杜君煜+2016012094+散列函数

最新推荐文章于 2024-01-09 14:29:57 发布

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原文链接：http://www.cnblogs.com/dujy009/p/9032118.html

本文介绍了散列函数的基本概念，包括其定义、特性及应用场景，并探讨了MD5与SHA-1两种常见散列算法的工作原理与安全性问题。

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1、散列函数：

Hash，一般翻译做“散列”，也有直接音译为"哈希"的，就是把任意长度的输入（又叫做预映射， pre-image），通过散列算法，变换成固定长度的输出，该输出就是散列值。这种转换是一种压缩映射，也就是，散列值的空间通常远小于输入的空间，不同的输入可能会散列成相同的输出，而不可能从散列值来唯一的确定输入值。

数学表述为：h = H(M) ，其中H( )--单向散列函数，M--任意长度明文，h--固定长度散列值。

2、散列函数的具体应用：

1) 文件校验
我们比较熟悉的校验算法有奇偶校验和CRC校验，这2种校验并没有抗数据篡改的能力，它们一定程度上能检测并纠正数据传输中的信道误码，但却不能防止对数据的恶意破坏。

2) 数字签名
Hash 算法也是现代密码体系中的一个重要组成部分。由于非对称算法的运算速度较慢，所以在数字签名协议中，单向散列函数扮演了一个重要的角色。

在这种签名协议中，双方必须事先协商好双方都支持的Hash函数和签名算法。

签名方先对该数据文件进行计算其散列值，然后再对很短的散列值结果--如Md5是16个字节，SHA1是20字节，用非对称算法进行数字签名操作。对方在验证签名时，也是先对该数据文件进行计算其散列值，然后再用非对称算法验证数字签名。

3) 鉴权协议
如下的鉴权协议又被称作"挑战--认证模式：在传输信道是可被侦听，但不可被篡改的情况下，这是一种简单而安全的方法。

需要鉴权的一方，向将被鉴权的一方发送随机串（“挑战”），被鉴权方将该随机串和自己的鉴权口令字一起进行 Hash 运算后，返还鉴权方，鉴权方将收到的Hash值与在己端用该随机串和对方的鉴权口令字进行 Hash 运算的结果相比较（“认证”），如相同，则可在统计上认为对方拥有该口令字，即通过鉴权。

3、生日攻击：

利用“两个集合相交”问题的原理生成散列函数碰撞，达到目的的攻击称为生日攻击，也称为平方根攻击。

生日攻击方法没有利用Hash函数的结构和任何代数弱性质，它只依赖于消息摘要的长度，即Hash值的长度。

参考：https://baike.baidu.com/item/%E7%94%9F%E6%97%A5%E6%94%BB%E5%87%BB/1005939?fr=aladdin

MD5：

MD5即Message-Digest Algorithm 5（信息-摘要算法5），用于确保信息传输完整一致。是计算机广泛使用的杂凑算法之一（又译摘要算法、哈希算法），主流编程语言普遍已有MD5实现。将数据（如汉字）运算为另一固定长度值，是杂凑算法的基础原理，MD5的前身有MD2、MD3和MD4。

MD5算法具有以下特点：

1、压缩性：任意长度的数据，算出的MD5值长度都是固定的。

2、容易计算：从原数据计算出MD5值很容易。

3、抗修改性：对原数据进行任何改动，哪怕只修改1个字节，所得到的MD5值都有很大区别。

4、强抗碰撞：已知原数据和其MD5值，想找到一个具有相同MD5值的数据（即伪造数据）是非常困难的。

MD5的作用是让大容量信息在用数字签名软件签署私人密钥前被"压缩"成一种保密的格式（就是把一个任意长度的字节串变换成一定长的十六进制数字串）。除了MD5以外，其中比较有名的还有sha-1、RIPEMD以及Haval等。

SHA-1：

SHA1是由NIST NSA设计为同DSA一起使用的，访问http://www.itl.nist.gov/fipspubs可以得到它的详细规范--[/url]"FIPS PUB 180-1 SECURE HASH STANDARD"。它对长度小于264的输入，产生长度为160bit的散列值，因此抗穷举(brute-force)性更好。SHA-1 设计时基于和MD4相同原理,并且模仿了该算法。因为它将产生160bit的散列值，因此它有5个参与运算的32位寄存器字，消息分组和填充方式与MD5相同，主循环也同样是4轮，但每轮进行20次操作，非线性运算、移位和加法运算也与MD5类似，但非线性函数、加法常数和循环左移操作的设计有一些区别，可以参考上面提到的规范来了解这些细节。下面是一些SHA1散列结果的例子：

SHA1 ("abc") = a9993e36 4706816a ba3e2571 7850c26c 9cd0d89d
SHA1 ("abcdbcdecdefdefgefghfghighijhijkijkljklmklmnlmnomnopnopq") = 84983e44 1c3bd26e baae4aa1 f95129e5 e54670f1

散列函数的安全性：

MD5函数和SHA-1函数能用于加密的原因：

都是“不可逆”的函数。不存在一个算法能够由哈希值倒算出原始信息。

2.对原始信息的任何一点改变都会导致结果的哈希值巨大的不同

这两种散列函数在以往的密码学上具有极强的安全性，但MD5在被王小云教授攻破之后就大大降低了其在密码学上的安全性，同样2017年谷歌公司宣布实现了SHA-1碰撞后，其安全性也降低了，说明散列函数在密码学上虽然安全性较高，但仍有缺点，需要不断的完善。从王小云教授刀谷歌公司相继攻破MD5和SHA-1来看，目前安全散列函数急需完善，而SHA-1算法也将成为过去式，我们需要更加先进的加密技术。但散列函数仍是加密技术的关键。

4、

1、易受冲撞攻击，对于MD5来说，由于它的摘要信息位数比较短(128 bit)，现在用普通的计算机可以在几小时甚至几分钟之内找到冲撞对。

2、文件容易被篡改

3、比较helloworld.exe和goodbyworld.exe两个可执行文件的md5消息摘要值和两个文件的执行结果，发现对染结果不相同，但其MD5消息摘要值却相同，这可能导致软件被植入病毒后运用MD5产生错误的结果。

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