单向散列函数 1. 单向散列函数1.1 什么是单向散列函数1.2 术语1.3 单向散列函数的特性1.4 单向散列函数的实际应用1.4.1 检测软件是否被篡改1.4.2 消息认证码1.4.3 数字签名1.4.4 伪随机生成器1.4.5 一次性口令 1.5 常用的单向散列函数
1. 单向散列函数
单向散列函数 ------- 获取消息的指纹
在刑事侦查中，侦查员会用到指纹。通过将犯罪现场采集的指纹与指纹库比对，或与嫌疑人的指纹进行比对，就能够知道谁与案件有关联
在计算机中，有时候也会用到"指纹"。当需要比较两条消息是否一致时，通常不必对消息内容比较，直接比较它们的"指纹"就行。
1.1 什么是单向散列函数单向散列函数，有一个输入和一个输出，其中输入称为消息(message),输出称为散列值(hash value)。单向散列函数可以根据消息的内容计算出散列值，而散列值就可以被用来检查消息的完整性。 简单说就是把任意长度的内容转换成固定长度的输出串，且通过输出串难以还原 原始内容
这里的消息不一定是人能看懂的文字，可以是图片或者声音文件。单向散列函数不需要知道消息实际代表的含义。无论任何消息，单向散列函数都会将它作为单纯的比特序列来处理。即根据比特序列计算出散列值
散列值的长度和消息的长度无关。无论消息多大，单向散列函数都会计算出固定长度的散列值。以sha-1单向散列函数为例，它计算出的散列值的长度永远都是160比特（20字节)。
1.2 术语单向散列函数相关的术语，有很多变体，不同参考资料中所使用的术语也不同。
单向散列函数也被称为消息摘要函数(message digest function) 、哈希函数或者杂凑函数
输入单向散列函数的消息也成为原像(pre-image)。
单向散列函数的输出值也称为消息摘要(message digest)护或者指纹(fingerprint)。
完整性也成为一致性。
通过使用单向散列函数，即便是确认几百MB大小的文件完整性，也只要对比很小的散列值就可以了。通常将单向散列函数拥有以下特性。
根据任意长度的消息计算出固定长度的散列值首先，单向散列值的输入必须能够是任意长度的消息。
无论输入多长的消息，单向散列函数必须能够生成很短的散列值。
计算散列值所花费的时间必须要短。
消息不同散列值也不同为了能够确认完整性，消息中哪怕只有1比特的改变，也必须有很高概率产生不同的散列值。
两个不同的消息产生同一个散列值的情况被称为碰撞(collsion)。
难以发生碰撞的性质称为抗碰撞性。密码技术中所使用的单向散列函数，都要具备抗碰撞性。
单向散列函数必须具备单向性(one-way)。 单向性指的是无法通过散列值反算出消息的性质。根据消息计算出散列值可以很容易，但计算路径无法反推。
正如同将玻璃粉碎很容易，却无法将碎片还原成原先的玻璃。估计消息计算出散列值很容易，但根据散列值却无法逆推算出消息。
单向散列函数并不是一种加密，因此无法通过解密将散列值还原为原阿里的消息。
1.4 单向散列函数的实际应用 1.4.1 检测软件是否被篡改可以使用单向散列函数来确认自己下载的软件是否被篡改。
很多软件，都会把散列值公布在官方网站上。用户下载完软件后可自行计算散列值，与官方的散列值进行比对。来确认自己下载的软件是否与提供者的一致。
为了减轻服务器压力，很多软件都会借助多个网站（镜像站点)发布软件,在这种情况下，单向散列函数就会在检测软件是否被篡改方法发挥重要作用。
使用单向散列函数可以构造消息认证码
消息认证码是将"发送者和接收者之间的共享密钥"和"消息",进行混合计算后得到的散列值。使用消息认证码可以检测并防止通信过程中的错误，篡改以及伪装。
消息认证码在SSL/TLS中也有使用
1.4.3 数字签名在进行数字签名时会使用单向散列函数。
数字签名是现实社会中的签名（sign)和mtdcc这样的行为在电脑世界的实现。数字签名的过程非常耗时，因此一般不会对整个消息内容直接施加数字签名，而是先通过单向散列函数计算出消息的散列值，然后在对这个散列值施加数字签名。
使用单向散列函数可以构造伪随机数生成器。
密码技术中所使用的随机数需要具备"事实上不可能根据过去的随机数列预测未来的随机数列"这样的性质。为了保证不可预测性，可以利用单向散列函数的单向性。
1.4.5 一次性口令使用单向散列函数可以构造一次性口令(one-time password)
一次性口令经常被用于服务器对客户端的合法性认证。在这种方式中，通过使用单向散列函数可以保证口令在通信链路上传送一次(one-time)，因此即使窃听者窃取了口令，也无法使用。
1.5 常用的单向散列函数MD4 MD5 SHA1 SHA-224 SHA-256 SHA-384 SHA-512
算法比特数字节数MD4128bit16byteMD5128bit16byteSHA-1160bit20byteSHA-224224bit28byteSHA-256256bit32byteSHA-384384bit48byteSHA-512512bit64byte