区块链科普：什么是哈希算法2？

Posted 2021-04-30 区块链学习网

带着问题阅读会更高效噢：

1、概念的理解，即什么是哈希算法？

2、哈希算法的应用场景？

3、哈希算法有哪些特征？

 

哈希算法的定义

哈希算法又叫散列算法，是将任意长度的二进制值映射为较短的固定长度的二进制值，这个小的二进制值称为哈希值。它的原理其实很简单，就是把一段交易信息转换成一个固定长度的字符串。

 

这串字符串具有一些特点：

 

1. 信息相同，字符串也相同。

2. 信息相似不会影响字符串相同。

3. 可以生成无数的信息，但是字符串的种类是一定的，所以是不可逆的。

 

Example: 1、《大海捞图》

 

让我们举个例子理解一下：如果我们要搜一张图片，在没有人工标注的情况下，于巨大的图库中想要以图搜图是一件及其庞大而又困难的工作量。可是在训练集上，通过哈希算法，可以得到一系列哈希函数，通过这些函数，可以将每一张图片转化成一串0~1的编码。

 

关键词：映射 哈希值

 

应用的场景有哪些？

 

Example: 2、《生活处处要编号》

 

你去上学，班主任会告诉你一个学号；毕业后上班，HR会给你一个工号；你回家，抬头看得到门牌；你去桑拿，前台会给你一块手牌；

 

站在管理者的角度看，为了把一摊事管得有秩序，就得排序。这样协作系统能定位目标，更好地服务。否则，课程没法排，工资没法算，快递员找不到你家，甚至在你洗完澡结账时都会纠结半天，因为前台搞不清你到底吃了多少果盘。

 

编号，要解决两个问题：

 

1）能定位；

2）无重号。

 

Ø 小规模编号，比如班级学号，从1、2、3……开始，就能解决问题；

Ø 中等规模的如大企业工号，数字前面得加个字母：A120908；

Ø 大规模编号如身份证系统，别管谁进来，统一18位数字标签贴在你的身份证上。

 

但，如果是给互联网里的所有文件编号，标签应该如何贴呢？那可是星辰大海呀，如果按老办法排序，那得到千年后才能给你现在看的这篇文章编上号。而且遇到重号问题如何解决？是否专门安排公务员管这摊事？

 

那有没有效率更高的编号方法？有，答案是哈希算法。

 

 

哈希的特点？

 

 

易压缩：对于任意大小的输入x，Hash值的长度很小，在实际应用中，函数H产生的Hash值其长度是固定的。

 

易计算：对于任意给定的消息，计算其Hash值比较容易。

 

单向性：对于给定的Hash值，要找到使得在计算上是不可行的，即求Hash的逆很困难。在给定某个哈希函数H和哈希值H（M）的情况下，得出M在计算上是不可行的。即从哈希输出无法倒推输入的原始数值。这是哈希函数安全性的基础。

 

抗碰撞性：理想的Hash函数是无碰撞的，但在实际算法的设计中很难做到这一点。

 

有两种抗碰撞性：一种是弱抗碰撞性，即对于给定的消息，要发现另一个消息，满足在计算上是不可行的；另一种是强抗碰撞性，即对于任意一对不同的消息，使得在计算上也是不可行的。

 

高灵敏性：这是从比特位角度出发的，指的是1比特位的输入变化会造成1/2的比特位发生变化。消息M的任何改变都会导致哈希值H（M）发生改变。即如果输入有微小不同，哈希运算后的输出一定不同。

 

 

什么是好的哈希算法？

 

 

正如前文维基百科的定义：哈希算法只是将文件映射为哈希值，“映射”的意思是投影。既然是投影，那总会不同的人有一模一样的影子。所以最终在数学意义上，哈希会发生重号，只是重号概率小到我们难以理解地接近零。

 

这种无限接近零的概率类似于：明天一早你突然当选美国总统、你从小到大每天都中六合彩，或者下一秒49个外星人在你面前排成7×7方阵……的概率。但万一碰到了呢？我们把这种情况称为碰撞。

 

越好的哈希算法发生碰撞的概率越小。

 

可如果只为完成“少发生碰撞”这一个目标，很容易实现，你只要把哈希值弄得长长的就可以了。但哈希值最终不是纯数字编号，而是数字与字母的组合，目的也只有一个：缩短哈希值长度，便于实际应用。毕竟，没有人会带一根1米的香肠出差。

 

如果你要自建一个小型图片网站，使用CRC-32短哈希算法给图片贴标签就足够了，它能为你提供42亿种不同的标签，而且文件名长度（哈希值）永远只有8位。

 

如果你要检索论文库，MD5算法足够你用：哈希值稍长，但几乎不会有重复，能让你做出足够精准的索引。

 

而商业级加密，你可以用SHA256：哈希值稍长，但倒推难度极大：需要人类当前所有计算能力总和的千万倍……还不一定能算出来。

 

所以，无论是CRC-32、MD5、SHA256……并没有绝对最好的哈希算法。只有在不同场景下，衡量成本收益之后，才存在相对最优。

 

 

 

恭喜你，今天又精进了一步。

---

带着问题阅读会更高效噢：

1、概念的理解，即什么是哈希值？

2、哈希值有哪些特征？

3、哈希算法的影响？

 

 

