什么是hash函数

Posted 2023-02-15

参考技术A

哈希函数（Hash Function），也称为散列函数，给定一个输入 x ，它会算出相应的输出 H(x) 。哈希函数的主要特征是：

另外哈希函数一般还要求以下两种特点：

1、免碰撞 ：即不会出现输入 x≠y ，但是H(x)=H(y) 的情况，其实这个特点在理论上并不成立，比如目前比特币使用的 SHA256 算法，会有 2^256 种输出，如果我们进行 2^256 + 1 次输入，那么必然会产生一次碰撞，事实上，通过 理论证明 ，通过 2^130 次输入就会有99%的可能性发生一次碰撞，不过即使如此，即便是人类制造的所有计算机自宇宙诞生开始一直运算到今天，发生一次碰撞的几率也是极其微小的。

2、隐匿性 ：也就是说，对于一个给定的输出结果 H(x) ，想要逆推出输入 x ，在计算上是不可能的。如果想要得到 H(x) 的可能的原输入，不存在比穷举更好的方法。

hash 算法的原理是试图将一个空间的数据集映射到另外一个空间（通常比原空间要小），并利用质数将数据集能够均匀的映射。目前主流的 hash 算法有： md4 、 md5 、 sha系列 。

MD4是麻省理工学院教授 Ronald Rivest 于1990年设计出来的算法。其摘要长度为128位，一般用32位的十六进制来表示。

2004年8月清华大学教授王小云，指出在计算MD4时可能发生杂凑冲撞。不久之后，Dobbertin 等人发现了MD4在计算过程中第一步和第三步中的漏洞，并向大家演示了如何利用一部普通电脑在几分钟内找到MD4中的冲突，毫无疑问，MD4就此被淘汰掉了。

1991年，Rivest 开发出技术上更为趋近成熟的MD5算法，它在MD4的基础上增加了"安全-带子"（safety-belts）的概念。虽然 MD5 比 MD4 复杂度大一些，但却更为安全。这个算法很明显的由四个和 MD4 设计有少许不同的步骤组成。

MD5 拥有很好的抗修改性，即对原数据进行任何改动，哪怕只修改1个字节，所得到的MD5值都有很大区别。

MD5很好的用在了大文件的断点续传上：如果有一个 5MB 的文件 客户端把它分割成5片 1MB 的文件 在上传的时候上传两个 MD5 值，一个是当前上传的文件片的 MD5 还有一个就是拼接之后的 MD5 (如果现在上传的是第二片 这个MD5就应该是第一片加上第二片的MD5)， 通过这样的方式能保证文件的完整性。

当如果文件传到一半断了，服务器可以通过验证文件 MD5 值就可以得知用户已经传到了第几片，并且知道之前上传的文件有没有发生变化，就可以判断出用户需要从第几片开始传递。

不过在2004年8月的国际密码学会议（Crypto’2004），王小云提出了一种快速找到 MD5 碰撞的方法（参见其 论文 ），降低了 MD5 的安全性，人们开始寻求更加可靠的加密算法。

SHA的全称是Secure Hash Algorithm(安全hash算法)，SHA系列有五个算法，分别是 SHA-1、SHA-224、SHA-256、SHA-384，和SHA-512，由美国国家安全局（NSA）所设计，并由美国国家标准与技术研究院（NIST）发布，是美国的政府标准。后四者有时并称为 SHA-2。SHA-1在许多安全协定中广为使用，包括 TLS/SSL 等，是 MD5 的后继者。

最初该算法于1993年发布，称做安全散列标准 (Secure Hash Standard)，最初这个版本被称为"SHA-0"，它在发布之后很快就被NSA撤回，因为有很大的安全缺陷，之后在1995年发布了修订版本，也就是SHA-1。

SHA-0 和 SHA-1 会从一个最大 2^64 位元的讯息中产生一串 160 位元的摘要，然后以 MD4 及 MD5 算法类似的原理来加密。

2017年，谷歌发布了最新的研究成功，宣布攻破了SHA-1，并详细描述了成功的SHA1碰撞攻击方式，使用这种方式，可以在亚马逊的云计算平台上，耗时10天左右创建出SHA-1碰撞，并且成本可以控制在11万美元以内。

即使如此，对于单台机器来说攻击的成本依然很高，发生一次SHA-1碰撞需要超过 9,223,372,036,854,775,808 个SHA1计算，这需要使用你的机器进行6500年计算。

SHA2包括了SHA-224、SHA-256、SHA-384，和SHA-512，这几个函数都将讯息对应到更长的讯息摘要，以它们的摘要长度（以位元计算）加在原名后面来命名，也就是说SHA-256会产生256位长度摘要。

SHA-2相对来说是安全的，至今尚未出现对SHA-2有效的攻击！

由于目前大量的网站使用的SSL数字证数都是使用SHA-1签名的，而SHA-1又已经不安全，各大浏览器厂商均宣布了弃用SHA-1的时间表：

可以看出，在时间表之后，如果检测到网站的证书使用的还是SHA-1，就会弹出警告：

为了防止网站因出现上面的警告而显得不专业，我们需要尽快的申请使用跟安全放心的基于SHA-2签名的证书。