HASH算法简介
Hash：一般翻译做”散列“，也有直接音译为”哈希“，就是
把任意长度的输入通过散列算法变成固定长度的输出，该输出值就是散列值。这种转换是一种压缩映射，也就是，散列值的空间通常远小于输入的空间，不同的输入可能会散列成相同的输出，所以不可以从散列值来确定唯一输入值。简单的说，就是一种将任意长度的消息压缩到某一固定长度的消息摘要的函数。
Hash算法可以将一个数据转换为一个标志，这个标志和源数据的每一个字节都有十分紧密的关系。Hash算法还有一个特点，就是很难找到逆向规律。
Hash算法是一个广义的算法，也可以认为是一种思想，使用Hash算法可以
提高存储空间的利用率，可以提高数据的查询效率，也可以做数字签名来保障数据传递的安全性，所以Hash算法被广泛地应用在互联网中。
Hash算法也被称为散列算法，虽然被称为算法，但它实际上更是一种思想，Hash算法没有一个固定的公式，只要符合散列思想的算法都可以被称为Hash算法。
常见的Hash算法：
MD5SHA1SHA256SHA512
Hash算法的特点：
-
无固定公式，只要符合散列思想即可称为Hash算法。 -
对相同的数据进行Hash运算，得到的结果是相同的。 -
对不同的数据进行Hash运算，得到Hash值长度是相同的，默认为128位。 -
对不同的数据进行Hash运算，得到Hash值可能相同。因此Hash是不可逆的。
Hash使用案例
密码加密
准备工作，添加一个NSString的分类Hash，在该分类中，编写相应的Hash算法。
#import <Foundation/Foundation.h>
@interface NSString (Hash)
//计算MD5散列结果
- (NSString *)md5String;
//计算SHA1散列结果
- (NSString *)sha1String;
//计算SHA256散列结果
- (NSString *)sha256String;
//计算SHA 512散列结果
- (NSString *)sha512String;
//计算HMAC MD5散列结果
- (NSString *)hmacMD5StringWithKey:(NSString *)key;
//计算HMAC SHA1散列结果
- (NSString *)hmacSHA1StringWithKey:(NSString *)key;
//计算HMAC SHA256散列结果
- (NSString *)hmacSHA256StringWithKey:(NSString *)key;
//计算HMAC SHA512散列结果
- (NSString *)hmacSHA512StringWithKey:(NSString *)key;
//计算文件的MD5散列结果
- (NSString *)fileMD5Hash;
//计算文件的SHA1散列结果
- (NSString *)fileSHA1Hash;
//计算文件的SHA256散列结果
- (NSString *)fileSHA256Hash;
//计算文件的SHA512散列结果
- (NSString *)fileSHA512Hash;
@end
- 使用MD5对密码进行加密
- (void)testMD5{
self.pwd = @"123456";
NSLog(@"密码：%@",self.pwd.md5String);
}
//结果：
密码：e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e
虽然Hash是不可逆的，但是我们知道，同一个数据，生成的Hash一定是相同的。那可以通过不断碰撞的形式（即，不断的尝试源数据，使其MD5值与查询的MD5值相同），找到MD5值为结果的源数据。
- 使用MD5加盐后再对密码进行加密
- (void)testMD5Salt{
self.pwd = @"123456";
self.pwd = [self.pwd stringByAppendingString:@"LKSJDFLKJ&^&@@"].md5String;
NSLog(@"密码：%@",self.pwd);
}
//结果
密码：2359298f49af5695a4b846e95bdea467
盐和密钥较为相似，若盐被泄露，也会造成较大的安全隐患。另外，加盐的方式对开发者的依赖太高，若开发者带着盐跑路，对公司来说也极痛苦。
- 使用HMAC对密码进行加密
- (void)testHmac{
self.pwd = @"123456";
self.pwd = [self.pwd hmacMD5StringWithKey:@"huang"];
NSLog(@"密码：%@",self.pwd);
}
//结果
