14、哈希函数：原理、安全特性与构造方法

哈希函数：原理、安全特性与构造方法

1. 哈希函数概述

哈希函数是密码学中的多面手，像 MD5、SHA - 1、SHA - 256、SHA - 3 和 BLAKE2 等，广泛应用于数字签名、公钥加密、完整性验证、消息认证、密码保护、密钥协商协议等众多密码学协议中。无论是加密电子邮件、手机发送消息、连接 HTTPS 网站，还是通过 IPSec 或 SSH 连接远程机器，背后都有哈希函数的身影。

哈希函数是所有加密算法中用途最广泛、最普遍的。在现实世界中有诸多应用：
|应用场景|具体用途|
| ---- | ---- |
|云存储系统|识别相同文件和检测修改过的文件|
|Git 版本控制系统|识别仓库中的文件|
|基于主机的入侵检测系统（HIDS）|检测修改过的文件|
|基于网络的入侵检测系统（NIDS）|检测网络中已知的恶意数据|
|法医分析|证明数字工件未被修改|
|比特币|在工作量证明系统中使用|

与流密码不同，哈希函数接收长输入并产生短输出，这个短输出称为哈希值或摘要。其输入输出关系如下：

graph LR
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px
    A(Any length):::process --> B(Hash):::process
    B --> C(Short, fixed length: usually 256 or 512 bits):::process