vad är en hash?
Inom datavetenskap, en hash (även känd som en hash -kod , hash -värde eller hash sum ) är en numerisk representation i fast storlek av en godtycklig mängd data. Det är som ett fingeravtryck eller en digital signatur för en information.
Nyckelegenskaper för en hash:
* utgång av fast storlek: Oavsett storleken på ingångsdata producerar hashfunktionen alltid en utgång av en specifik, fördefinierad längd (t.ex. 256 bitar, 160 bitar).
* Deterministic: Samma ingång producerar alltid samma hash -utgång. Detta är avgörande för konsistens och tillförlitlighet.
* kollisionsmotstånd (idealiskt): Det borde vara extremt svårt att hitta två olika ingångar som ger samma hash -utgång (en "kollision"). Även om perfekt kollisionsresistens är omöjligt i praktiken (på grund av duvahålsprincipen), minimerar goda hashfunktioner sannolikheten för kollisioner.
* envägsfunktion (helst): Det bör vara beräkningsmässigt omöjligt att vända hash -funktionen, vilket innebär att du inte kan bestämma de ursprungliga ingångsdata från dess hashvärde. Detta är viktigt för säkerhetsapplikationer.
Tänk på det så här:
Föreställ dig att du har en maskin (hash-funktionen) som tar alla objekt (inmatningsdata) och producerar en unik etikett med fast storlek (hashvärdet) för det objektet. Etiketterna är mycket kortare än själva föremålen.
hur hashs används i datorprogrammering:
Hash har många applikationer i datorprogrammering, inklusive:
1. hash tabeller (ordböcker, kartor):
* Syfte: Hashtabeller är en grundläggande datastruktur som används för effektiv lagring och hämtning av data baserat på nyckelvärdespar.
* Hur det fungerar:
* Nyckeln överförs till en hashfunktion.
* Hash -funktionen beräknar ett hashvärde (ett heltal) från nyckeln.
* Detta hashvärde används som ett index i en matris (hashtabellen).
* Motsvarande värde lagras vid det indexet.
* Fördelar: Tillhandahåller medelfall O (1) (konstant tid) Komplexitet för införande, radering och uppslagningsoperationer, vilket gör det oerhört snabbt för att söka och hämta data.
* Exempel:
`` `python
my_dict ={} # en tom ordbok (hash tabell)
my_dict ["äpple"] =1 # infoga "Apple" som nyckeln och 1 som värdet
my_dict ["banan"] =2
utskrift (my_dict ["Apple"]) # Output:1 (snabb uppslag)
`` `
2. dataintegritet (kontrollsummor):
* Syfte: För att verifiera att data inte har skadats under överföring eller lagring.
* Hur det fungerar:
* Beräkna hash på en fil eller datablock innan transmission/lagring.
* Efter transmission/återhämtning omberäkna hash.
* Jämför de två hashvärdena. Om de matchar är uppgifterna troligen intakta.
* Exempel:
* Filnedladdningar:MD5, SHA-256-kontrollsummor tillhandahålls ofta för att verifiera integriteten i nedladdade filer.
* Nätverksprotokoll:Feldetektering och korrigeringsmekanismer använder kontrollsummor baserade på hashfunktioner.
* varför det är användbart: En enda bitförändring i inmatningsdata kommer att resultera i ett dramatiskt annorlunda hashvärde.
3. Cryptography:
* Lösenordslagring: Istället för att lagra lösenord direkt, lagrar systemen hash på lösenordet. På detta sätt, även om databasen komprometteras, avslöjas inte de faktiska lösenorden (eftersom det är svårt att vända hash). Salt tillsätts vanligtvis för att förhindra attacker av regnbågen.
* digitala signaturer: Hashing används för att skapa en digital signatur av ett dokument eller ett meddelande. Avsändaren hashar dokumentet och krypterar sedan hash med sin privata nyckel. Mottagaren dekrypterar signaturen med avsändarens offentliga nyckel och jämför den resulterande hash med sin egen beräknade hash i dokumentet. Om de matchar, verifierar det äktheten och integriteten i meddelandet.
* Meddelandeutentiseringskoder (MAC): I likhet med digitala signaturer används Mac -datorer för att verifiera äktheten och integriteten hos meddelanden, men de använder en delad hemlig nyckel istället för offentliga/privata nyckelpar.
* Blockchain Technology: Hashing är en kärnkomponent i blockchain -teknik. Varje block innehåller hash från det föregående blocket och bildar en kedja av block som är resistent mot manipulering.
4. caching:
* Syfte: För att snabbt hämta ofta åtkomst till data.
* Hur det fungerar: Nyckeln som används för att komma åt data är hash, och den resulterande hashen används för att identifiera platsen för de cachade uppgifterna.
* Fördelar: Undviker dyra operationer som databasfrågor eller komplexa beräkningar genom att lagra resultat i en cache och hämtar dem snabbt med hashing.
5. Data Deduplication:
* Syfte: För att minska lagringsutrymmet genom att identifiera och eliminera duplicerade kopior av data.
* Hur det fungerar: Filer eller datablock är hashade. Om två olika filer har samma hash är det troligt att de är identiska (även om kollisioner är möjliga). En kopia lagras och den andra ersätts med en pekare till den lagrade kopian.
6. Databasindexering:
* Syfte: För att påskynda databasfrågor.
* Hur det fungerar: Hashing kan användas för att skapa ett index i en tabellkolumn. När en fråga söker efter ett specifikt värde är värdet hash, och indexet används för att snabbt hitta motsvarande rader i tabellen.
Vanliga hashalgoritmer:
* MD5 (Meddelande Digest Algoritm 5): Äldre algoritm, nu betraktad som kryptografiskt trasig (sårbar för kollisioner). Används fortfarande för kontrollsummor i vissa sammanhang, men avskräckta för säkerhetskänsliga applikationer.
* SHA-1 (Säker hash-algoritm 1): Också betraktas som kryptografiskt svagt. Avskräckt för nya applikationer.
* SHA-2-familjen (SHA-256, SHA-512, etc.): Säkrare än MD5 och SHA-1. Används allmänt för kryptografiska applikationer och dataintegritetskontroller.
* Sha-3 (Keccak): En annan algoritm från Sha-2-familjen, vald till vinnare av en NIST-tävling.
* bcrypt, scrypt, argon2: Dessa algoritmer är speciellt utformade för lösenordshashing, mer beräkningsmässigt dyra och resistenta mot brute-force-attacker.
Viktiga överväganden:
* Att välja höger hash -funktion: Den lämpliga hashfunktionen beror på den specifika applikationen. Säkerhetskritiska applikationer kräver starka kryptografiska hashfunktioner (som SHA-256 eller nyare). För hashtabeller är prestanda och kollisionsresistens viktiga faktorer.
* kollisionshantering: Hashtabeller måste ha en strategi för att hantera kollisioner (när två olika nycklar hash till samma index). Vanliga kollisionsupplösningstekniker inkluderar separat kedjan och öppen adressering.
* Säkerhet: När du använder hashs för säkerhetsändamål är det avgörande att använda starka, välbevakade hash-algoritmer och vidta åtgärder för att förhindra attacker som regnbågsbordattacker (t.ex. genom att använda saltning).
Sammanfattningsvis är hashing en kraftfull och mångsidig teknik som används i stor utsträckning i datorprogrammering för uppgifter som sträcker sig från datalagring och hämtning till verifiering och säkerhet för dataintegritet. Att förstå principerna för hashing är avgörande för alla mjukvaruutvecklare.
