密码学（四）：哈希（Hash）函数

哈希（Hash）函数，又称为哈希算法或者散列函数，是可以用来将任意大小的数据映射到固定大小的数据的任何函数。哈希函数返回的值称为哈希值、哈希码、哈希和或哈希。其中一个用途是一种称为哈希表的数据结构，广泛用于计算机软件中快速查找数据。

哈希算法

哈希算法具有下面的5种特性。

• 不可逆性：从哈希值不能反向推导出原始数据。
• 难以破解性：如果要得到算法细节，你只能暴力枚举，没有比这更好的方法。
• 发散性：哪怕原始数据只修改了一个Bit，最后得到的哈希值也大不相同。
• 抗碰撞性：对于不同的原始数据，哈希值相同的概率非常小。
• 高效性：针对较长的文本，也能快速地计算出哈希值。

目前流行的 Hash 算法包括了 MD5、SHA-1 和 SHA-2，其中 MD5 和 SHA-1 被证明不具有强抗碰撞性。为了提高安全性，第二代 SHA-2 一共包含了 SHA-224、SHA-256、SHA-384，和 SHA-512 算法（统称为 SHA-2），SHA-3 相关算法也已被提出，它的出现并不是要取代 SHA-2，因为 SHA-2 目前并没有出现明显的弱点。目前使用比较多的是 SHA-2 系列中的 SHA-256 算法。

命令行生成SHA-256哈希值

首先我们可以使用这个网站http://hash.online-convert.com/sha256-generator 生成字符串“simpleiot”的SHA-256哈希值：

0141e02518527ccde0fb8ca204383b5e2cd4db7fb33af88edeac7ada227cbd84

我们可以使用如下三种命令行方式生成和验证改字符串的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实现哈希函数

EVP消息摘要（Message Digests）

消息摘要就是哈希函数，它将任意消息（具有任何内容或长度）作为输入，并提供固定大小的哈希值作为结果。OpenSSL库支持大量不同的哈希函数，包括流行的SHA-2哈希函数集（即SHA-224，SHA-256，SHA-384和SHA-512）。

哈希函数的示例使用

使用OpenSSL消息摘要/哈希函数，包括以下步骤：

• 创建消息摘要上下文
• 通过识别要使用的算法初始化上下文（内置算法定义参考evp.h）
• 提供需要计算摘要的消息。如有必要，可以将消息分成多个部分，并通过对库的多次调用提供这些消息部分
• 计算摘要
• 如果不再需要，清理上下文
  使用EVP_MD对象标识消息摘要算法。它们内置于库中，并通过适当的库调用（例如EVP_sha256() 或者 EVP_sha512()）获得。

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);
}