關(guān)于哈希（散列）函數(shù)你應(yīng)該知道的東西

無論安全從業(yè)人員用計算機做什么，有一種工具對他們每個人都很有用：加密哈希（散列）hash函數(shù)。這聽起來很神秘、很專業(yè)，甚至可能有點乏味，但是， 在這里，關(guān)于什么是哈希函數(shù)以及它們?yōu)槭裁磳δ愫苤匾?，我會作出一個簡潔的解釋。

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加密哈希函數(shù)，比如 SHA-256 或者 MD5，接受一組二進(jìn)制數(shù)據(jù)（通常是字節(jié)）作為輸入，并且對每個可能的輸入集給出一個希望唯一hopefully unique的輸出。對于任意模式的輸入，給定的哈希函數(shù)的輸出（“哈希值”）的長度都是一樣的（對于 SHA-256，是 32 字節(jié)或者 256 比特，這從名字中就能看出來）成都網(wǎng)站制作。最重要的是：從輸出的哈希值反推回輸入，這從計算的角度是不可行的implausible（密碼學(xué)家討厭 “不可能impossible” 這個詞）。這就是為什么它們有時候被稱作單向哈希函數(shù)one-way hash function。

但是哈希函數(shù)是用來做什么的呢？為什么“唯一”的屬性如此重要？

在描述哈希函數(shù)的輸出時，“希望唯一hopefully unique”這個短語是至關(guān)重要的，因為哈希函數(shù)就是用來呈現(xiàn)完全唯一的輸出。比如，哈希函數(shù)可以用于驗證 你 下載的文件副本的每一個字節(jié)是否和 我 下載的文件一樣。你下載一個 Linux 的 ISO 文件或者從 Linux 的倉庫中下載軟件時，你會看到使用這個驗證過程。沒有了唯一性，這個技術(shù)就沒用了，至少就通常的目的而言是這樣的。

如果兩個不同的輸入產(chǎn)生了相同的輸出，那么這樣的哈希過程就稱作“碰撞collision”。事實上，MD5 算法已經(jīng)被棄用，因為雖然可能性微乎其微，但它現(xiàn)在可以用市面上的硬件和軟件系統(tǒng)找到碰撞。

另外一個重要的特性是，消息中的一個微小變化，甚至只是改變一個比特位，都可能會在輸出中產(chǎn)生一個明顯的變化（這就是“雪崩效應(yīng)avalanche effect”）。

哈希函數(shù)的典型用途是當(dāng)有人給你一段二進(jìn)制數(shù)據(jù)，確保這些數(shù)據(jù)是你所期望的。無論是文本、可執(zhí)行文件、視 頻、圖像或者一個完整的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，在計算世界中，所有的數(shù)據(jù)都可以用二進(jìn)制的形式進(jìn)行描述，所以至少可以這么說，哈希是廣泛適用的。直接比較二進(jìn)制數(shù)據(jù)是非常緩慢的且計算量巨大，但是哈希函數(shù)在設(shè)計上非?？?。給定兩個大小為幾 M 或者幾 G 的文件，你可以事先生成它們的哈希值，然后在需要的時候再進(jìn)行比較。

通常，對哈希值進(jìn)行簽名比對大型數(shù)據(jù)集本身進(jìn)行簽名更容易。這個特性太重要了，以至于密碼學(xué)中對哈希值最常見的應(yīng)用就是生成“數(shù)字”簽名。

由于生成數(shù)據(jù)的哈希值很容易，所以通常不需要有兩套數(shù)據(jù)。假設(shè)你想在你的電腦上運行一個可執(zhí)行文件。但是在你運行之前，你需要檢查這個文件就是你要的文件，沒有被hk篡改。你可以方便快捷的對文件生成哈希值，只要你有一個這個哈希值的副本，你就可以相當(dāng)肯定這就是你想要的文件。

下面是一個簡單的例子：

如果我知道 fop 這個可執(zhí)行文件的 SHA-256 校驗和，這是由供應(yīng)商（這個例子中是 Apache 基金會）提供的：

然后我就可以確信，我驅(qū)動器上的這個可執(zhí)行文件和 Apache 基金會網(wǎng)站上發(fā)布的文件是一模一樣的。這就是哈希函數(shù)難以發(fā)生碰撞（或者至少是 很難通過計算得到碰撞）這個性質(zhì)的重要之處。如果hk能將真實文件用哈希值相同的文件輕易的進(jìn)行替換，那么這個驗證過程就毫無用處。

事實上，這些性質(zhì)還有更技術(shù)性 的名稱，我上面所描述的將三個重要的屬性混在了一起。更準(zhǔn)確地說，這些技術(shù)名稱是：

抗碰撞性 和 抗次原像性 也許聽上去是同樣的性質(zhì)，但它們具有細(xì)微而顯著的不同?？勾卧裥?說的是如果 已經(jīng) 有了一個消息，你也很難得到另一個與之哈希值相匹配的消息?？古鲎残?使你很難找到兩個可以生成相同哈希值的消息，并且要在哈希函數(shù)中實現(xiàn)這一性質(zhì)則更加困難。

讓我回到hk試圖替換文件（可以通過哈希值進(jìn)行校驗）的場景?，F(xiàn)在，要在“外面”使用加密哈希算法（除了使用那些在現(xiàn)實世界中由獨角獸公司開發(fā)的完全無 Bug 且安全的實現(xiàn)之外），還有一些重要且困難的附加條件需要滿足。認(rèn)真的讀者可能已經(jīng)想到了其中一些，特別需要指出的是：

確保你能滿足這些條件絕對不是一件容易的事。這就是可信平臺模塊Trusted Platform Modules（TPM）成為許多計算系統(tǒng)一部分的原因之一。它們扮演著信任的硬件基礎(chǔ)，可以為驗證重要二進(jìn)制數(shù)據(jù)真實性 的加密工具提供保證。TPM 對于現(xiàn)實中的系統(tǒng)來說是有用且重要的工具，我也打算將來寫一篇關(guān)于 TPM 的文章。

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