FacebookLinkedInTweet更新日期： 2025 年 2 月 3 日
本文為 資安入門 系列文，第 3 篇
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SHA-1（Secure Hash Algorithm 1）是一種雜湊演算法，由 美國國家安全局（NSA） 設計，並於 1995 年由 美國國家標準與技術研究院（NIST） 發布。
SHA-1 的作用是將任意長度的輸入數據轉換為 固定 160 位元（20 字節） 的雜湊值（Hash Value），通常以 40 個十六進位字元表示。例如：
輸入：「hello」 → SHA-1 雜湊值：f572d396fae9206628714fb2ce00f72e94f2258f
輸入：「hello world」 → SHA-1 雜湊值：2ef7bde608ce5404e97d5f042f95f89f1c232871
SHA-1 曾廣泛應用於數據完整性驗證、密碼儲存、SSL/TLS 加密、數字簽章等安全領域，但如今已被認為不安全，並被更強的雜湊演算法（如 SHA-256、SHA-512）取代。
SHA-1 的特性
固定輸出長度：無論輸入資料的長度是多少，SHA-1 產生的雜湊值長度始終為 160 位元（40 個十六進位字元）。
單向性（不可逆）：理論上無法從 SHA-1 雜湊值推回原始數據。
相同輸入產生相同輸出：相同的輸入，無論計算多少次，SHA-1 產生的雜湊值都是一樣的。
雪崩效應（Avalanche Effect）：輸入的任何微小變化，會導致雜湊值完全不同。
抗碰撞性（已被破解）：不同的輸入應該要產生不同的雜湊值，但 SHA-1 已經被證明可以產生相同的雜湊值（碰撞攻擊），因此安全性大幅降低。
SHA-1 為什麼不安全？
雖然 SHA-1 在設計時具有良好的安全性，但隨著計算能力的提升，研究人員已經發現多種方式來破解它，主要問題如下：
碰撞攻擊（Collision Attack）已被實證
碰撞攻擊指的是兩個不同的輸入能夠產生相同的 SHA-1 雜湊值，這使 SHA-1 無法保證數據的唯一性與完整性。
2017 年，Google 和荷蘭阿姆斯特丹大學的研究人員成功製造出兩個不同的 PDF 文件，但它們的 SHA-1 雜湊值完全相同，這項研究被稱為 SHAttered 攻擊。
SHA-1 碰撞示範（Google SHAttered 攻擊）：
文件 A 的 SHA-1：38762cf7f55934b34d179ae6a4c80cadccbb7f0a
文件 B 的 SHA-1：38762cf7f55934b34d179ae6a4c80cadccbb7f0a
這代表攻擊者可以製造一個與原始文件具有相同 SHA-1 值的惡意文件，並用於欺騙驗證系統，例如：
偽造數字簽章，欺騙電子文件驗證系統
竄改檔案（如軟體更新包），讓受害者下載被植入惡意代碼的文件
計算能力提升，破解 SHA-1 變得更容易
SHA-1 在設計時，碰撞攻擊的計算難度非常高，但如今隨著 GPU、FPGA 和雲端運算 的進步，攻擊變得更快、更便宜。
2012 年，研究人員估計破解 SHA-1 需要 7,000,000 美元的運算成本
2017 年，Google 透過 90 天內的運算 成功破解 SHA-1
2020 年，研究顯示破解 SHA-1 的成本已降至 45,000 美元以下
2022 年，攻擊成本更下降到 不到 1,000 美元，普通駭客也能利用現有工具來攻擊
這表示，SHA-1 已經無法抵抗現代計算能力的暴力破解，應立即停止使用。
SHA-1 與 MD5 的關係
SHA-1 是 MD5 的改良版
MD5（Message Digest Algorithm 5）於 1992 年 由 Ron Rivest 設計，主要用來生成固定長度的雜湊值，但後來發現它容易受到碰撞攻擊（Collision Attack）。
為了解決 MD5 的安全問題，美國國家安全局（NSA）在 1995 年 設計了 SHA-1，其主要目標是增強抗碰撞性，使得產生相同雜湊值的機率更低。
SHA-1 與 MD5 的相似點
都是雜湊演算法（Hash Algorithm），可以將輸入轉換為固定長度的數據指紋。
都是單向函數（不可逆），理論上無法從雜湊值推回原始輸入。
都有雪崩效應（Avalanche Effect），輸入稍微改變，雜湊值就會完全不同。
SHA-1 相較於 MD5 的改進點
更長的輸出長度
MD5 產生 128 位元（16 字節） 的雜湊值
SHA-1 產生 160 位元（20 字節） 的雜湊值
更長的雜湊值讓 SHA-1 相較 MD5 更難被暴力破解
更強的數學運算結構
SHA-1 採用更多的數學步驟來處理數據，比 MD5 更難產生碰撞
SHA-1 與 MD5 的比較
特性MD5SHA-1發布年份1992 年1995 年設計機構Ron Rivest（RSA）NSA（美國國安局）輸出長度128 位元（32 字元）160 位元（40 字元）計算速度快稍微慢一點安全性已破解，不安全已破解，不安全碰撞攻擊2004 年被破解2017 年被破解替代方案SHA-256、bcryptSHA-256、SHA-512
SHA-1 和 MD5 現在都不安全
雖然 SHA-1 比 MD5 更安全，但現在計算能力提升，SHA-1 也已經不夠安全，兩者都已經被更強的雜湊演算法（如 SHA-256、SHA-512）取代。
如果你的系統仍在使用 MD5 或 SHA-1，建議立即升級為更安全的演算法，例如 SHA-256、bcrypt 或 Argon2，以避免資料遭到破解或竄改。
SHA-1 已被禁止使用
由於 SHA-1 的安全性問題，各大安全機構已經宣布停止使用 SHA-1：
2011 年：NIST（美國國家標準技術研究院）建議改用 SHA-256 或 SHA-3
2017 年：Google 發表 SHAttered 攻擊，證明 SHA-1 碰撞攻擊可行
2018 年：微軟、Google、Mozilla 等停止支援 SHA-1 憑證
2020 年：GitHub 宣布逐步淘汰 SHA-1
2023 年：主要瀏覽器（Chrome、Firefox、Edge）完全拒絕 SHA-1 HTTPS 憑證
現在，SHA-1 已經不符合現代安全標準，所有系統應立即改用 SHA-256 或更強的演算法。
SHA-1 的替代方案
由於 SHA-1 不再安全，建議改用以下更強的雜湊演算法：
演算法輸出長度安全性適用範圍SHA-256256 位元（64 字元）高數據完整性驗證、區塊鏈SHA-512512 位元（128 字元）更高高安全需求（如政府機構）bcrypt可變長度非常高密碼儲存，防止暴力破解Argon2可變長度最安全密碼儲存，防止 GPU 攻擊
結論
SHA-1 曾經是安全領域的重要技術，但現在已經不安全，應該全面淘汰。
目前，各大網路平台與安全機構已經禁止使用 SHA-1，並建議改用 SHA-256、SHA-512 或 bcrypt 來確保數據的安全性。
如果你的系統仍然依賴 SHA-1，應儘快進行升級，以防止資料被竄改或攻擊。