Hash - tag - 沐木https://oldletter.cn/tags/hash/Hash - tag - 沐木Hugo -- gohugo.iozh-cnFri, 10 Feb 2023 00:00:00 +0000密码学基础：Hash、对称加密、非对称加密https://oldletter.cn/posts/crypto-01-fundamentals/Thu, 05 Jan 2023 00:00:00 +0000mumuhttps://oldletter.cn/posts/crypto-01-fundamentals/

作者：林 | 系列：密码学 | 适合读者：后端开发 / 对密码学感兴趣的工程师

一、为什么要懂密码学

作为开发者，你可能每天都在用密码学而不自知：

  • HTTPS 连接 → TLS 握手（非对称 + 对称加密）
  • 用户密码存储 → BCrypt/Argon2（散列函数）
  • JWT Token → HMAC-SHA256（消息认证码）
  • 支付接口签名 → RSA/SM2（数字签名）
  • 数据库敏感字段 → AES/SM4（对称加密）

密码学并非安全团队的专属，重点是每个后端工程师的基本功。本文用下限的篇幅把三大支柱讲清楚，后续每篇深入一个方向。

二、三大分类总览

能力 散列函数 对称密码 公钥密码
主要用途 完整性、派生、消息认证的组成部分 数据机密性与认证加密 密钥协商、签名，部分算法支持加密
是否可逆 不可逆 持有密钥可解密 取决于具体算法与用途
密钥 普通散列无密钥，HMAC 有密钥 双方共享密钥 公钥与私钥成对
常见算法 SHA-2、SHA-3、SM3 AES、SM4、ChaCha20 RSA、ECC、SM2

核心区别一句话：

  • Hash：单向压缩，不能解密，用于验证完整性
  • 对称加密：一把钥匙，能加能解，用于加密数据
  • 非对称加密：两把钥匙，公私配对，用于密钥交换和签名

三、散列函数（Hash）

3.1 特征

特征 说明
单向性 从哈希值无法反推出原文
固定长度 无论输入多长，输出长度固定
雪崩效应 输入改一个 bit，输出变化超过 50%
抗碰撞 找到两个不同输入产生相同输出，计算上不可行

3.2 常见算法

算法 输出长度 状态 用途
MD5 128 bit ❌ 已破解 仅用于文件校验（非安全场景）
SHA-1 160 bit ❌ 已破解 不应再使用
SHA-256 256 bit ✅ 安全 数字签名、证书、区块链
SHA-3 可变 ✅ 安全 SHA-2 的备选方案
SM3 256 bit ✅ 安全 国密体系，对标 SHA-256

3.3 代码示例

import java.security.MessageDigest;

// SHA-256
byte[] hash = MessageDigest.getInstance("SHA-256")
    .digest("hello".getBytes());

// SM3（需要 BouncyCastle）
byte[] sm3Hash = MessageDigest.getInstance("SM3")
    .digest("hello".getBytes());

3.4 典型应用

场景 做法
密码存储 BCrypt/Argon2（带盐的慢哈希）
文件完整性校验 SHA-256 摘要比对
消息认证（HMAC） HMAC-SHA256(key, message)
数字签名 先 Hash 再用私钥签 Hash 值
区块链 SHA-256 链式哈希
别用 MD5/SHA-1 做安全用途
MD5 碰撞攻击成本已低至几秒，SHA-1 也在 2017 年被 Google 实际碰撞。密码存储、签名验证等安全场景，必须用 SHA-256+ 或 SM3。

四、对称加密（Symmetric Encryption）

4.1 原理

加密和解密使用同一把密钥：

]]>散列函数：MD5、SHA、SM3 与 HMAChttps://oldletter.cn/posts/crypto-02-hash/Fri, 10 Feb 2023 00:00:00 +0000mumuhttps://oldletter.cn/posts/crypto-02-hash/

作者：林 | 系列：密码学 | 适合读者：后端开发 / 安全工程师

一、什么是散列函数

散列函数（Hash Function）将任意长度的输入映射为固定长度的输出，且这个过程不可逆。

输入（任意长度）       →  散列函数  →  输出（固定长度）
"hello"              →  SHA-256  →  2cf24dba5fb0a30e...（64 hex = 256 bit）
"hello world"        →  SHA-256  →  b94d27b9934d3e08...（64 hex = 256 bit）
整本《红楼梦》(2MB)   →  SHA-256  →  固定 64 hex 字符

1.1 密码学安全散列的四个性质

性质 含义 被破坏的后果
单向性（Preimage Resistance） 给定 h，找不到 m 使得 H(m)=h 能从哈希值反推出原文
第二原像抗性（Second Preimage） 给定 m1，找不到 m2≠m1 使得 H(m1)=H(m2) 能伪造替换文件
抗碰撞性（Collision Resistance） 找不到任意 m1≠m2 使得 H(m1)=H(m2) 能伪造证书/签名
雪崩效应（Avalanche Effect） 输入改 1 bit，输出至少变化 50% 能通过输出推测输入特征

二、主流算法对比

2.1 算法一览

算法 输出长度 分组长度 结构 安全状态 性能（相对）
MD5 128 bit 512 bit Merkle-Damgård ❌ 碰撞已破解 速度高
SHA-1 160 bit 512 bit Merkle-Damgård ❌ 碰撞已破解 快
SHA-256 256 bit 512 bit Merkle-Damgård ✅ 安全 中
SHA-512 512 bit 1024 bit Merkle-Damgård ✅ 安全 64位机更快
SHA-3(256) 256 bit 1088 bit Sponge（海绵结构） ✅ 安全 略慢
SM3 256 bit 512 bit Merkle-Damgård ✅ 安全 与 SHA-256 相当
BLAKE3 256 bit 64 byte Merkle Tree ✅ 安全 极快（可并行）

2.2 MD5：为什么不能再用

MD5 的碰撞攻击已经非常成熟：

]]>