[科普中国]-密码散列函数

密码散列函数（Cryptographic hash function），又译为加密散列函数，是散列函数的一种。它被认为是一种单向函数，也就是说极其难以由散列函数输出的结果，回推输入的数据是什么。这样的单向函数被称为“现代密码学的驮马”。这种散列函数的输入数据，通常被称为消息（message），而它的输出结果，经常被称为消息摘要（message digest）或摘要（digest）。在信息安全中，有许多重要的应用，都使用了密码散列函数来实现，例如数字签名，消息认证码。

简介密码散列函数是一种单向散列函数，将任意长度的消息压缩到某一固定长度的消息摘要，一个理想的密码散列函数应该有四个主要的特性：对于任何一个给定的消息，它都很容易就能运算出散列数值。难以由一个已知的散列数值，去推算出原始的消息。在不更动散列数值的前提下，修改消息内容是不可行的。对于两个不同的消息，它不能给与相同的散列数值。单向散列函数生成的信息摘要是不可预见的，消息摘要看起来和原始的数据没有任何的关系。而且，原始数据的任何微小变化都会对生成的信息摘要产生很大的影响1。它的模型为：

。

其中， 是待处理的明文，可以为任意长； 是单向散列函数， 是生成的报文摘要，它具有固定的长度，并且和 的长度无关。其中 具有以下的单向性质：给 和 ，很容易计算 ；给定 和 ，很难计算 ，甚至得不到的 任何消息；给定 ，要找两个不同的和，使得在计算上是不可行的。

散列函数散列函数（Hash function）又称散列算法、哈希函数，是一种从任何一种数据中创建小的数字“指纹”的方法。散列函数把消息或数据压缩成摘要，使得数据量变小，将数据的格式固定下来。该函数将数据打乱混合，重新创建一个叫做散列值（hash values，hash codes，hash sums，或hashes）的指纹。散列值通常用一个短的随机字母和数字组成的字符串来代表。好的散列函数在输入域中很少出现散列冲突。在散列表和数据处理中，不抑制冲突来区别数据，会使得数据库记录更难找到。所有散列函数都有如下一个基本特性：如果两个散列值是不相同的（根据同一函数），那么这两个散列值的原始输入也是不相同的。这个特性是散列函数具有确定性的结果，具有这种性质的散列函数称为单向散列函数。但另一方面，散列函数的输入和输出不是确定对应关系的，如果两个散列值相同，两个输入值很可能是相同的，但也可能不同，这种情况称为“散列碰撞（collision）”，这通常是两个不同长度的输入值，刻意计算出相同的输出值。输入一些数据计算出散列值，然后部分改变输入值，一个具有强混淆特性的散列函数会产生一个完全不同的散列值。

应用数字签名（又称公钥数字签名，Digital Signature）是一种类似写在纸上的普通的物理签名，但是使用了公钥加密领域的技术实现，用于鉴别数字信息的方法。一套数字签名通常定义两种互补的运算，一个用于签名，另一个用于验证，但法条中的电子签章与数字签名，代表之意义并不相同，电子签章用以辨识及确认电子文件签署人身份、资格及电子文件真伪者。而数字签名则是以数学算法或其他方式运算对其加密，才形成电子签章，意即使用数字签名才创造出电子签章。数字签名不是指将签名扫描成数字图像，或者用触摸板获取的签名，更不是落款。数字签名了的文件的完整性是很容易验证的（不需要骑缝章、骑缝签名，也不需要笔迹鉴定），而且数字签名具有不可抵赖性（即不可否认性），不需要笔迹专家来验证。数字签名应用了公钥密码领域使用的单向函数原理。单向函数指的是正向操作非常简单，而逆向操作非常困难的函数，比如大整数乘法。这种函数往往提供一种难解或怀疑难解的数学问题。公钥密码领域具备实用性的三个怀疑难解问题为：质数分解，离散对数和椭圆曲线问题。

在密码学中，消息认证码（Message authentication code，缩写为MAC），又译为消息鉴别码、文件消息认证码、讯息鉴别码、信息认证码，是经过特定算法后产生的一小段信息，检查某段消息的完整性，以及作身份验证。它可以用来检查在消息传递过程中，其内容是否被更改过，不管更改的原因是来自意外或是蓄意攻击。同时可以作为消息来源的身份验证，确认消息的来源。消息认证码的算法中，通常会使用带密钥的散列函数（HMAC），或者块密码的带认证工作模式（如CBC-MAC）。信息鉴别码不能提供对信息的保密，若要同时实现保密认证，同时需要对信息进行加密。

本词条内容贡献者为:

王慧维 - 副研究员 - 西南大学