
a rightrotate 22: 01101010000010011110011001100111 -> 00100111100110011001110110101000
S0 = 11011010100000100111100110011001 XOR 00110011001110110101000001001111 XOR 00100111100110011001110110101000
S0 = 11001110001000001011010001111110
a and b: 01101010000010011110011001100111 & 10111011011001111010111010000101 = 00101010000000011010011000000101
a and c: 01101010000010011110011001100111 & 00111100011011101111001101110010 = 00101000000010001110001001100010
b and c: 10111011011001111010111010000101 & 00111100011011101111001101110010 = 00111000011001101010001000000000
maj = (a and b) xor (a and c) xor (b and c) = 00101010000000011010011000000101 xor 00101000000010001110001001100010 xor 00111000011001101010001000000000 = 00111010011011111110011001100111
temp2 = S0 maj = 11001110001000001011010001111110 00111010011011111110011001100111 = 00001000100100001001101011100101
h = 00011111100000111101100110101011
g = 10011011000001010110100010001100
f = 01010001000011100101001001111111
e = 10100101010011111111010100111010 01011011110111010101100111010100 = 00000001001011010100111100001110
d = 00111100011011101111001101110010
c = 10111011011001111010111010000101
b = 01101010000010011110011001100111
a = 01011011110111010101100111010100 00001000100100001001101011100101 = 01100100011011011111010010111001

Все расчёты выполняются ещё 63 раза, изменяя переменные а…h. В итоге мы должны получить следующее:

h0 = 6A09E667 = 01101010000010011110011001100111
h1 = BB67AE85 = 10111011011001111010111010000101
h2 = 3C6EF372 = 00111100011011101111001101110010
h3 = A54FF53A = 10100101010011111111010100111010
h4 = 510E527F = 01010001000011100101001001111111
h5 = 9B05688C = 10011011000001010110100010001100
h6 = 1F83D9AB = 00011111100000111101100110101011
h7 = 5BE0CD19 = 01011011111000001100110100011001
a = 4F434152 = 001001111010000110100000101010010
b = D7E58F83 = 011010111111001011000111110000011
c = 68BF5F65 = 001101000101111110101111101100101
d = 352DB6C0 = 000110101001011011011011011000000
e = 73769D64 = 001110011011101101001110101100100
f = DF4E1862 = 011011111010011100001100001100010
g = 71051E01 = 001110001000001010001111000000001
h = 870F00D0 = 010000111000011110000000011010000

Шаг 7. изменяем окончательные значения

После цикла сжатия, но ещё внутри основного цикла, мы модифицируем значения хеша, добавляя к ним соответствующие переменные a…h. Как обычно, всё сложение происходит по модулю 2^32.

h0 = h0 a = 10111001010011010010011110111001
h1 = h1 b = 10010011010011010011111000001000
h2 = h2 c = 10100101001011100101001011010111
h3 = h3 d = 11011010011111011010101111111010
h4 = h4 e = 11000100100001001110111111100011
h5 = h5 f = 01111010010100111000000011101110
h6 = h6 g = 10010000100010001111011110101100
h7 = h7 h = 11100010111011111100110111101001

Шаг 8. получаем финальный хеш

И последний важный шаг — собираем всё вместе.

digest = h0 append h1 append h2 append h3 append h4 append h5 append h6 append h7 = B94D27B9934D3E08A52E52D7DA7DABFAC484EFE37A5380EE9088F7ACE2EFCDE9

Готово! Мы выполнили каждый шаг SHA-2 (SHA-256) (без некоторых итераций).