IFT:SHA-256、MD-5…… 哈希散列函數這些原理你懂了嗎？

作者：wagslane

譯者：火火醬

出品：區塊鏈大本營

本文對哈希函數進行簡要的介紹，旨在幫助讀者理解為什么要使用哈希函數，以及其基本工作原理。文中將省略具體證明和實現細節，而將重點放在高級原理上。

為什么要使用哈希函數

哈希函數被廣泛應用于互聯網的各個方面，主要用于安全存儲密碼、查找備份記錄、快速存儲和檢索數據等等。例如，Qvault使用哈希散列將主密碼擴展為私人加密密鑰。

用途列表清單詳見:?https://en.wikipedia.or/wiki/Hash_function#Uses

本文將重點介紹哈希函數的幾個重要特性，也可以說是其最重要的特性：

哈希函數確定性地加擾數據；

無論輸入是什么，哈希函數的輸出大小始終相同；

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無法從加擾的數據中檢索原始數據；

確定性地加擾數據

首先，想象一個魔方。

我們從恢復魔方開始。如果我們隨機轉動魔方，到最后，魔方將會呈現和開始時完全不同的狀態。同樣，如果我們重新開始，重復完全相同的動作，那么我們會不斷得到完全相同的結果。盡管看起來結果可能是隨機產生的，但實質上并非如此。這就是“確定性”的意思。

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“確定性”在安全存儲密碼方面起著至關重要的作用。例如，假設我的密碼是“iLoveBitcoin”。

我可以使用哈希函數對其進行加擾：

iLoveBitcoin→“2f5sfsdfs5s1fsfsdf98ss4f84sfs6d5fs2d1fdf15”

現在，如果有人看到這個加擾后的版本，他們也不會知道我的原始密碼！這一點非常重要，因為這意味著，作為一名網站開發人員，我只需存儲用戶密碼的哈希散列(加擾數據)，即可對其進行驗證。

當用戶進行注冊時，我對密碼進行哈希散列處理，并將其存儲在數據庫中。當用戶登錄時，我只需再次對輸入的內容進行哈希散列處理，并比較兩個哈希值。由于特定的輸入始終會輸出相同的哈希值，所以該方法每次都可以成功驗證密碼。

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如果網站以純文本格式存儲密碼的話，則會出現巨大的安全漏洞。如果有人入侵該網站，那么他將會能獲取所有的電子郵件和密碼，并可以嘗試在其他網站上使用這些信息進行登錄。

無論輸入是什么，輸出大小始終相同

動態 | ShapeShift推出新的數字貨幣資訊平臺:據數字貨幣交易所ShapeShift首席執行官Erik Voorhees推特消息，ShapeShift近日推出了新的數字貨幣數據資訊綜合平臺CoinCap。[2018/9/28]

如果對單個單詞進行哈希，則輸出將是特定的大小(對于特定的哈希函數SHA-256來說，其大小是256bits)。如果對一本書進行哈希，其輸出也將是相同的大小。

這是其另一個重要特性，因為這可以節省我們的計算時間。典型的例子是在數據映射中使用哈希散列作為鍵。數據映射是計算機科學中用來存儲數據的簡單結構。

當程序在映射中存儲數據時，會向映射提供鍵和值。當程序想要訪問該值時，它可以向映射提供適當的鍵并接收相應的值。數據映射的優勢在于它們可以立即找到數據。該鍵被用作計算機能夠立即找到的地址，這樣一來，就不必花費數小時在數百萬條記錄中進行搜索了。

聲音 | CoinShares首席戰略官：20%的比特幣掌握在前100名的錢包里:金色財經現場報道，在天津舉行的世界經濟論壇新領軍者年會上，CoinShares首席戰略官Meltem Demirors稱，公平和平等的經濟前提尚未實現，目前有20%的比特幣掌握在前100名的錢包中，以太幣的情況更糟糕，而Ripple中的相關數據大約有70%。他認為，如果風投擁有一個新網絡中50%的代幣，消費者就不會想要使用這個網絡。在解決這個問題之前，通過區塊鏈在全球范圍內建立可用的網絡是非常困難的。[2018/9/19]

因為鍵就像地址一樣，不能太大。如果想將書籍存儲在數據映射中，則可以對書籍的內容進行哈希散列處理，并使用哈希值作為鍵。作為一名程序員，我可以輕而易舉地使用哈希散列來查找該書的內容，而不必按標題、作者等對數千條記錄進行排序。

其工作原理是怎樣的呢？

這部分是本文的難點，我會盡量將其簡化，省略實際的實現細節，重點介紹計算機在使用哈希散列處理數據時工作原理的基本概念。

下面讓我們來看一下我為此專門編寫的一個算法——LANEHASH：

我們從要進行哈希散列的數據開始

我把字母和數字轉換成1和0(計算機中的所有數據都以1和0的形式進行存儲，不同的1和0的組合代表了不同的字母)

此時，我們通過各種預設的步驟對數據進行轉換。步驟內容可以是任意的，但重要的是，每次使用LANEHASH時，我們都需要遵循相同的步驟，以便我們的算法具有確定性。我們將前4位從左側移到右側：

每隔1位進行間隔：

我們把這兩部分轉換為以十進制的數字。十進制是我們在學校中學過的“正常的”數字系統。(所有的二進制數據實際上都是數字，你可以在其他網站上在線查詢如何將二進制轉換為十進制數字)

我們將這兩個數字相乘：

然后對該數進行平方：

再將該數字轉換回二進制：

從右側切掉9bits后正好得到16bits:

然后將該二進制數據轉換回英語：

如上所示，如果輸入相同，那么最后終將會得到相同的輸出結果。但是，如果改變任何一個字母，最終的結果也將發生巨大變化。

免責聲明：

在我將英語轉換成二進制，并將二進制轉換成英語的步驟中，并沒有遵循任何模式。有許多不同的方法可以將二進制數據轉換成英語并轉換回去，我只是不想在本文中展開討論這個問題。感興趣的話，你可以通過以下鏈接進行了解：

https://en.wikipedia.org/wiki/ASCII

https://en.wikipedia.org/wiki/Unicode原文：https://hackernoon.com/a-very-basic-intro-to-hash-functions-sha-256-md-5-etc-21wp24jk

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