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法律雜湊和雜湊衝突的密碼學簡介
簡介
雜湊是現代密碼學的一個重要方面。它用於以安全有效的方式加密資料。密碼雜湊函式是一種數學函式，它接收任意大小的資料並將其轉換為固定大小的輸出，稱為雜湊值。本文將對雜湊和雜湊衝突進行密碼學介紹，解釋雜湊函式的工作原理以及雜湊衝突為何可能成為問題。
什麼是雜湊？
雜湊是一個過程，它接收任意大小的輸入資料並將其對映到固定大小的輸出，稱為雜湊值或訊息摘要。輸出具有固定長度，無論輸入大小如何。這使得雜湊在許多不同的密碼學應用中都很有用，包括數字簽名、密碼儲存和資料完整性檢查。
密碼雜湊函式被設計為具有幾個關鍵特性
確定性 - 給定相同的輸入，雜湊函式將始終產生相同的輸出。
單向性 - 僅給定雜湊輸出，找到原始輸入資料在計算上應該是不可行的。
抗衝突性 - 找到產生相同雜湊輸出的兩個不同輸入應該很困難。
不可逆性 - 無法從雜湊輸出確定原始輸入資料。
雜湊函式的工作原理
雜湊函式接收任意大小的輸入資料並生成固定大小的輸出，通常在 128 到 512 位的範圍內。輸入資料首先被分解成較小的塊，然後由雜湊函式處理。雜湊函式對輸入資料的每個塊應用一系列數學運算，生成中間輸出。最終的雜湊輸出是所有中間輸出的組合。
最常用的密碼雜湊函式之一是安全雜湊演算法 (SHA)。SHA 家族包括幾個變體，例如 SHA-1、SHA-256 和 SHA-512。這些函式廣泛應用於許多不同的密碼學應用中，包括數字簽名、資料完整性檢查和密碼儲存。
雜湊衝突
當兩個不同的輸入值產生相同的雜湊輸出時，就會發生雜湊衝突。這在許多不同的密碼學應用中可能是一個問題，因為它可能使攻擊者能夠偽造數字簽名、繞過密碼檢查或以其他方式操縱資料。
雜湊衝突可能由於生日悖論而發生。生日悖論指出，在一個 23 人的小組中，有 50% 的機率兩個人會在同一天生日。在一個 70 人的小組中，機率上升到 99.9%。這是因為只有 365 個可能的生日，因此隨著小組中人數的增加，發生衝突的機率呈指數級增長。
以類似的方式，當可能的輸入值的數量遠大於可能的雜湊輸出的數量時，可能會發生雜湊衝突。例如，SHA-256 生成 256 位的雜湊輸出，這意味著有 2^256 個可能的雜湊輸出。但是，可能的輸入值的數量要大得多，這意味著衝突是可能的。
雜湊衝突示例
MD5 衝突攻擊是一個著名的雜湊衝突示例。MD5 是另一種流行的密碼雜湊函式，廣泛用於資料完整性檢查和數字簽名。2004 年，研究人員發現了一種生成兩個產生相同 MD5 雜湊輸出的不同輸入值的方法。這意味著攻擊者可以建立一個看起來合法的偽造數字簽名。
另一個例子是 SHA-1 衝突攻擊。SHA-1 是一種較舊的密碼雜湊函式，仍在許多不同的應用程式中廣泛使用。2017 年，研究人員能夠生成兩個產生相同 SHA-1 雜湊輸出的不同輸入值。這意味著 SHA-1 不再被認為是安全的，建議使用更安全的雜湊函式，如 SHA-256 或 SHA-3。
防止雜湊衝突
為了防止雜湊衝突，務必使用抗衝突的密碼雜湊函式。這意味著找到產生相同雜湊輸出的兩個不同輸入值應該很困難。SHA-2 系列雜湊函式（如 SHA-256 和 SHA-512）被認為是抗衝突的，並在許多不同的應用程式中廣泛使用。
另一種防止雜湊衝突的方法是使用稱為加鹽的技術。加鹽包括在對資料進行雜湊之前，向輸入資料新增一個隨機值（稱為鹽）。這使得攻擊者更難以生成衝突，因為除了輸入資料之外，他們還需要知道鹽值。
結論
雜湊是現代密碼學的一個重要方面，用於以安全有效的方式加密資料。密碼雜湊函式被設計為確定性的、單向的、抗衝突的和不可逆的。雜湊衝突在許多不同的密碼學應用中可能是一個問題，使攻擊者能夠偽造數字簽名、繞過密碼檢查或以其他方式操縱資料。為了防止雜湊衝突，務必使用抗衝突的雜湊函式，並在必要時使用加鹽。隨著技術的不斷發展，務必瞭解最新的密碼學技術和最佳實踐，以確保資料的安全。
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