SHA-256 Nedir, Nerelerde Kullanılır?

SHA-256 nedir?

SHA-256, "Secure Hash Algorithm 256" ifadesinin kısaltmasıdır. Adındaki 256, ürettiği özetin bit uzunluğunu gösterir. ABD standartlar kurumu NIST'in yayımladığı SHA-2 ailesine aittir; bu aile ilk kez Ağustos 2002'de yayımlanan FIPS 180-2 standardıyla tanımlandı, bugünkü güncel metin ise Ağustos 2015 tarihli FIPS 180-4'tür. FIPS 180-4 yedi algoritma tanımlar: SHA-1, SHA-224, SHA-256, SHA-384, SHA-512, SHA-512/224 ve SHA-512/256.

Hash kavramını, MD5 ile farkını ve dijital imzanın genel mantığını Hash nedir? yazısında anlattık. Bu yazı SHA-256'nın kendisine odaklanıyor: nasıl çalıştığı, ne kadar güvenli olduğu ve nerede kullanıldığı.

SHA-256 ne işe yarar?

SHA-256'nın temel işi, bir verinin değişip değişmediğini kısa ve karşılaştırması kolay bir değerle göstermektir. Başlıca kullanım alanları:

• Dosya doğrulama: Yazılım üreticileri indirme dosyalarının SHA-256 değerini yayımlar; siz de indirdiğiniz dosyanın özetini hesaplayıp karşılaştırırsınız.
• Dijital imza ve sertifikalar: İmza, belgenin tamamı yerine SHA-256 özeti üzerinden atılır. HTTPS sertifikalarında da bu yöntem kullanılır.
• TLS (HTTPS) bağlantıları: TLS 1.3'ü tanımlayan RFC 8446, uyumlu her uygulamanın TLS_AES_128_GCM_SHA256 şifre takımını desteklemesini zorunlu tutar; adındaki SHA256 bu takımda kullanılan hash fonksiyonudur. Ayrıntılar SSL/TLS ve güvenli iletişim yazısında.
• HMAC-SHA256: Gizli bir anahtarla birlikte kullanılan SHA-256; API isteklerini ve oturum çerezlerini doğrulamakta yaygındır.
• Blokzincir: Bitcoin, blok özetleri ve iş kanıtı için SHA-256'yı art arda iki kez uygular.

NIST'in hash fonksiyonları politikası da birlikte çalışabilirlik gereken uygulamalarda en az SHA-256 kullanılmasını önerir.

SHA-256 algoritması nasıl çalışır?

SHA-256'nın matematiği karmaşık görünse de iş akışı dört adımda özetlenebilir. Aşağıdaki sayılar FIPS 180-4'ten alınmıştır.

1. Dolgu (padding)

Mesaj önce bitlere çevrilir. Sonuna bir adet "1" biti, ardından yeterince "0" biti eklenir; en sona da mesajın asıl uzunluğu 64 bitlik bir sayı olarak yazılır. Amaç, toplam uzunluğu 512'nin katına getirmektir. Bu yüzden 55 bayta kadar olan bir mesaj tek bloğa sığar, 56 baytlık bir mesaj ise iki blok tutar.

2. Başlangıç değerleri

Algoritma, sekiz adet 32 bitlik başlangıç değeriyle başlar. Bu değerler rastgele seçilmemiştir: ilk sekiz asal sayının (2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19) kareköklerinin ondalık kısımlarının ilk 32 bitidir. Örneğin √2'den türetilen ilk değer 6a09e667'dir. Her turda kullanılan 64 sabit de ilk 64 asal sayının küpköklerinden aynı yöntemle elde edilir; ilki 428a2f98'dir. Böyle "gizlenecek bir şeyi olmayan" sabitler seçmek, tasarımcının sabitlerin içine gizli bir zayıflık yerleştirmediğine dair güven verir.

3. Sıkıştırma: 64 tur

Her 512 bitlik blok önce 16 adet 32 bitlik sözcüğe bölünür, sonra bit döndürme, kaydırma, XOR ve toplama işlemleriyle 64 sözcüğe genişletilir (mesaj çizelgesi). Ardından a'dan h'ye kadar adlandırılan sekiz çalışma değişkeni 64 tur boyunca karıştırılır. Her turda bit döndürme, XOR, "seçme" ve "çoğunluk" fonksiyonları ile 2³² modunda toplama yapılır. Blok bitince sonuç, önceki ara özete eklenir ve sıradaki bloğa geçilir.

4. Sonuç

Son blok işlendiğinde sekiz adet 32 bitlik değer yan yana yazılır ve 256 bitlik özet ortaya çıkar. Her bloğun sonucu bir sonrakine aktarıldığı için mesajın herhangi bir yerindeki tek bir bit değişikliği bile son özeti tamamen değiştirir.

