vad är en hash?
I samband med datavetenskap och programmering är en hash (även känd som en hash-kod, hashvärde eller meddelandemeddelande) en fast storlek numerisk representation av en inmatningsdata med godtycklig storlek. Tänk på det som ett fingeravtryck för en data.
Processen att generera en hash kallas hashing och den utförs av en hash -funktion .
Nyckelegenskaper för hashfunktioner:
* Deterministic: För samma inmatningsdata kommer hash -funktionen alltid att ge samma hashvärde.
* enväg (idealiskt): Det bör vara beräkningsmässigt omöjligt att vända hashfunktionen för att bestämma den ursprungliga ingången från dess hashvärde. (Detta är mer kritiskt för kryptografiska hashfunktioner.)
* Fast storlek utgång: Oavsett storleken på ingångsdata genererar hashfunktionen ett hashvärde av en specifik, förutbestämd storlek (t.ex. 32 bitar, 64 bitar, 256 bitar).
* kollisionsmotstånd (idealiskt): En bra hashfunktion bör minimera sannolikheten för olika ingångar som ger samma hashvärde (en "kollision"). Medan kollisioner är oundvikliga, bör de vara sällsynta.
Analogi:
Föreställ dig att du har ett dokument (inmatningsdata). En hashfunktion är som en maskin som sammanfattar det dokumentet till en kort sammanfattning av hash (hashvärdet). Sammanfattningen ska vara:
* konsekvent: Samma dokument ger alltid samma sammanfattning.
* unikt (så mycket som möjligt): Olika dokument bör idealiskt producera olika sammanfattningar.
* irreversible (idealiskt): Du kan inte återskapa originaldokumentet bara från dess sammanfattning.
hur hashs används vid programmering
Hash har många applikationer inom programmering och datastrukturer:
1. Datastrukturer (hashtabeller/hashkartor):
* Detta är den vanligaste användningen. Hashtabeller används för effektiv lagring och hämtning av data baserat på nycklar.
* Hur det fungerar: En hashfunktion konverterar nyckeln till ett index (hashvärde) inom en matris. Värdet associerat med nyckeln lagras vid det indexet.
* Fördelar: Ger mycket snabb genomsnittlig uppslagning (O (1) komplexitet) eftersom indexet är direkt beräknat från nyckeln.
* Exempel: Ordböcker i Python, kartor i Java, objekt som associerande matriser i JavaScript.
`` `python
Python Dictionary (en hash tabellimplementering)
my_dict ={"Apple":1, "Banana":2, "Orange":3}
utskrift (my_dict ["Apple"]) # åtkomst till värde med nyckeln "Apple" - o (1) genomsnittlig tid
`` `
2. Verifiering av dataintegritet:
* Hash kan användas för att säkerställa att data inte har manipulerats under överföring eller lagring.
* Hur det fungerar: Beräkna hashens hash innan du skickar den eller förvarar den. Senare kan du beräkna hash och jämföra den med det ursprungliga hashvärdet. Om hasharna matchar är uppgifterna troligen oförändrade.
* Exempel: Kontroller, filintegritetsverifiering i nedladdningar av mjukvaror, detektering av skadade data i databaser.
`` `python
import hashlib
Data ="Det här är mina data."
hash_object =hashlib.md5 (data.encode ()) #encode konverterar strängen till byte
md5_hash =hash_object.hexdigest ()
tryck (f "md5 hash:{md5_hash}")
`` `
3. Lösenordslagring:
* Att lagra lösenord direkt i en databas är en säkerhetsrisk. Hash används för att lagra en envägsrepresentation av lösenordet.
* Hur det fungerar: När en användare skapar ett konto hashas lösenordet (vanligtvis med ett "salt" - en slumpmässig sträng som läggs till i lösenordet före hashing). Hash lagras, inte det faktiska lösenordet. När användaren loggar in är det inmatade lösenordet också hash (med samma salt), och den resulterande hashen jämförs med den lagrade hashen.
* Fördelar: Även om databasen komprometteras kan angripare inte direkt hämta lösenorden.
* Säkerhetsöverväganden: Moderna lösning av hashhash-algoritmer (som Bcrypt, Scrypt, Argon2) är medvetet långsamma och använder salter för att göra dem motståndskraftiga mot brute-force-attacker och regnbågsattacker.
`` `python
importbcrypt
lösenord =b "my_secret_password" # lösenord som byte
generera ett salt
salt =bcrypt.gensalt ()
Hash lösenordet med saltet
hashed_password =bcrypt.hashpw (lösenord, salt)
tryck (f "Hashed -lösenord:{Hashed_password}")
för att verifiera lösenordet senare:
inledd_password =b "my_secret_password"
om bcrypt.checkpw (intered_password, hashed_password):
Skriv ut ("Lösenordsmatcher!")
annan:
Skriv ut ("Lösenord matchar inte.")