密码：dadb0f2e7c9daf154abe5180755f9c2b
HMAC加密的特点：
-
使用一个密钥加密数据做两次散列。 -
密钥可由服务端提供，服务端可根据每个账号生成一个密钥，再将该密钥传递至客户端。 -
单一密钥的泄漏只影响一个用户。 -
单一密钥的更新，也只需要一个用户重新更新即可。
使用HMAC加密流程：
- 注册阶段
- 将账号传递给服务端
- 服务端针对账号随机生成一个密钥，并将密钥返回给客户端
- 客户端将密钥存储在本地，如：钥匙串
- 注册时，明文密码使用HMAC加密，将密文传递到服务端
- 登陆阶段
- 如果本地没有密钥，则先向服务器获取密钥，这种情况多发生在更换设备后，新设备未存储密钥。此时也可增加授权流程来获取密钥
- 登陆时，明文密码使用HMAC加密后，再将密文传递至服务端
使用HMAC加密，密码相对安全，但是仍然无法防止攻击，攻击者利用网络监听或者其它方式盗取密文密码后，可直接将密文密码作为整个密码数据，在需要使用密码的时候将其发送给服务器，欺骗系统从而完成身份认证。
- 使用Hash+时间戳对密码进行加密
防止重放攻击最有效的办法就是对密文增加时效性，在HMAC加密方式不变的情况，增加时间戳，使密文仅在时间戳范围内有效。
- (void)testHmacTime{
self.pwd = @"123456";
self.pwd = [self.pwd hmacMD5StringWithKey:@"huang"];
self.pwd = [self.pwd stringByAppendingString:@"202104211811"].md5String;
NSLog(@"密码：%@",self.pwd);
}
//结果
密码：d54b43cbd6f6005547096b526924cdfa
总结：安全性比较：MD5 < MD5+盐 < HMAC < HMAC+时间戳。
数字签名
数字签名是只有信息的发送者才能产生的，别人无法伪造的一段数字串，这段数字串也是对信息的发送者发送信息真实性的一个有效证明。
数字签名的目的：
- 防伪造：私有密钥只有签名者自己知道，所以其它人不可能伪造。
- 鉴别身份：由于传统的手工签名一般是双方直接见面，身份自可一清二楚，但在网络环境中，接收方必须能够鉴别发送方所宣称的身份。
- 防篡改：对于数字签名，签名与原有文件已经形成一个混合的整体数据，不可能被篡改，从而保证了数据的完整性。
- 防重放：对于数字签名，如果采用了对签名报文添加流水号、时间戳技术，可有效防止重放攻击。
- 防抵赖：数字签名可以鉴别身份，不可能伪造，那么保存好签名的报文，也就保留了证据，签名者无法抵赖。
- 保密性：有了保密性，截收攻击也就失效了，数字签名可以加密要签名的信息，当然如果签名的报文不要求机密性，也可以不加密。
数字签名的使用：
- 服务端
- 对将要传递的数据，生成Hash值。
- 使用RSA对Hash值进行加密，从而生成签名。
- 传递数据时，同时传递签名
- 客户端
- 使用RSA对签名进行解密，得到服务器端的Hash值
- 使用相同的算法，对数据生成本地的Hash值
- 将本地Hash值与服务器Hash值进行比较，若一致则表示本次请求是合法的，否则为非法的。
其它用途
在搜索引擎中分词搜索时，几个关键字无论顺序如何，得到的搜索结果都是一致的，这也是Hash值的一个应用场景。
例如：搜索iOS & Swift
无论iOS和Swift的顺序如何，只要iOS和Swift的Hash值之和是一样的，则视为相同的搜索词，因此得到的搜索结果是一样的。
即：iOS.Hash + Swift.Hash = Swift.Hash + iOS.Hash
版权
由于数字文件的便捷性，拷贝传播十分方便，但是一些涉及利益的传播性质，往往会侵犯数字文件版权的归属问题。此时就可以使用Hash。
文件的Hash值，和文件名、后缀名无关，只取决于文件的二进制数据。正版与盗版的区别也在于它们的Hash值不同。
数据识别
网盘的数据识别，例如秒传功能，如果上传文件的Hash值在服务器上存在，无需重复上传。
还有对于一些违规的文件，修改文件名、后缀名也会被识别出来，这种情况只能修改文件的二进制数据。
对于文件计算Hash值，是不是也耗费服务器资源呢？
其实，Hash去重也是分粒度的，有文件去重，块去重，字节去重，粒度越细的准确率越高，相应的耗费服务器资源肯定也要多。
终端命令
散列函数
- 计算MD5散列结果
md5 -s "123456"
//结果为：32个字符的MD5散列字符串
MD5 ("123456") = e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e
- 计算SHA1散列结果
echo -n "123456" | openssl sha1