什么是哈希值？

 

 

任何计算机文件都由电子讯号组成。简单地说：0和1组成了全部的信息世界，即：比特世界。

 

 

 

比如，我们眼中的香肠图片，在比特世界里是这样的：01010111001111010101100101110101……

 

我没写完整，上万位吧，写完得一屋子，总之就是0和1两个数字排成了一条长龙，这才是这张图片在比特世界里的本来面目，我们把这串长龙称为“二进制文件”。

 

我们把这条长龙切碎，搅拌之后就得到哈希值：4f7f56ecc0b725893b59f6428258304a94e40f48

 

哈希值是哈希算法的最终结果，是文件在互联网里的编号。如果这张图片是一个人，那哈希值就是TA的指纹、TA的身份证编号。

 

你完全不用理解哈希算法如何把二进制文件变成哈希值，这是数学家的事，你只要把哈希函数看作一台屠宰机器，就能理解一切：这台机器把任何猪都能剁成等长的香肠，而哈希值就是这根香肠的花纹。

 

除了所有哈希值都一样长之外，这些花纹有一些其他漂亮的特性，能轻巧地用在比特世界的方方面面。

 

哈希值的特性

 

 

 

如果你看到两个文件有完全相同的哈希值，那你立马可以判定它们是同一文件。这也是哈希值最基本的特性：相同文件的哈希值相同，即，复制后的文件与原文件哈希值相同。

 

这容易理解，因为既然是两只一模一样的猪，那它们用相同方法做出来的香肠应该一模一样。但如果两只猪其他部位完全相同，哪怕它们尾巴尖上的一根毛不同，那香肠最终的纹理会完全不同。

 

源文件稍有改动，哈希值面目全非。

 

这一特性使得用哈希值标注的文件无法被篡改，因为哪怕只篡改上图一个像素，马上就能被认出——哈希值会完全不同。

 

另外，哈希值还有的特性：

 

第一、不可逆推：在具备编码功能的同时，哈希算法也作为一种加密算法存在。即，你无法通过分析哈希值计算出源文件的样子，换句话说：你不可能通过观察香肠的纹理推测出猪原来的样子。

 

第二、计算极快：哈希一部20G高清电影和一个5K文本文件复杂度相同，计算量都极小，可以在0.1秒内得出结果。也就是说，不管猪有多肥，骨头多硬，做成香肠都只要眨眨眼的时间，

 

能用极快的速度给你的文件编出不重复的号码，而且任何人都无法通过这个号码推算出文件原来的样子，这就是哈希算法的意义。

 

把文件切碎和搅拌的过程就是哈希算法，而切碎和搅拌的动作，称为加密和压缩，而不同的烧菜师傅会有不同的刀法，于是就有了很多哈希算法，比如：CRC-32、MD5和SHA1……名字虽然唬人，可它们之间只是张家师傅和李家师傅的区别，但不同师傅之间的刀功却有高下，那差距究竟在哪里呢？

 

哈希算法会不会被破解？

从理论上说，哈希值是可以被获得的，但是对应的用户密码很难获得。

 

假设一个网站被攻破，黑客获得了哈希值，但仅仅只有哈希值还不能登录网站，他还必须算出相应的账号密码。

 

计算密码的工作量是非常庞大且繁琐的，严格来讲，密码是有可能被破译的，但破译成本太大，被成功破译的几率很小，所以基本是不用担心密码泄露的。

 

当然，黑客们还可以采用一种物理方法，那就是猜密码。他可以随机一个一个的试密码，如果猜的密码算出的哈希值正好与真正的密码哈希值相同，那么就说明这个密码猜对了。

 

密码的长度越长，密码越复杂，就越难以猜正确。如果有一种方法能够提高猜中密码的可能，那么可以算是哈希算法被破解了。

 

比如说，例如原本猜中的概率是1/10000000000000，现在增加到了1/1000。如果每猜一个密码需要1秒，按照之前的概率猜，直到地球毁灭都可能没猜中，但后者只需要1小时就足够了。在这样的情况下，哈希算法就算是被破解啦。

 

哈希算法的影响？

二十年前，如果你去图书馆找一本名叫《美国种族简史》的书，得先思考它属于宗教类还是历史类，然后再跑去不同的区域爬格子。而现在，你只需轻轻一点，整个屏幕就会告诉你有没有这本书，如果有，那它在哪里。

 

图书馆用的小规模搜索技术贴标签：以前是手工分类，现在是数据库。

 

而互联网级别的大规模的搜索就得靠哈希算法生产索引标签了。比如Google等搜索引擎、迅雷等下载软件、比特币等加密货币……都能通过哈希值准确定位目标。

 

即使哈希算法乍看起来毫不起眼，无非做出了一串奇怪的字符，但它却是比特世界里的板砖，能搭出高楼大厦，能让比特世界更有序。即使离你再远的信息，在哈希算法的帮助下，都可以让你触手可及。 

 

好啦，看到这里你是不是对哈希算法有了初步的了解？大家也不要过于担心你的账户以及资产被黑的风险，因为哈希算法仅仅只是比特币的原理算法，还有其他算法一同作用于比特币的运行，因此就算破解了哈希算法也并不能盗取你的账户信息

文章来源网络，如侵权请联系后台

接收区块链第一手资讯