区块链与密码学原理之：Hash算法的分类和原理浅析

Posted 2021-04-12 Unitimes

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了区块链与密码学原理之：Hash算法的分类和原理浅析相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

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全球视角，独到见解

“Hash算法广泛应用于区块链工作量证明中，每个具有创新性的区块链项目中均有各自不同的实现和属于区块链中比较核心和基础的技术，本文主要介绍Hash算法中的相关原理，便于大家更深入理解这项技术。”

Hash算法在信息安全方面的应用主要体现在三个方面：

文件校验

我们比较熟悉的校验算法有奇偶校验和CRC校验，这2种校验并没有抗数据篡改的能力，它们一定程度上能检測并纠正传输数据中的信道误码，但却不能防止对数据的恶意破坏。

MD5 Hash算法的”数字指纹”特性，使它成为眼下应用最广泛的一种文件完整性校验和(Checksum)算法，不少Unix系统有提供计算md5 checksum的命令。

数字签名

Hash 算法也是现代password体系中的一个重要组成部分。因为非对称算法的运算速度较慢，所以在数字签名协议中，单向散列函数扮演了一个重要的角色。对 Hash 值，又称”数字摘要”进行数字签名，在统计上能够觉得与对文件本身进行数字签名是等效的。并且这种协议还有其它的长处。

鉴权协议

例如以下的鉴权协议又被称作挑战–认证模式：在传输信道是可被侦听，但不可被篡改的情况下，这是一种简单而安全的方法。

“

Hash算法分类

”

一般的说，Hash算法函数根据其原理，能够简单的划分为例如以下几类：

1. 加法Hash；
2. 位运算Hash；
3. 乘法Hash；
4. 除法Hash；
5. 查表Hash；
6. 混合Hash；

以下具体的介绍以上各种方式在实际中的运用。

加法Hash

所谓的加法Hash就是把输入元素一个一个的加起来构成最后的结果。标准的加法Hash的构造例如以下：

static int [color=’teal !important’]additiveHash(String key, int prime)

{
int hash, i;
for (hash = key.[color=’teal !important’]length(), i = 0; i < key.[color=’teal !important’]length(); i++)
hash += key.[color=’teal !important’]charAt(i);
return (hash % prime);
}

这里的prime是随意的质数，看得出，结果的值域为[0,prime-1]。

位运算Hash

这类型Hash函数通过利用各种位运算（常见的是移位和异或）来充分的混合输入元素。比方，标准的旋转Hash的构造例如以下：

static int [color=’teal !important’]rotatingHash(String key, int prime)

{
int hash, i;
for (hash=key.[color=’teal !important’]length(), i=0; i
hash = (hash<>28)^key.[color=’teal !important’]charAt(i);
return (hash % prime);
)

先移位，然后再进行各种位运算是这样的类型Hash函数的主要特点。

乘法Hash

这样的类型的Hash函数利用了乘法的不相关性（乘法的这样的性质，最有名的莫过于平方取头尾的随机数生成算法，尽管这样的算法效果并不好）。例如：

static int [color=’teal !important’]bernstein(String key)

{
int hash = 0;
int i;
for (i=0; i
return hash;
)

使用这样的方式的著名Hash函数还有FNV算法及其变种，需要注意的是ETH中的EThash算法中就部分采用FNV代替常见的异或操作：

// 32位FNV算法
int M_SHIFT = 0;
public int [color=’teal !important’]FNVHash(byte[] data)
{
int hash = (int)2166136261L;
for(byte b : data)
hash = ([color=’teal !important’]hash * 16777619) ^ b;
if (M_SHIFT == 0)
return hash;
return (hash ^ (hash >> M_SHIFT)) & M_MASK;
}

以及改进的FNV算法：

public static int [color=’teal !important’]FNVHash1(String data)
{
final int p = 16777619;
int hash = (int)2166136261L;
for(int i=0;i
hash = (hash ^ data.[color=’teal !important’]charAt(i)) * p;
hash += hash << 13;
hash ^= hash >> 7;
hash += hash << 3;
hash ^= hash >> 17;
hash += hash << 5;
return hash;
)

除了乘以一个固定的数，常见的还有乘以一个不断改变的数，比方：

static int [color=’teal !important’]RSHash(String str)
{
int b = 378551;
int a = 63689;
int hash = 0;
for(int i = 0; i < str.[color=’teal !important’]length(); i++)
{
hash = [color=’teal !important’]hash * a + str.[color=’teal !important’]charAt(i);
a = [color=’teal !important’]a * b;
}
return (hash & 0x7FFFFFFF);
}

另外，尽管Adler32算法的应用没有CRC32广泛，只是，它可能是乘法Hash里面最有名的一个了。关于它的介绍，大家能够去看RFC 1950规范。

除法Hash

除法和乘法一样，相同具有表面上看起来的不相关性。只是，由于除法太慢，这样的方式差点儿找不到真正的应用。须要注意的是，我们在前面看到的hash的结果除以一个prime的目的仅仅是为了保证结果的范围。假设你不须要它限制一个范围的话，能够使用例如以下的代码替代”hash%prime”： hash = hash ^ (hash>>10) ^ (hash>>20)。

查表Hash

查表Hash最有名的样例莫过于CRC系列算法。尽管CRC系列算法本身并非查表，但是，查表是它的一种最快的实现方式。

查表Hash中有名的样例有：Universal Hashing和Zobrist Hashing。他们的表格都是随机生成的。

混合Hash

混合Hash算法利用了以上各种方式。各种常见的Hash算法，比方MD5、Tiger都属于这个范围。它们一般非常少在面向查找的Hash函数里面使用。

当然根据你的需要选择合适的hash函数是非常需要技巧的，最简单可以使用主要的乘法Hash，当乘数为33时，对于英文单词有非常好的散列效果（小于6个的小写形式能够保证没有冲突）。复杂一点能够使用FNV算法（及其改进形式），它对于比較长的字符串，在速度和效果上都不错。

文章出处：区块链大师

原文链接：http://t.cn/RQI9sjB