校验和：探究密码学中的数据完整性问题

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图源：unsplash

数据完整性是指系统中信息的准确性、合法性和一致性。在发送信息时，尤其是使用不可靠媒介，数据完整性可以确保该信息未被篡改。

非法数据的潜在成因是什么？

数据完整性能防止出现数据违背系统的指令被篡改等系列问题。一些潜在的问题包括：

· 物理故障：用不好的媒介传输大量数据可能会毁坏数据。例如，无线信号可能会暂时丢失，或者线路可能遭到噪声电信号的干扰。

· 数据问题：负责传达信息的软件可能有一些漏洞，无意间使信息的子集发生变异。

· 恶意篡改：可能有中间人正在更改信息，以迷惑通讯员或者学习有价值的信息。

解决办法 –校验和

校验和可以解决以上三个潜在的数据完整性问题。校验和是从信息数据中衍生出的一个确定值，可以单独传输。这意味着给定信息的校验和总是相同的。

信息接受者可以从该信息中生成校验和，如果生成的校验和与发送信息的校验和匹配，那么发送的信息就不会被篡改。

需要注意的是，如果获取校验和的媒介不可靠，那么信息和校验和都可能被中间人篡改。通常较好的做法是在校验和上签署数字签名，数字签名就能证明校验和的发送者的身份。

什么是好的校验和？

校验和的类型很多，但是最好的校验和通常是加密哈希函数。哈希函数能生成很好地校验和验证数据的完整性，以下是它的性质：

· 确定性：同一信息的哈希值始终相同，不存在随机性。

· 速度快：无需使用不必要的资源计算校验和（KDF是一种低效的校验和）。

· 几乎不重合：两条不同的信息生成相同的校验和的可能性几乎为零。

· 精简：哈希的结果（又称“摘要”）应该很简短，无需浪费大量数据。

SHA-256哈希函数通常用于创建校验和摘要。

示例 –验证实际的校验和

校验和的常见用例是对下载的验证。在本例中，我们将下载比特币核心节点软件，并验证其完整性。假设你使用的是Mac OS，对于其他OS（操作系统），请按照下载页面的说明进行操作。

· 下载程序：https://bitcoincore.org/bin/bitcoin-core-0.19.1/bitcoin-0.19.1-osx.dmg?ref=hackernoon.com

· 下载校验和：https://bitcoin.org/bin/bitcoin-core-0.19.1/SHA256SUMS.asc?ref=hackernoon.com

· 打开终端并下载文件夹：

cd ~/Downloads

计算并打印下载的dmg文件的校验和：

shasum -a 256 bitcoin-0.19.1-osx.dmg

应该打印：

206d8d92189d22e735393abebeb7a2e7237a119dd448b4a40df8c357da1287b2 bitcoin-0.19.1-osx.dmg

然后打印下载的（预期的）校验和：

catSHA256SUMS.asc | grep bitcoin-0.19.1-osx.dmg

应该匹配：

206d8d92189d22e735393abebeb7a2e7237a119dd448b4a40df8c357da1287b2 bitcoin-0.19.1-osx.dmg

如果能够匹配，那么恭喜你！你的下载已经通过验证。你下载的程序没有经过恶意篡改。

此外，请记住，要验证提供给你的校验和未被篡改，你还需要验证GPG签名。

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编译组：李云、杨娴