hash算法原理详解

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2024年7月25日发(作者：)

hash算法原理详解

哈希算法（Hash Algorithm）是一种将任意长度的消息压缩到一个固定长度的消息摘

要的函数。哈希算法可以用于数据完整性校验、数字签名、密码学等领域。哈希算法的应

用非常广泛，比如在区块链中，就用到了多个哈希算法，如SHA-256。

一、哈希算法的实现

哈希算法的实现可以分为两大块：数据分块和哈希函数。

1. 数据分块

当我们对一段数据进行哈希计算时，我们需要将数据分成若干个块，每个块的大小一

般是固定的。分块的原因是因为哈希计算是基于数据块进行的，而一个数据块的大小往往

是有限制的。

2. 哈希函数

哈希函数就是将分块后的数据进行哈希计算的过程。哈希函数的核心在于它能够将一

个非常大的数据集映射成一个在数学上固定长度的数据集合，这个数据集合就被称为哈希

值。哈希值的大小是固定的，通常是128位、160位、256位、512位等不同的长度。

哈希算法具有如下几个特性。

1. 唯一性

对于任何一个不同的输入，哈希算法都能够生成唯一的输出。也就是说，如果输入不

同，那么输出也一定不同。

2. 容易计算

哈希算法应该很容易计算，这样方便快捷地应用于实际情况。

3. 可逆性

哈希算法应该是不可逆的。也就是说，如果已知输入，就可以很方便地求出输出，但

如果只知道输出，则无法求出原始的输入。

4. 抗碰撞性

哈希算法应该是抗碰撞的。也就是说，即使输入的数据非常微小的变动，最终哈希值

的改变也应该非常大。

5. 扩展性

哈希算法应该是可以扩展的。也就是说，当需要处理更大的数据块时，哈希算法可以

通过使用更多的位数来扩展。

6. 分散性

哈希算法在很多领域都有应用，下面列举几个常见的应用。

1. 数据完整性校验

哈希算法可以用来验证数据的完整性。在文件传输过程中，可以对文件进行哈希计算，

然后发送给接收方。当接收方收到文件时，可以再次计算哈希值，然后与发送方发送的哈

希值进行比较，如果相同，说明文件没有被篡改；如果不同，则说明文件已经被篡改。

2. 数字签名

数字签名是一种能够证明一个消息是真实的过程。在数字签名过程中，数据会使用哈

希算法计算出哈希值，然后将哈希值用私钥进行加密，这样生成的密文就是数字签名。接

收方会使用发送方的公钥来解密数字签名，得到哈希值，并使用哈希值验证消息的完整

性。

3. 密码学

哈希算法也被广泛用于密码学。比如在密码库中存储的是用户的哈希值，而不是真正

的密码。当用户输入密码时，将密码进行哈希计算，然后与密码库中的哈希值进行比较，

如果相同，则表示用户输入的密码正确。

哈希算法的安全性是非常重要的。安全的哈希算法需要保证它是不可逆的、唯一的、

抗碰撞的。但是由于计算能力的提升和算法的漏洞，已经有一些哈希算法被攻击成功。

SHA-1 是一种比较显著的例子。在SHA-1被攻击之前，许多人认为SHA-1是一种安全

的哈希算法。但是随着攻击技术的提高，研究人员在2005年发现了一种“碰撞攻击”方法，

该方法可以在不到2^63次变异的情况下找出两个给定消息的相同哈希值。这就意味着

SHA-1已经不再是安全的了。

为了应对这种情况，一些更安全的哈希算法被提出，如 SHA-256、SHA-384 和

SHA-512。这些算法的哈希值长度更长，能够降低被攻击的风险。

哈希算法是一种非常重要的工具，具有广泛的应用领域。要保障提供的数据安全性，

“哈希”算法是必不可少的一项技术。尽管哈希算法已经被广泛应用，但是它的安全性仍

然面临着许多挑战。研究人员一直在不断努力，开发出更加安全的哈希算法。

1. 哈希值长度

哈希值的长度越长，被攻击的概率就越小。因为攻击者需要花费更多的时间来生成相

同的哈希值。

2. 压缩函数的安全性

压缩函数是哈希算法的核心部分，也是最容易受到攻击的部分。压缩函数的安全性非

常重要。

3. 单向性和抗碰撞性

哈希算法必须是不可逆的，也就是说，无法从哈希值推导出原始数据。哈希算法应该

是抗碰撞性的，也就是说，一旦数据发生微小变化，哈希值应该会发生巨大变化，从而避

免攻击者通过对数据进行更改而生成相同的哈希值。

4. 强韧性

在安全的哈希算法中，输入数据的任何变化都应该导致哈希值的整体变化。这种属性

被称为强韧性，即在输入数据的每个位上做的任何变化都应该影响到哈希值的每个位。

5. 易用性

除了安全性外，哈希算法还需要考虑易用性。哈希算法应该易于实现、计算速度快、

不占用过多的存储空间。

哈希算法在现代计算机科学中扮演着重要的角色。在信息安全领域，哈希算法不仅用

于数据完整性校验、数字签名、密码学等领域，还成为了许多其他协议和算法的基础。在

未来，随着技术的不断发展，我们相信哈希算法会继续发挥更加重要的作用，同时也需要

我们不断探索和创新，开发出更加安全的哈希算法。随着技术的发展，已经出现了一些新

型的哈希算法，其中最为突出的有BLAKE和Skein。

BLAKE是一种新型的哈希算法，它兼顾了速度和安全性。与SHA家族相比，BLAKE具有

更高的速度和更好的安全性，并且它的哈希值长度可以根据需要进行自定义。由于BLAKE

的性能非常优秀，因此在一些加密应用场景下得到了广泛应用。

Skein是另一种新型的哈希算法。它采用了高度优化的算法，兼顾了安全性、性能和

扩展性，成为了NIST的SHA-3比赛的最终获胜者。与传统的哈希算法相比，Skein的设计

思路更加灵活。它可以根据需要改变参数，从而兼顾不同的应用场景。

除了上述的新型哈希算法外，还有一些哈希算法的变种在不同的应用场景下发挥了重

要作用，比如HMAC、PBKDF2、Bcrypt和Scrypt等。

HMAC指的是基于加密算法和哈希算法的消息认证码，用于数据完整性校验和防止篡改。

PBKDF2（Password-Based Key Derivation Function）是一种密钥派生函数，用于从密码

中生成密码哈希值和强密码密钥。Bcrypt是一种密码哈希函数，常用于用户密码的存储和

验证。Scrypt是一种密钥派生函数，相对于PBKDF2来说，它的安全性更好，攻击者需要

花费更多时间和计算资源来尝试破解密码。

哈希算法是现代计算机科学中的一个非常重要的领域。它在数据完整性校验、数字签

名、密码学等领域扮演着重要的角色，并且在许多其他协议和算法中也担任了重要的基础

角色。随着技术的不断发展，我们相信哈希算法仍将发挥更加重要的作用。

本文标签： 算法数据应该进行密码