哈希是什么？它在安全加密中的应用是什么？

摘录

哈希是将任何数据转换为固定长度的字符串或哈希值的过程。本文将介绍什么是哈希，常见的算法如SHA256和bcrypt，以及哈希在加密密码、验证数据完整性、区块链等方面的各种用途。

加密和哈希是网络安全中保护敏感数据和在线交易的两个基本概念。在本文中，我们将探讨哈希是什么，它如何与加密相辅相成，以及在安全实施中的各种用途。

介绍

加密 将数据转换为不可读的密码文本以保持机密性。它需要一个秘密密钥或密码来反转加密并获取原始明文。

哈希 是将任何数据转换为固定长度的文本字符串的过程，称为哈希值或简称哈希。它是一个单向函数，因此无法从哈希中恢复原始数据。

哈希在与加密一起保护密码、验证完整性、验证用户等方面起着关键作用。了解其功能和限制有助于构建更强大的安全性。

什么是哈希？

哈希是一个数学算法，它接受一个输入并生成一个固定长度的唯一输出字符串。密码哈希函数的一些特性包括：

• 输出哈希与输入完全不同，不能用于检索原始数据。
• 相同的输入始终生成相同的哈希输出。
• 即使是输入的微小变化也会大大改变哈希。
• 哈希是单向的，无法逆向工程。
• 哈希算法经过精心设计，避免了两个不同的输入创建相同的哈希。

常见的哈希算法包括 MD5、SHA1、SHA256、SHA512、bcrypt 等。每个算法使用不同的内部逻辑并产生不同长度的哈希字符串。

哈希在安全加密中的应用

哈希在以下方面增强了加密实现的安全性：

密码存储

密码不能以明文形式存储。哈希将密码转换为不可读的字符串，适合进行持久存储。在登录时，输入的密码经过哈希处理，并与存储的哈希进行匹配，而不是比较明文。

消息认证

在发送消息之前对其进行哈希处理并附加其哈希值可以确保消息的完整性。接收者重复进行哈希运算以验证消息内容是否完整。任何篡改操作都会改变哈希值。

数字签名

签署文档涉及对其哈希值进行加密，而不是对完整内容进行加密以提高效率。验证签名时，对哈希值进行解密并将其与文档生成的新哈希值进行匹配。

数据去重

通过比较哈希值而不是逐字节比较，哈希运算可以在文件存储等系统中查找重复的数据块。匹配的哈希值表示数据相同。

工作量证明

哈希函数有意使计算机变慢，这对于加密货币挖矿和防止DDoS攻击很有用。挖矿者会反复计算哈希值，直到满足难度目标为止。

因此，总结起来，哈希运算将数据转换为短小的固定长度指纹，可用于高效验证完整性、检测重复、证明工作，并创建类似密码和签名的衍生物。

常见哈希算法

MD5

MD5是在1991年设计的一种快速且安全的哈希算法，由于其较小的128位哈希长度，非常适合用于软件完整性检查。安全漏洞使其在今天大多数用途上都已过时。

SHA1输出一个160位的哈希值。密码分析已经揭示了其理论上的漏洞，因此较新的SHA2和SHA3算法更受青睐。

作为SHA2家族的一部分，它生成一个被广泛信任的256位哈希值，适用于SSL证书和比特币等应用。

SHA512

SHA512生成的512位哈希比SHA256更安全，但速度更慢。它提供了更高的碰撞抵抗能力。

这是一种特意设计得慢的密码哈希算法。它可通过配置来调整哈希时间，以阻碍暴力破解攻击。

哈希在安全领域中的应用

密码存储

在将密码持久化到数据库之前，应使用类似于bcrypt的算法对密码进行单独的盐值加密和哈希处理。通过比较哈希值而不是明文密码来进行安全认证。

数据完整性

使用SHA256进行加密校验和，可以确保数据在传输或存储过程中没有被故意或意外篡改。这对于软件更新、取证、法律合规等方面至关重要。

数字签名

类似于SHA512的算法可以高效地对文档内容进行哈希处理。然后，使用发送者的私钥对哈希值进行加密，生成可由任何拥有公钥的人验证的签名。

区块链交易

使用SHA256对交易的输入和输出进行哈希处理。通过连续链接交易，可以防止双重支付和分叉。

哈希算法的安全考虑

哈希算法在应用中几乎具有神奇的效果，但在实施加密解决方案时，您应该注意以下一些限制：

• 没有哈希函数是完全无碰撞的。存在两个输入映射到相同哈希值的小概率。

• 彩虹表攻击可以通过暴力破解来还原短哈希值。在对密码进行哈希之前，对其进行盐处理至关重要。

• 旧的算法如MD5和SHA1容易发生理论上的碰撞。始终选择最新的安全哈希算法。

• 哈希输出应足够长（256位以上），以防止暴力破解和生日攻击。

• 时序和功耗分析攻击可以通过分析算法的执行来破解哈希值。使用恒定时间和随机化哈希算法。

• 在遭受攻击后，仅存储哈希值是无用的。采用密码轮换和多因素身份验证。

结论

哈希算法是一种不可或缺的加密技术，为当今许多关键的安全应用提供支持，如加密密码、可信交易、身份验证系统和数字签名文件。

在正确使用加密和盐的前提下，哈希算法有助于保护敏感数据，并防御欺诈行为。选择合适的算法可以最小化碰撞的发生。定期升级过时的哈希值是推荐的做法。

为了达到最佳安全性，将哈希算法与加密、盐和多因素身份验证等工具结合使用。在实施加密解决方案时，了解这些算法的优点和限制。明智地使用哈希算法可以有效地增强敏感系统和数据的机密性、完整性和真实性，从而与加密相辅相成。