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哈希算法的前世、今生和未來(lái)

電子設(shè)計(jì) ? 來(lái)源:電子設(shè)計(jì) ? 作者:電子設(shè)計(jì) ? 2020-12-25 18:54 ? 次閱讀

當(dāng)新人在學(xué)區(qū)塊鏈技術(shù)的時(shí)候,都會(huì)聽(tīng)到哈希和哈希算法,這似乎是無(wú)處不在的安全性保證。例如比特幣或者以太坊這種運(yùn)行去中心網(wǎng)絡(luò)和共識(shí)的機(jī)器,都會(huì)有上萬(wàn)個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)P2P連接,并且需要“無(wú)需可信”和可驗(yàn)證的效率。這些系統(tǒng)需要將信息寫(xiě)入緊湊的格式,從而通過(guò)參與者進(jìn)行保證安全和快速驗(yàn)證。

比特幣和以太坊主要的primitive是區(qū)塊的notion,這是包含轉(zhuǎn)賬信息,時(shí)間戳和其他重要數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。他們安全性的重要部件,就是能夠壓縮網(wǎng)絡(luò)全部的狀態(tài)信息,變成很短,并且標(biāo)準(zhǔn)的信息,在需要的時(shí)候可以進(jìn)行有效驗(yàn)證,這就被稱(chēng)之為哈希。

到處都會(huì)使用加密哈希,從密碼存儲(chǔ)到文件驗(yàn)證系統(tǒng)。使用確定性算法的基本原理,就是使用一個(gè)輸入,并且每次都產(chǎn)生一個(gè)固定長(zhǎng)度的字符串。也就是說(shuō),使用同樣的輸入總是會(huì)導(dǎo)致同樣的輸出。

確定性不僅對(duì)哈希很重要,而且可以改變輸入的單個(gè)字符會(huì)產(chǎn)生完全不同的哈希。

哈希算法的問(wèn)題是碰撞(collisions)的必然性。哈希是固定的字符串,意味著對(duì)于每個(gè)輸入,不同的輸入都會(huì)產(chǎn)生同樣的輸出。碰撞(collisions)是不好的。這意味著如果有攻擊者能夠根據(jù)需求創(chuàng)建這種collisions,那么他就可以讓欺詐文件或者數(shù)據(jù)看起來(lái)像正確的,合適的哈希,并且冒充合法。優(yōu)質(zhì)哈希功能的目標(biāo)是讓攻擊者很難找到,獲得輸入數(shù)據(jù)的方法。

計(jì)算哈希不應(yīng)該太簡(jiǎn)單,因?yàn)檫@會(huì)讓對(duì)于攻擊者來(lái)說(shuō),計(jì)算collisions也變得很容易。哈希算法需要對(duì)“預(yù)攻擊”有抵抗性。也就是說(shuō),給定哈希,應(yīng)該很難計(jì)算追溯確定性的步驟來(lái)重新產(chǎn)生由哈希創(chuàng)建的數(shù)值。

Given s= hash(x), finding x should be near impossible.

概括來(lái)看,“好的”哈希算法會(huì)有以下3種特性:

-在輸入中改變一個(gè)字符,應(yīng)該會(huì)創(chuàng)建雪崩效應(yīng),從而導(dǎo)致完全不同的哈希

-很低的概率會(huì)產(chǎn)生collisions

-提高效率,但是不會(huì)犧牲c(diǎn)ollision的對(duì)抗性

破散哈希

其中一個(gè)初始哈希算法標(biāo)準(zhǔn)是MD5哈希,這是被廣泛用來(lái)進(jìn)行文件整合驗(yàn)證,而且存儲(chǔ)哈希密碼在網(wǎng)頁(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)。這個(gè)功能非常簡(jiǎn)單,因?yàn)檩敵鍪枪潭ǖ模?28個(gè)字符串對(duì)于每個(gè)輸入,并且使用幾輪微不足道的單向運(yùn)算來(lái)計(jì)算其確定性輸出。它的輸出長(zhǎng)度短,操作簡(jiǎn)單,使得MD5徹底易碎,被稱(chēng)為生日攻擊。

“生日攻擊”是什么?

我們?cè)?jīng)聽(tīng)過(guò),如果你把23個(gè)人放在一個(gè)房間,就會(huì)有50%的概率,其中的2人會(huì)有同樣的生日?將這個(gè)數(shù)字提升到70人在一個(gè)房間,就會(huì)有99.9%的概率。這就是我們所說(shuō)的鴿巢原理,也就說(shuō)如果把100個(gè)各自放到99個(gè)箱子,你就必須在1個(gè)盒子里面放2個(gè)鴿子。換句話(huà)說(shuō),固定的輸出意味著collisions 可能會(huì)找到固定的排序。

其實(shí),MD5對(duì)于collision的抵抗是很脆弱的,家庭使用的2.4GHz處理器就可以在幾秒鐘算出哈希collision。而且,對(duì)于現(xiàn)在網(wǎng)頁(yè)的早期使用,還可以在網(wǎng)絡(luò)上創(chuàng)建很多MD5的預(yù)圖形,如果搜索哈希,就可以在谷歌上很容易找到。

哈希算法的多樣化和革新

開(kāi)始:SHA1 &SHA2

NAS被稱(chēng)為哈希算法標(biāo)準(zhǔn)的先驅(qū),最初的想法是安全哈希算法或者SHA1,創(chuàng)建了160固定長(zhǎng)度的輸出。不幸地是,SHA1通過(guò)增加了輸出長(zhǎng)度,單向操作的數(shù)量,還有單向操作的復(fù)雜性,從而形成了MD5算法,但是這不會(huì)提供任何基礎(chǔ)的提升,來(lái)對(duì)抗更有力量的機(jī)器來(lái)嘗試不同的攻擊。

我們?cè)趺床拍茏龅酶媚兀?br />
審核編輯:符乾江

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    發(fā)表于 02-21 16:26

    探索世界軍用無(wú)人機(jī)的前世今生

    第一次世界大戰(zhàn)進(jìn)入尾聲時(shí),動(dòng)力飛行還完全是一個(gè)新生的事物。十多年前,萊特兄弟剛在北卡羅來(lái)納州的基蒂霍克(Kitty Hawk)的沙丘間完成了原始雙翼飛機(jī)試飛。
    發(fā)表于 01-23 09:57 ?1666次閱讀

    機(jī)器人的前世今生

    機(jī)器人主要是用于代替人工作的,首先它是一個(gè)機(jī)器。對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)器,被使用者設(shè)計(jì)制造出來(lái)后,它的工作步驟、路徑都是確定的。機(jī)器的設(shè)計(jì)也是根據(jù)它所應(yīng)用的工作而進(jìn)行的。
    發(fā)表于 12-29 14:54 ?557次閱讀
    機(jī)器人的<b class='flag-5'>前世</b><b class='flag-5'>今生</b>
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