哈希算法到底是什么？它又是如何運行的？Greg Walker 用視頻給出了一個可視化的解答，并在 GitHub 上進行了共享，詳細介紹了 SHA-256 函數的工作原理。

項目鏈接：https://github.com/in3rsha/sha256-animation Greg Walker 喜歡構建一些教育性網站，簡單易懂地講解一些科普類算法。 他在這個解釋 SHA-256 的視頻中，不僅介紹了哈希計算，還涉及比特幣挖礦、基礎運算、函數、常量等知識。 什么是哈希函數？ 哈希就是將不同的輸入映射成獨一無二的、固定長度的值（又稱 "哈希值"），是最常見的軟件運算之一。很多網絡服務會使用哈希函數，產生一個 token，標識用戶的身份和權限。 那它是如何運行的呢？哈希函數可以把給定的數據轉換成固定長度的無規律數值。此處為方便讀者理解，我們借用《我的第一本算法書》里的比喻：將哈希函數想象成攪拌機。

圖源：《我的第一本算法書》 將數據 “abc” 放入攪拌機里，經過哈希函數計算后，會輸出固定長度且無規律的數值，而這個無規律數值就是“哈希值”，絕大多數情況用十六進制來表示。

哈希函數有一系列特征，如上圖所示，輸出的哈希值與輸入數據的大小、長度等沒有任何關系。

若輸入相同，輸出的哈希值也必定相同。

如輸入不同，輸出的哈希值也必然不同，哪怕是只有細微區別。

在輸入數據完全不同的情況下，輸出的哈希值有可能是相同的，這種少數特殊情況稱為“哈希沖突”。

同時，哈希值是不可逆的，也就是說，通過哈希值不可能反向推算出原本的數據。 在本項目中，Greg Walker 也通過視頻介紹了以上幾大特征。

SHA-256 SHA 包括 SHA-0、SHA-1、SHA-2 和 SHA-3 系列，SHA-256 是 SHA-2 系列的函數之一。其摘要長度為 256 bits，即 32 個字節，故稱 SHA-256。SHA-256 常出現于比特幣領域。 那么 SHA-256 到底是什么樣的呢？Greg Walker 提供了動畫展示。

動畫展示 SHA-256，你也能做到

只需對需要進行 hash 處理的數據運行 sha256.rb 腳本即可。

# simpleruby sha256.rb abc # hash binary or hex data by using `0b` or `0x` prefixesruby sha256.rb 0b01100001ruby sha256.rb 0xaabbccdd # speed up or step through the animation (optional)ruby sha256.rb abc normal # defaultruby sha256.rb abc fastruby sha256.rb abc enter 輸入二進制字符串作為參數，從而運行 SHA-256 中的各個函數：

ruby shr.rb 11111111111111110000000000000000 22ruby rotr.rb 11111111111111110000000000000000 22ruby sigma0.rb 11111111111111110000000000000000ruby sigma1.rb 11111111111111110000000000000000ruby usigma0.rb 11111111111111110000000000000000ruby usigma1.rb 11111111111111110000000000000000ruby ch.rb 11111111111111110000000000000000 11110000111100001111000011110000 00000000000000001111111111111111ruby maj.rb 11111111111111110000000000000000 11110000111100001111000011110000 00000000000000001111111111111111 你也可以使用 hash256.rb 來進行 double-SHA256，該腳本默認接受十六進制數據，如交易數據等。

ruby hash256.rb 0100000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000003ba3edfd7a7b12b27ac72c3e67768f617fc81bc3888a51323a9fb8aa4b1e5e4a29ab5f49ffff001d1dac2b7c # genesis block headerSHA-256 的工作原理基礎運算 這里只對 SHA-256 的基礎運算進行簡單介紹。 SHA-256 uses four basic bitwise operations on words. SHA-256 對 words 使用 4 種 bitwise 基礎運算。 右移 (shr.rb)

SHRn(x) = x >> n 將 bits 向右移動多個位置，同時從右側移出的 bits 丟失。 向右旋轉 (rotr.rb)

將 bits 向右移動多個位置，然后將移動后的 bits 放在左側，也稱為「循環右移」。 Exclusive Or (xor.rb)

x ^ y ^ z XOR 的輸入為兩個 bit，如果其中只有一個為 1，則輸出 1。在合并多個 bit 時通過多次 XOR 運算進行，同時獲得多個 bit 的“平衡表示”（balanced representation）。 加法 (add.rb)

(v + w + x + y + z) % 232 這是非常標準的整數加法運算，唯一的不同是，此處采用結果模數為 2^32，從而將結果限制為 32 位數字。 函數 將上述運算組合起來，就可以創建函數。 前四個函數使用希臘符號 Sigma 命名（小寫σ和大寫Σ）。 σ0 (sigma0.rb)

σ0(x) = ROTR7(x) ^ ROTR18(x) ^ SHR3(x) σ1 (sigma1.rb)

σ1(x) = ROTR17(x) ^ ROTR19(x) ^ SHR10(x) Σ0 (usigma0.rb)

Σ0(x) = ROTR2(x) ^ ROTR13(x) ^ ROTR22(x) Σ1 (usigma1.rb)

Σ1(x)=ROTR6(x)^ROTR11(x)^ROTR25(x) 最后兩個函數 “Choice” 和“Majority”可接受三個不同的輸入，如下所示： Choice (ch.rb)

該函數基于 x 位在 y 位和 z 位之間做出選擇。如果 x = 1，則選擇 y 位；如果 x = 0，則選擇 z 位。

Ch(x, y, z) = (x & y) ^ (~x & z) Majority (maj.rb)

該函數返回的是三個 bits 中的多數。

Maj(x, y, z) = (x & y) ^ (x & z) ^ (y & z)壓縮 該教程中還介紹了很多有趣的基礎知識，這里不再贅述。我們重點來看哈希函數的壓縮函數，這也是其核心功能。 對于消息調度中的每個詞，我們都使用 “狀態寄存器” 中的當前值來計算兩個新的臨時詞（設為 T_1 和 T_2）。

Temporary Word 1 (t1.rb)

T1 = Σ1(e) + Ch(e, f, g) + h + Kt + Wt 此臨時詞將消息調度中的下一個單詞與列表中的下一個常量并在一起運行。 Temporary Word 2 (t2.rb)

T2 = Σ0(a) + Maj(a, b, c) 通過將狀態寄存器中第一個值Σ_0 進行旋轉，與前三個寄存器中的 Majority 的值相加來計算這個臨時詞。 壓縮 (compression.rb)

在計算了兩個臨時詞之后，將狀態寄存器中的值移至下一個位置，并更新寄存器： 狀態寄存器中的第一個值變為 T_1 + T_2，同時狀態寄存器中的第五個值已添加了 T_1。 這即是一輪壓縮，對于信息調度中的每個詞該過程都會重復一次。 在壓縮了整個消息調度之后，我們將得到的哈希值添加到初始哈希值中，由此得出消息塊的最終哈希值。 但如果還有其他消息塊要處理，則將當前哈希值在下一次壓縮中用作初始哈希值。如下圖所示：