//结果为：40个字符的SHA1散列字符串
7c4a8d09ca3762af61e59520943dc26494f8941b
- 计算SHA256散列结果
echo -n "123456" | openssl sha256
//结果为：64个字符的SHA256散列字符串
8d969eef6ecad3c29a3a629280e686cf0c3f5d5a86aff3ca12020c923adc6c92
- 计算SHA512散列结果
echo -n "123456" | openssl sha512
//结果为：128个字符的SHA512散列字符串
ba3253876aed6bc22d4a6ff53d8406c6ad864195ed144ab5c87621b6c233b548baeae6956df346ec8c17f5ea10f35ee3cbc514797ed7ddd3145464e2a0bab413
HMAC散列函数
- 计算HMAC MD5散列结果
echo -n "123456" | openssl dgst -md5 -hmac "huang"
//结果为：32个字符的HMAC MD5散列字符串
dadb0f2e7c9daf154abe5180755f9c2b
- 计算HMAC SHA1散列结果
echo -n "123456" | openssl sha1 -hmac "huang"
//结果为：40个字符的HMAC SHA1散列字符串
60340b9064d4b48fb021eb7bead73c1441909b0f
- 计算HMAC SHA256散列结果
echo -n "123456" | openssl sha256 -hmac "huang"
//结果为：64个字符的HMAC SHA256散列字符串
24dd68b307f9a05218d2fbcf3276fb829429c716b2e4fc87049dedcc6d6d79af
- 计算HMAC SHA512散列结果
echo -n "123456" | openssl sha512 -hmac "huang"
//结果为：128个字符的HMAC SHA512散列字符串
cf410ed80b9347ee7a33f28bc49745d32640d65e4c2e478b9b27b5392942a1dbb53e1e3f8b0cd9f356efa30307ac235a87482526dc4e480a5bb4be069018bc05
文件散列函数
//1. 创建文件file.txt
vim file.txt
//输入文件内容为：123456
//2. 计算文件的MD5散列结果
md5 file.txt
//得到32个字符的MD5散列字符串
MD5 (file.txt) = f447b20a7fcbf53a5d5be013ea0b15af
//3. 计算文件的SHA1散列结果
openssl sha1 file.txt
//得到40个字符的SHA1散列字符串
SHA1(file.txt)= c4f9375f9834b4e7f0a528cc65c055702bf5f24a
//4. 计算文件的SHA256散列结果
openssl sha256 file.txt
//得到64个字符的SHA256散列字符串
SHA256(file.txt)= e150a1ec81e8e93e1eae2c3a77e66ec6dbd6a3b460f89c1d08aecf422ee401a0
//5. 计算文件的SHA512散列结果
openssl sha512 file.txt
//得到128个字符的SHA512散列字符串
SHA512(file.txt)= 1caced6fca2237153d65adfb0f3dbe33b9375e9eb6df17c379f80cd37deb6e6a70159c7e898576db568b871ca1c2ffd1a2cc3205f1b50be5396096335fc29c40
总结
- Hash的特点：
- 无固定公式，只要符合散列思想即可。
- 对相同的数据进行运算，得到的结果相同。
- 对不同的数据进行运算，得到结果的数据长度相同。
- 对不同的数据进行运算，得到的结果可能相同。
- Hash算法不可逆。
- Hash的用途
- 用作密码加密
- 用作数字签名
- 用于搜索引擎中的多关键字搜索
- 用于版权归属问题解决
- 用于数据识别
- 加密密码的方式
- MD5（存在安全隐患，密码可通过碰撞后破解）
- MD5+盐（存在安全隐患，盐被泄漏后密码可被破解）
- HMAC（安全性较高，但可被重放攻击）
- HMAC+时间戳（安全性较高，防止重放攻击）
- 演示Demo
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