Örnek SHA-256 değerleri

Aşağıdaki özetler UTF-8 kodlamasıyla hesaplanmıştır. Tek bir büyük harfin veya noktanın bile sonucu nasıl baştan sona değiştirdiğine dikkat edin:

Boş metnin bile özeti vardır; çünkü dolgu adımı her zaman en az bir blok üretir. Bu değerleri SHA-256 hesaplama aracına aynı metinleri yazarak kendiniz doğrulayabilirsiniz; hesaplama tarayıcınızda yapılır. Türkçe karakterli metinlerde farklı sonuç almanızın en sık nedeni kodlama farkıdır (UTF-8 yerine eski Windows kodlaması).

SHA-256 nasıl hesaplanır? Python ve JavaScript örnekleri

Python'da standart kütüphanedeki hashlib yeterlidir:

import hashlib

ozet = hashlib.sha256("merhaba".encode("utf-8")).hexdigest()
print(ozet)  # 4c6bcdd55f3153e1939669ab1ec039e4059174dc25abdfcb2f58868849b4d61b
print(len(ozet))  # 64

Tarayıcıda ve Node.js'te Web Crypto API kullanılabilir. Aşağıdaki kod Node.js 24'te bir .mjs dosyası olarak çalıştırılmıştır; tarayıcıda da aynı şekilde çalışır:

const veri = new TextEncoder().encode("merhaba");
const ozet = await crypto.subtle.digest("SHA-256", veri);
const hex = [...new Uint8Array(ozet)]
  .map((b) => b.toString(16).padStart(2, "0"))
  .join("");
console.log(hex); // 4c6bcdd55f3153e1939669ab1ec039e4059174dc25abdfcb2f58868849b4d61b

C# için ayrıntılı bir örnek C# ile SHA256 yazısında bulunuyor. Windows'ta bir dosyanın SHA-256 değeri için PowerShell'deki Get-FileHash komutu varsayılan olarak SHA-256 kullanır.

SHA-256 ne kadar güvenli?

Bir hash fonksiyonunun güvenliği birkaç ayrı soruyla ölçülür. NIST'in hash fonksiyonları sayfasına göre çakışma direncinin bit cinsinden gücü, çıktı uzunluğunun yarısıdır:

• Çakışma direnci (128 bit): Aynı özeti veren iki farklı girdi bulmak yaklaşık 2¹²⁸ işlem gerektirir. Buradaki "yarıya inme", doğum günü paradoksu denen olasılık etkisinden kaynaklanır.
• Ön görüntü direnci (256 bit): Verilen bir özeti üreten herhangi bir girdiyi bulmak, deneme yoluyla 2²⁵⁶ mertebesinde iş ister.

Bu sayılar bugünkü ve öngörülebilir bilgisayar gücünün çok ötesindedir. MD5 ve SHA-1'in aksine, SHA-256 için bilinen pratik bir çakışma saldırısı yoktur. NIST de 2015 tarihli politikasında SHA-2 kullanan uygulamaların SHA-3'e geçmesine şu an gerek olmadığını belirtir.

Uzunluk uzatma: yanlış kullanımda ortaya çıkan zayıflık

SHA-256'nın tasarımından gelen bir özelliği vardır: özet(gizli + mesaj) değerini bilen biri, gizli değeri bilmeden gizli + mesaj + ek biçimindeki uzatılmış bir mesajın geçerli özetini hesaplayabilir. Buna uzunluk uzatma (length extension) saldırısı denir; NIST'e FIPS 180-4 için iletilen kamu yorumlarında da SHA-256 ve SHA-512'nin bu saldırıya açık olduğu ve HMAC kullanılması gerektiği vurgulanır.

Pratik sonucu basittir: bir mesajı gizli bir anahtarla doğrulamak istiyorsanız anahtarı mesajın başına ekleyip SHA-256 almayın, HMAC-SHA256 kullanın. HMAC'in iç yapısı bu saldırıyı engeller.

SHA-256 ile şifre saklanır mı?

Tek başına saklanmamalıdır. SHA-256 hızlı olacak şekilde tasarlanmıştır; bu dosya doğrulamada avantaj, şifre saklamada ise dezavantajdır. Sızan bir veritabanındaki SHA-256 özetleri üzerinde saldırgan, ekran kartlarıyla çok sayıda şifre tahminini kısa sürede deneyebilir. Aynı şifreyi kullanan iki kullanıcının özeti de aynı çıkar.

Şifreler için her kullanıcıya ayrı tuz (salt) ekleyen ve bilerek yavaş çalışan bcrypt, scrypt veya Argon2 kullanılmalıdır; ayrıntılar şifreler nasıl saklanmalı yazısında. Kullanıcı tarafında en iyi savunma ise uzun ve rastgele bir şifredir.

SHA-256, SHA-512 ve SHA-3 karşılaştırması

Günlük işlerin neredeyse tamamında SHA-256 doğru seçimdir. Bir sistemin gereksinimleri başka bir algoritmayı şart koşmuyorsa onu değiştirmek için bir neden yoktur.