三分钟读懂摘要算法

Posted 2020-11-10 木可大大

摘要算法又称哈希算法，它表示输入任意长度的数据，输出固定长度的数据，相同的输入数据始终得到相同的输出，不同的输入数据尽量得到不同的输出。

Java中的Object.hashCode()方法就是一个摘要算法，它可以输入任意数据，它的输出是一个int类型，即4个字节的固定长度数据，同时，相同的输入会得到相同的输出，这也是重写equals方法必须重写hashCode方法的原因。

由于输出的长度是固定且输出的长度是不固定的，意味着两个不同的输入可能得到相同的输出，这就是碰撞问题。这就要求在设计Hash算法时，尽量使得碰撞率低，而且不能猜测输出，例如：hash("java1")="123456",hash("java2")="123457"，那么我们就可以猜测出hash("java3")="123458"，也就是说一个安全的hash算法很难从输出反推输入，只能依靠暴力穷举。

目前常用的摘要算法：

算法	输出长度
MD5	128bit
SHA-1	160bit
SHA-256	256bit

MD5

MD5的用途

• 验证文件完整性
• 存储用户口令

系统不用存储用户原始口令，而是存储用户原始口令的MD5，系统计算用户输入的原始口令的MD5并与数据存储的MD5进行对比，如果相同，则说明口令正确，反之则说明口令错误。在使用MD5时我们需要注意彩虹表攻击，彩虹表就是预先存储常用口令和对应MD5值，那么黑客就可以根据彩虹表反查MD5对应的密码，所以为了抵御彩虹表攻击我们不能简单的记录原始口令的MD5值，而是对每个口令额外添加随机数salt，即md5(salt+password)。Java代码如下：

// MD5的输入是字节数组
  public static byte[] toMD5(byte[] input) {
        MessageDigest md = null;
        try {
            md = MessageDigest.getInstance("MD5");
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        md.update(input);
        return md.digest();
    }

    public static void main(String[] args) throws UnsupportedEncodingException {
        String str = "MD5摘要算法测试";
        byte[] r = toMD5(str.getBytes());
        // %x表示返回的是16进制，而32表示16个字节
        System.out.println(String.format("%32x", new BigInteger(1, r)));

        String salt = "random";
        byte[] digest = toMD5((str + salt).getBytes("UTF-8"));
        System.out.println(String.format("%32x", new BigInteger(1, digest)));
    }

SHA-1

SHA-1算法也是一种哈希算法，输出160bit，它的同类型算法有SHA-256和SHA-512，输出的长度分别是256bit和512bit。SHA-1在Java中使用同MD5类似：

 public static byte[] sha(byte[] input) {
        MessageDigest md = null;
        try {
            md = MessageDigest.getInstance("SHA-1");
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        md.update(input);
        return md.digest();
    }

    public static void main(String[] args) throws UnsupportedEncodingException {
        String str = "SHA-1摘要算法测试";
        byte[] r = sha(str.getBytes());
        System.out.println(String.format("%040x", new BigInteger(1, r)));

    }

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