Wie wird der SHA-256 Algorithmus implementiert?

SHA-256 (Secure Hash Algorithm 256) ist ein kryptografischer Hash-Algorithmus, der eine Eingabe beliebiger Länge in einen 256-Bit-Hashwert (32 Byte) umwandelt. Die Implementierung erfolgt in mehreren Schritten, die im Folgenden zusammengefasst werden:

**1. Vorverarbeitung (Preprocessing):**
- **Padding:** Die Eingabedaten werden so aufgefüllt, dass ihre Länge (in Bits) kongruent zu 448 mod 512 ist. Das Padding beginnt mit einem einzelnen '1'-Bit, gefolgt von so vielen '0'-Bits wie nötig.
- **Längenanhang:** An das Ende wird die ursprüngliche Nachrichtenlänge als 64-Bit-Wert angehängt.

**2. Initialisierung der Hash-Werte:**
- Acht 32-Bit-Konstanten werden als Anfangswerte festgelegt (H0 bis H7).

**3. Verarbeitung in 512-Bit-Blöcken:**
- Die Nachricht wird in 512-Bit-Blöcke aufgeteilt.
- Für jeden Block:
- **Message Schedule:** Ein Array W[0..63] wird erstellt. Die ersten 16 Werte sind die 32-Bit-Wörter des Blocks, die restlichen 48 werden mit bestimmten Bitoperationen berechnet.
- **Initialisierung der Arbeitsvariablen:** Acht Variablen (a bis h) werden mit den aktuellen Hash-Werten initialisiert.
- **Hauptschleife (64 Runden):** In jeder Runde werden die Arbeitsvariablen mit Bitoperationen, Additionen und Konstanten (K[0..63]) aktualisiert. Die wichtigsten Operationen sind:
- Ch (choice), Maj (majority), Σ0, Σ1, σ0, σ1 (verschiedene Rotationen und Shifts)
- **Update der Hash-Werte:** Die Ergebnisse der Runde werden zu den aktuellen Hash-Werten addiert.

**4. Ausgabe:**
- Nach der Verarbeitung aller Blöcke werden die acht Hash-Werte zu einem 256-Bit-Hashwert zusammengefügt.

**Pseudocode (vereinfacht):**
```plaintext
1. Pad the message
2. Parse message into 512-bit blocks
3. Set initial hash values (H0..H7)
4. For each block:
a. Prepare message schedule W[0..63]
b. Initialize working variables (a..h)
c. For i = 0 to 63:
T1 = h + Σ1(e) + Ch(e,f,g) + K[i] + W[i]
T2 = Σ0(a) + Maj(a,b,c)
h = g
g = f
f = e
e = d + T1
d = c
c = b
b = a
a = T1 + T2
d. Add working variables to hash values
5. Output concatenation of H0..H7
```

**Hinweis:**
Die genaue Implementierung erfordert sorgfältige Bitoperationen und die Verwendung der in der SHA-256-Spezifikation definierten Konstanten und Funktionen. Für Details siehe die [SHA-256 Spezifikation (FIPS PUB 180-4)](https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/FIPS/NIST.FIPS.180-4.pdf).

**Beispielimplementierungen:**
- [OpenSSL SHA-256 Implementierung (C)](https://github.com/openssl/openssl/blob/master/crypto/sha/sha256.c)
- [Python hashlib Modul](https://docs.python.org/3/library/hashlib.html)

SHA-256 ist komplex, aber die Grundstruktur bleibt in allen Implementierungen gleich.