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從輸出的哈希值反推回輸入，這從計(jì)算的角度是不可行的。

無論安全從業(yè)人員用計(jì)算機(jī)做什么，有一種工具對(duì)他們每個(gè)人都很有用：加密哈希（散列）hash函數(shù)。這聽起來很神秘、很專業(yè)，甚至可能有點(diǎn)乏味，但是， 在這里，關(guān)于什么是哈希函數(shù)以及它們?yōu)槭裁磳?duì)你很重要，我會(huì)作出一個(gè)簡(jiǎn)潔的解釋。

加密哈希函數(shù)，比如 SHA-256 或者 MD5，接受一組二進(jìn)制數(shù)據(jù)（通常是字節(jié)）作為輸入，并且對(duì)每個(gè)可能的輸入集給出一個(gè)希望唯一hopefully unique的輸出。對(duì)于任意模式的輸入，給定的哈希函數(shù)的輸出（“哈希值”）的長(zhǎng)度都是一樣的（對(duì)于 SHA-256，是 32 字節(jié)或者 256 比特，這從名字中就能看出來）。最重要的是：從輸出的哈希值反推回輸入，這從計(jì)算的角度是不可行的implausible（密碼學(xué)家討厭 “不可能impossible” 這個(gè)詞）。這就是為什么它們有時(shí)候被稱作單向哈希函數(shù)one-way hash function。

但是哈希函數(shù)是用來做什么的呢？為什么“唯一”的屬性如此重要？

唯一的輸出

在描述哈希函數(shù)的輸出時(shí)，“希望唯一hopefully unique”這個(gè)短語是至關(guān)重要的，因?yàn)楣：瘮?shù)就是用來呈現(xiàn)完全唯一的輸出。比如，哈希函數(shù)可以用于驗(yàn)證 你 下載的文件副本的每一個(gè)字節(jié)是否和 我 下載的文件一樣。你下載一個(gè) Linux 的 ISO 文件或者從 Linux 的倉庫中下載軟件時(shí)，你會(huì)看到使用這個(gè)驗(yàn)證過程。沒有了唯一性，這個(gè)技術(shù)就沒用了，至少就通常的目的而言是這樣的。

如果兩個(gè)不同的輸入產(chǎn)生了相同的輸出，那么這樣的哈希過程就稱作“碰撞collision”。事實(shí)上，MD5 算法已經(jīng)被棄用，因?yàn)殡m然可能性微乎其微，但它現(xiàn)在可以用市面上的硬件和軟件系統(tǒng)找到碰撞。

另外一個(gè)重要的特性是，消息中的一個(gè)微小變化，甚至只是改變一個(gè)比特位，都可能會(huì)在輸出中產(chǎn)生一個(gè)明顯的變化（這就是“雪崩效應(yīng)avalanche effect”）。

驗(yàn)證二進(jìn)制數(shù)據(jù)

哈希函數(shù)的典型用途是當(dāng)有人給你一段二進(jìn)制數(shù)據(jù)，確保這些數(shù)據(jù)是你所期望的。無論是文本、可執(zhí)行文件、視頻、圖像或者一個(gè)完整的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，在計(jì)算世界中，所有的數(shù)據(jù)都可以用二進(jìn)制的形式進(jìn)行描述，所以至少可以這么說，哈希是廣泛適用的。直接比較二進(jìn)制數(shù)據(jù)是非常緩慢的且計(jì)算量巨大，但是哈希函數(shù)在設(shè)計(jì)上非常快。給定兩個(gè)大小為幾 M 或者幾 G 的文件，你可以事先生成它們的哈希值，然后在需要的時(shí)候再進(jìn)行比較。

通常，對(duì)哈希值進(jìn)行簽名比對(duì)大型數(shù)據(jù)集本身進(jìn)行簽名更容易。這個(gè)特性太重要了，以至于密碼學(xué)中對(duì)哈希值最常見的應(yīng)用就是生成“數(shù)字”簽名。

