1、现代密码学中的哈希函数：原理、应用与挑战

现代密码学中的哈希函数：原理、应用与挑战

密码学的演变与哈希函数的重要性

在过去数千年里，密码学被视为一门艺术，无论是设计密码还是破解密码，都依赖于个人的创造力和技能，因为当时几乎没有相关理论支持。然而，在 20 世纪，密码学发生了巨大变革，逐渐从艺术转变为科学。如今，密码学建立在坚实的数学基础之上，与五十年前，更不用说一百年或一千年前的密码学已经大不相同。

随着严格的形式化方法的出现，密码学开辟了新的应用领域。过去，密码学主要关注如何传输秘密消息，而现在，它是众多应用的核心。密码学处理任何可能受到攻击的计算形式，无处不在，大多数用户甚至没有意识到身边存在着各种密码学措施，比如访问安全网站、使用手机通话、控制智能家居的百叶窗、驾驶汽车或观看电影等，几乎所有技术活动都离不开某种形式的密码学。

保障计算安全需要大量的工具和技术，其中哈希函数被广泛应用，常被比作密码学家的“瑞士军刀”。哈希函数的经典任务包括安全存储密码和确保数据完整性。此外，哈希函数还是数字签名方案的基础，构成了区块链的核心，可用于从有偏熵源中提取随机性，还能用于构建加密方案或消息认证码，几乎所有密码学协议都以某种形式使用哈希函数。

哈希函数的特性

哈希函数之所以成为一种通用的密码学原语，是因为我们期望它同时具备多种特性：
- 结构要求 ：哈希函数应能处理任意长度的消息，而现代分组密码等其他原语通常具有固定的输入长度。
- 抗碰撞性 ：尽管哈希函数会压缩输入，但找到两个不同的值在哈希函数下映射到相同结果（即碰撞）仍然是困难的。
- 单向性