什么是Hash?_千锋教育

一、Hash的概念

Hash，中文翻译为散列，也常称为哈希。它是一个函数，用于将不同长度的输入数据映射为固定长度的输出，通常是一个较短的字符串或数字，这个输出通常称为Hash值或散列值。Hash函数的设计考虑了快速计算和散列冲突的减少，因为不同的输入可能会得到相同的Hash值，这种情况称为Hash碰撞。

二、Hash的原理

Hash函数的设计原理是使得输入数据发生细微的改变，都会导致输出Hash值的巨大变化，这种性质称为“雪崩效应”。好的Hash函数在设计上具备均匀性，即输入数据的微小变化会在输出Hash值中均匀分布，从而减少碰撞的可能性。常见的Hash函数包括MD5、SHA-1、SHA-256等。随着计算机技术的发展，对于一些安全性要求较高的场景，如密码学应用，一些传统的Hash函数由于其性能不足以及已被破解，因而不再推荐使用。

三、Hash的应用场景

1、数据完整性校验

Hash值可以用于验证数据在传输或存储过程中是否发生了变化。例如，在文件传输过程中，发送方可以对文件计算Hash值，并将其一并发送给接收方，接收方在接收后重新计算Hash值，然后与接收到的Hash值进行对比，若不一致则说明文件可能被篡改。

2、数据加密

Hash函数在密码学中的应用非常广泛。常见的密码哈希函数如bcrypt、scrypt等，用于对用户密码进行不可逆加密，即使数据库泄露，黑客也无法直接获取用户密码。

3、散列存储

Hash值常用于构建散列表（Hash Table），将数据与对应的Hash值关联存储，以提高数据的检索效率。这在数据库、缓存系统等场景中十分常见。

四、常见的Hash算法

1、MD5

MD5（Message Digest Algorithm 5）是一种广泛使用的Hash算法，输出128位（16字节）的哈希值。然而，由于其安全性较差，已经不推荐在安全领域使用，而更多用于校验文件完整性等非安全性场景。

2、SHA系列

SHA（Secure Hash Algorithm）系列包括SHA-1、SHA-256、SHA-512等不同版本，输出的哈希值长度也不同。SHA-256和SHA-512等较新的版本被广泛应用于数字签名、SSL证书等领域，因为它们提供了更高的安全性。

3、bcrypt

bcrypt是一种专门用于密码存储的Hash算法。它引入了“盐”（salt）的概念，通过在密码的哈希过程中加入随机盐，增加了密码存储的安全性，有效抵抗彩虹表攻击。

4、scrypt

scrypt也是一种密码哈希函数，与bcrypt类似，采用“加盐”和“拉伸”（key stretching）等技术，提高了抵御暴力破解攻击的能力。

在选择Hash算法时，要注意避免使用已经被证明不安全的算法，尽量选择较新且经过广泛应用和评估的算法，以确保数据的安全性和完整性。

延伸阅读：Hash存在哪些安全性问题

虽然Hash在许多领域都得到广泛应用，但它并非完美无缺。Hash函数存在一些安全性问题，主要包括：

一、碰撞攻击

碰撞是指不同的输入数据经过Hash函数计算后得到相同的哈希值。Hash函数应当尽量避免碰撞，因为碰撞可能导致安全性问题。在一些不安全的Hash算法（如MD5和SHA-1）中，已经被发现存在碰撞攻击，攻击者能够构造不同的输入，但得到相同的哈希值，从而引发安全隐患。

二、彩虹表攻击

彩虹表攻击是一种针对使用单向Hash函数存储密码的攻击方法。攻击者事先构建彩虹表，其中包含常见密码的哈希值。一旦获取到数据库中的哈希值，攻击者可以通过对比彩虹表中的哈希值，快速找到对应的明文密码。

三、遍历攻击

由于Hash函数的输出空间是有限的，攻击者可以通过遍历所有可能的输入，计算哈希值，然后对比目标哈希值，以找到原始输入数据。这种攻击方法称为遍历攻击或暴力攻击。

为了提高Hash函数的安全性，研究人员设计了更加复杂且安全的Hash算法，如SHA-256和SHA-3。这些算法在实际应用中被广泛采用，并且在密码学和网络安全领域得到长期的研究和验证。