由于生成數(shù)據(jù)的哈希值很容易，所以通常不需要有兩套數(shù)據(jù)。假設(shè)你想在你的電腦上運(yùn)行一個(gè)可執(zhí)行文件。但是在你運(yùn)行之前，你需要檢查這個(gè)文件就是你要的文件，沒有被黑客篡改。你可以方便快捷的對(duì)文件生成哈希值，只要你有一個(gè)這個(gè)哈希值的副本，你就可以相當(dāng)肯定這就是你想要的文件。

下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的例子：

$ shasum -a256 ~/bin/fop
87227baf4e1e78f6499e4905e8640c1f36720ae5f2bd167de325fd0d4ebc791c  /home/bob/bin/fop

如果我知道 fop 這個(gè)可執(zhí)行文件的 SHA-256 校驗(yàn)和，這是由供應(yīng)商（這個(gè)例子中是 Apache 基金會(huì)）提供的：

87227baf4e1e78f6499e4905e8640c1f36720ae5f2bd167de325fd0d4ebc791c

然后我就可以確信，我驅(qū)動(dòng)器上的這個(gè)可執(zhí)行文件和 Apache 基金會(huì)網(wǎng)站上發(fā)布的文件是一模一樣的。這就是哈希函數(shù)難以發(fā)生碰撞（或者至少是 很難通過計(jì)算得到碰撞）這個(gè)性質(zhì)的重要之處。如果黑客能將真實(shí)文件用哈希值相同的文件輕易的進(jìn)行替換，那么這個(gè)驗(yàn)證過程就毫無用處。

事實(shí)上，這些性質(zhì)還有更技術(shù)性的名稱，我上面所描述的將三個(gè)重要的屬性混在了一起。更準(zhǔn)確地說，這些技術(shù)名稱是：

1. 抗原像性pre-image resistance：給定一個(gè)哈希值，即使知道用了什么哈希函數(shù)，也很難得到用于創(chuàng)建它的消息。
2. 抗次原像性second pre-image resistance：給定一個(gè)消息，很難找到另一個(gè)消息，使得這個(gè)消息可以產(chǎn)生相同的哈希值。
3. 抗碰撞性collision resistance：很難得到任意兩個(gè)可以產(chǎn)生相同哈希值的消息。

抗碰撞性 和 抗次原像性 也許聽上去是同樣的性質(zhì)，但它們具有細(xì)微而顯著的不同。抗次原像性 說的是如果 已經(jīng) 有了一個(gè)消息，你也很難得到另一個(gè)與之哈希值相匹配的消息。抗碰撞性 使你很難找到兩個(gè)可以生成相同哈希值的消息，并且要在哈希函數(shù)中實(shí)現(xiàn)這一性質(zhì)則更加困難。

讓我回到黑客試圖替換文件（可以通過哈希值進(jìn)行校驗(yàn)）的場(chǎng)景。現(xiàn)在，要在“外面”使用加密哈希算法（除了使用那些在現(xiàn)實(shí)世界中由獨(dú)角獸公司開發(fā)的完全無 Bug 且安全的實(shí)現(xiàn)之外），還有一些重要且困難的附加條件需要滿足。認(rèn)真的讀者可能已經(jīng)想到了其中一些，特別需要指出的是：

1. 你必須確保自己所擁有的哈希值副本也沒有被篡改。
2. 你必須確保執(zhí)行哈希算法的實(shí)體能夠正確執(zhí)行并報(bào)告了結(jié)果。
3. 你必須確保對(duì)比兩個(gè)哈希值的實(shí)體確實(shí)報(bào)告了這個(gè)對(duì)比的正確結(jié)果。

確保你能滿足這些條件絕對(duì)不是一件容易的事。這就是可信平臺(tái)模塊Trusted Platform Modules（TPM）成為許多計(jì)算系統(tǒng)一部分的原因之一。它們扮演著信任的硬件基礎(chǔ)，可以為驗(yàn)證重要二進(jìn)制數(shù)據(jù)真實(shí)性的加密工具提供保證。TPM 對(duì)于現(xiàn)實(shí)中的系統(tǒng)來說是有用且重要的工具，我也打算將來寫一篇關(guān)于 TPM 的文章。