哈希表的应用

Posted 2020-09-02 codingtao

哈希表又叫做散列表，是一种高效的数据结构，其高效主要体现在把数据的存储和查找时间大大降低，几乎可以看成是常数时间，而代价是消耗比较多的内存，然而在硬件技术越来越发达的今天，用空间换时间的做法在某种意义上是值得的。另外，编码比较容易也是它的特点之一。

               

什么时候适合应用哈希表呢？综合国内外实际应用情况，可以概括为：高效的数据存储和查找均可以用哈希表。

下面就目前有关哈希表流行的应用做一些初步的探讨。

 

1、对等网络(P2P)中的应用

a) 基于分布式哈希表的系统

对于对等计算系统而言，能够适应的网络规模是一项非常重要的指标。然而，早期设计的系统，比如 Gnutella 和 Napster，在这方面都有一定的缺陷。前者使用的是不适合大规模系统的洪泛策略，后者引入了集中式的目录管理。

在这样的背景下，一批基于分布式哈希表的系统应时而生，包括 Tapestry[52]、Pastry[40]、Chord[47]和 Content-Addressable Networks (CAN)[39]。在这些系统中，文件根据系统生成的标识（ID）排列。这种标识通常是文件名经过哈希计算的结果。系统中的每一个结点都和一个特定区段内的标识关联，并保存相关联标识对应的文件的信息。当分布式哈希表系统对标识进行查询时，相应的结点便会返回对应的信息。

分布式哈希表系统的核心是路由协议。系统中的分布式哈希表结点构成一个覆盖网，每一个查询操作都是通过这个覆盖网找到目标结点。所以，分布式哈希表系统的性能就取决于其所采用的路由协议的效率。虽然各种分布式哈希表系统的路由协议都不相同，但它们都具有一个共同的特点，就是每一个结点在覆盖网中拥有的邻居数目为 O( LogN ) 1 ，完成每一次路由所需步数都会在O( LogN ) 内，其中 N 为系统总结点数。

b)基于分布式哈希表的关键词搜索

结构化对等计算网络都实现了分布式哈希表，并利用分布式哈希表将数据项映射到结点。上层应用可以插入一对<key, value="">到系统中，并通过 key 得到 value，哈希表在EJB中用的较多，简单的聊天室中可以靠Hash表来维持用户的数据。

 

2、用哈希函数压缩序数索引

在数学上将这种n位数转换为m（其中m<n< font="">）位数称为哈希转换（hashing）。哈希转换可以将一个索引器空间（indexers space）转换为哈希表（hash table）。哈希函数实现哈希转换。以社保号的例子来说，哈希函数H()表示为：H(x) = x 的后四位，哈希函数的输入可以是任意的九位社保号，而结果则是社保号的后四位数字。

数学术语中，这种将九位数转换为四位数的方法称为哈希元素映射，显然映射未必全是单设，这必将导致冲突的产生 ，处理冲突的相关机制不是本文探讨范围。

 

3、信息安全方面的应用

a)攻击路径重构

在路由器上利用哈希表记录IP报文头部信息，实现攻击路径的重构，从而追踪到攻击主机的地址。

出现的问题：1、瞬时攻击和追踪中，该方法不是适合源主机和目标主机之间跳数太多的网络。2、更新路由器或增大内存导致硬件成本提高

b)在信息加密方面的应用

利用哈希函数的非单射构造不可逆的加密算法，从而实现信息的安全传输。

 

4、数据库中的数据查找

由于它在记录查找时一次存取便能得到所查记录，所以在电信领域中对大型话单文件进行处理时，显示相当高的效率。例如：广东电信公用电话200话单处理中利用哈希表实现了话单统计。

由以上总结可知，哈希表的应用非常广泛。