密碼學（四）：哈希（Hash）函數

哈希（Hash）函數，又稱爲哈希算法或者散列函數，是可以用來將任意大小的數據映射到固定大小的數據的任何函數。哈希函數返回的值稱爲哈希值、哈希碼、哈希和或哈希。其中一個用途是一種稱爲哈希表的數據結構，廣泛用於計算機軟件中快速查找數據。

哈希算法

哈希算法具有下面的5種特性。

• 不可逆性：從哈希值不能反向推導出原始數據。
• 難以破解性：如果要得到算法細節，你只能暴力枚舉，沒有比這更好的方法。
• 發散性：哪怕原始數據只修改了一個Bit，最後得到的哈希值也大不相同。
• 抗碰撞性：對於不同的原始數據，哈希值相同的概率非常小。
• 高效性：針對較長的文本，也能快速地計算出哈希值。

目前流行的 Hash 算法包括了 MD5、SHA-1 和 SHA-2，其中 MD5 和 SHA-1 被證明不具有強抗碰撞性。爲了提高安全性，第二代 SHA-2 一共包含了 SHA-224、SHA-256、SHA-384，和 SHA-512 算法（統稱爲 SHA-2），SHA-3 相關算法也已被提出，它的出現並不是要取代 SHA-2，因爲 SHA-2 目前並沒有出現明顯的弱點。目前使用比較多的是 SHA-2 系列中的 SHA-256 算法。

命令行生成SHA-256哈希值

首先我們可以使用這個網站http://hash.online-convert.com/sha256-generator 生成字符串“simpleiot”的SHA-256哈希值：

0141e02518527ccde0fb8ca204383b5e2cd4db7fb33af88edeac7ada227cbd84

我們可以使用如下三種命令行方式生成和驗證改字符串的SHA-256哈希值：

$ echo -n "simpleiot" | shasum -a 256    
0141e02518527ccde0fb8ca204383b5e2cd4db7fb33af88edeac7ada227cbd84  -
$ echo -n "simpleiot" | sha256sum    
0141e02518527ccde0fb8ca204383b5e2cd4db7fb33af88edeac7ada227cbd84  -
$ echo -n "simpleiot" | openssl dgst -sha256        
(stdin)= 0141e02518527ccde0fb8ca204383b5e2cd4db7fb33af88edeac7ada227cbd84

使用OpenSSL API實現哈希函數

EVP消息摘要（Message Digests）

消息摘要就是哈希函數，它將任意消息（具有任何內容或長度）作爲輸入，並提供固定大小的哈希值作爲結果。OpenSSL庫支持大量不同的哈希函數，包括流行的SHA-2哈希函數集（即SHA-224，SHA-256，SHA-384和SHA-512）。

哈希函數的示例使用

使用OpenSSL消息摘要/哈希函數，包括以下步驟：

• 創建消息摘要上下文
• 通過識別要使用的算法初始化上下文（內置算法定義參考evp.h）
• 提供需要計算摘要的消息。如有必要，可以將消息分成多個部分，並通過對庫的多次調用提供這些消息部分
• 計算摘要
• 如果不再需要，清理上下文
  使用EVP_MD對象標識消息摘要算法。它們內置於庫中，並通過適當的庫調用（例如EVP_sha256() 或者 EVP_sha512()）獲得。

void digest_message(const unsigned char *message, size_t message_len, unsigned char **digest, unsigned int *digest_len)
{
	EVP_MD_CTX *mdctx;

	if((mdctx = EVP_MD_CTX_create()) == NULL)
		handleErrors();

	if(1 != EVP_DigestInit_ex(mdctx, EVP_sha256(), NULL))
		handleErrors();

	if(1 != EVP_DigestUpdate(mdctx, message, message_len))
		handleErrors();

	if((*digest = (unsigned char *)OPENSSL_malloc(EVP_MD_size(EVP_sha256()))) == NULL)
		handleErrors();

	if(1 != EVP_DigestFinal_ex(mdctx, *digest, digest_len))
		handleErrors();

	EVP_MD_CTX_destroy(mdctx);
}