`` `
4. Caching:
* Hash kan användas för att skapa cache -nycklar för att lagra resultaten av dyra beräkningar.
* Hur det fungerar: Ingångsparametrarna till en funktion (eller tillståndet för ett system) är hash, och hashvärdet används som en nyckel i en cache (som en hashtabell). Om samma ingång uppstår igen kan det cachade resultatet hämtas direkt och undvika beräkning.
* Exempel: Memoisering, caching åtkom ofta data i webbapplikationer.
5. Data Deduplication:
* Hash kan användas för att identifiera duplicerade dataobjekt.
* Hur det fungerar: När nya data ska lagras beräknas dess hash. Om hashen redan finns i en databas med kända hash är uppgifterna troligen en duplikat och kan hoppas över (eller lagras endast en gång).
* Exempel: Lagringssystem, fildelningstjänster.
6. Bloom -filter:
* Probabilistiska datastrukturer som använder hashing för att testa om ett element är medlem i en uppsättning. Bloom -filter kan ha falska positiver (de kan säga att ett element är i uppsättningen när det inte är det), men de har aldrig falska negativ (de kommer aldrig att säga att ett element inte är i uppsättningen om det är).
7. Cryptography:
* Kryptografiska hashfunktioner (SHA-256, SHA-3, etc.) används för olika säkerhetsändamål, inklusive:
* Digitala signaturer:Skapa ett hash i ett dokument och sedan kryptera hash med en privat nyckel.
* Meddelandeutentiseringskoder (MAC):Skapa en hash som beror på en hemlig nyckel, som används för att verifiera både integritet och äkthet.
* Cryptocurrencies:Hashing är grundläggande för blockchain -teknik för att skapa block och verifiera transaktioner.
Vanliga hashfunktioner
Det finns många olika hashfunktioner. Här är några exempel:
* MD5 (meddelande Digest 5): (Avskrivna för säkerhetskänsliga tillämpningar eftersom det är sårbart för kollisioner). Genererar en 128-bitars hash.
* SHA-1 (Säker hash-algoritm 1): (Också avskrivna för säkerhetskänsliga applikationer på grund av sårbarheter). Genererar en 160-bitars hash.
* SHA-2 (Säker hash-algoritm 2): En familj av hashfunktioner, inklusive SHA-256 (256-bitars hash), SHA-384 (384-bitars hash) och SHA-512 (512-bitars hash). Allmänt anses vara säkrare än MD5 och SHA-1.
* SHA-3 (Säker hashalgoritm 3): En annan familj av hashfunktioner som valts i en NIST -tävling. Erbjuder en annan design än SHA-2.
* bcrypt, scrypt, argon2: Lösenordshash -algoritmer utformade för att vara långsamma och motståndskraftiga mot attacker. Dessa är inte generiska hashfunktioner; De är specifikt för lagring av lösenord.
* murmurhash, fnv hash: Icke-kryptografiska hashfunktioner som ofta används för hashtabellimplementeringar där hastighet är viktig.
Viktiga överväganden
* kollisioner: Kollisioner är oundvikliga, särskilt när de hanterar stora datasätt. Good Hash -tabellimplementeringar har kollisionsupplösningsstrategier (t.ex. separat kedjan, öppen adressering) för att hantera kollisioner effektivt.
* Hash Funktionsval: Valet av hash -funktion beror på applikationen. För säkerhetskänsliga applikationer, använd kryptografiska hashfunktioner. För hashtabeller väljer du en hashfunktion som distribuerar nycklar jämnt över bordet för att minimera kollisioner.
* Säkerhet: Om du använder hashs för säkerhet (lösenordslagring, dataintegritet), använd starka, moderna kryptografiska hashfunktioner (BCRYPT, Argon2, SHA-256, SHA-3) och korrekt saltningstekniker. Undvik att använda MD5 eller SHA-1 för säkerhet.
* Prestanda: Hash -funktioner varierar i deras prestanda. Profilera din kod för att avgöra om hashprocessen är en flaskhals och välj en lämplig hashfunktion för dina behov.
Sammanfattningsvis är en hash ett värdefullt verktyg för programmering, vilket ger ett sätt att representera data i ett kompakt, fast storleksformat för effektiva datastrukturer, integritetskontroller, säkerhet och olika andra applikationer. Att välja rätt hashfunktion och hantering av kollisioner effektivt är viktigt för att uppnå optimal prestanda och säkerhet.
