单向散列函数的说明
- 单向散列函数也称为消息摘要函数, 哈希函数 或者 杂凑函数
- 单向散列函数输出的散列值又称为消息摘要 或者 指纹
单向散列函数的特点
- 加密后密文的长度是定长的(即对任意长度的消息三列,得到的散列值是定长的)
- 散列计算速度快,非常高效
- 如果明文不一样，那么散列后的结果一定不一样
- 如果明文一样，那么加密后的密文一定一样（对相同数据加密，加密后的密文一样）
- 所有的加密算法是公开的
- 具备单向性,不可以逆推反算
单项散列函数的经典算法
- MD4
- MD5
- SHA1
- SHA256
- SHA512
MD5和SHA256是非常常用的两种单向散列函数，虽然MD5在2005年已经被中国密码学家王小云攻破，但是也还是在被大规模使用，现在比较常用的是SHA256算法，安全性暂时未有被破解。在BITS系统中，所有的索引都是通过sha256进行加密，即便知道了索引，在不知道原文的情况下，对知道者来说，也只是是一串无意义的字符串。
单向散列函数的常见应用场景
数据库中保存用户密码
比如前段时间频频爆出一些公司的数据库被爆，用户的账户密码以明文存在，大量资料流出这样的做法是极其不负责和危险的。
最好的方法就是将用户的密码通过单向散列函数输出到数据库，每次登录时对比散列值即可。由于单向散列函数的不可逆性，就算数据库被盗取，也没有办法得到用户的信息。
（某些自称破解单向散列函数的网站使用的方法其实是低级的穷举法，保存大量常用明文的散列值，这样做是很愚蠢的。有很多方法可以应对，比如一种叫做“加盐”的常用方法，将用户的信息后面统一加上诸如$%*^&这样的字符，然后计算散列值存入数据库中，或者可以计算散列值的散列值，这样可以保证绝对的安全性。）防止文件篡改
目前大部分提供下载服务的网站都有提供文件的SHA256值，这是因为单向散列函数具备防篡改的效果，若是下载的文件的SHA256和网站提供的值不符，则可能此文件已经遭到了修改，可能含有病毒或者是盗版等等。。。接下来的代码中我们也会来实现计算文件的SHA256值。数字签名
在进行数字签名时也会使用单向散列函数。
数字签名是现实社会中的签名和盖章这样行为在数字世界中的实现。数字签名的处理过程非常耗时，因此一般不会对整个消息内容直接使用数字签名，而是先通过单向散列函数计算出消息的散列值，然后再对这个散列值使用私钥加密，得到的就是数字签名。伪随机数生成器
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。秒传
很多诸如某云盘，某网盘这样的公司利用单向散列函数的特性实现秒传的效果。
单向散列函数就像文件的指纹一样，当用户上传文件时，首先计算一下此文件的单向散列值，将此值在数据库中进行查找，若存在相同值，证明此用户上传的文件已经存在相同的，所以无需上传，共享即可。如此可大幅降低服务器负载，大幅缩减存储空间，实现去重的效果。
参考资料
什么是散列函数：https://web.archive.org/web/20061206022506/http://www.rsasecurity.com/rsalabs/node.asp?id=2176
散列函数：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%95%A3%E5%88%97%E5%87%BD%E6%95%B8
sha家族：https://zh.wikipedia.org/wiki/SHA%E5%AE%B6%E6%97%8F
彩虹表：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%BD%A9%E8%99%B9%E8%A1%A8