关于术语
不同的参考书使用的术语有所不同：
- 单向散列函数(one-way hash function)、消息摘要函数（message digest function）、哈希函数、杂凑函数
- 输入的是消息（message）也称为原像（pre-image）
- 输出的是散列值（hash value），或消息摘要（message digest），或指纹（fingerprint）
- 完整性（integrity）/ 一致性
digest [da'dest] vt. 消化；吸收；融会贯通 n. 文摘；摘要 hash n. 剁碎的食物；混杂，拼凑；重新表述 vt. 搞糟，把…弄乱；切细；推敲 integrity n. 完整；正直；诚实；廉正 fingerprint n. 指纹；手印 vt. 采指纹
1. 什么是单向散列函数？
1.1 这个文件是不是真的？
场景：
- 文件的内容是通过比特序列来表现的
- 主动攻击者Mallory（无论人为还是病毒入侵）是否篡改了文件内容？
- 目标：确认文件"是不是真的" ,即完整性
- 方法：
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回家之前事先将文件拷贝到一个安全的地方保存起来，第二天将保存的文件和使用的这个文件进行对比
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缺点1. 毫无意义，事先已经把文件进行安全保存，何必校验完整性，直接使用事先保存的文件来工作不就行了？
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缺点2：效率问题。如果文件非常巨大，那么文件的拷贝、保存以及比较都将非常耗时。
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单向散列函数： 获取文件的“指纹”
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优点：效率高（较小的指纹直接比较），用散列值对比代替文件对比
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| 刑事侦查 | 文件完整性 |
|---|---|
| 犯罪嫌疑人的“指纹”与犯罪现场遗留的“指纹”比较 | 当前文件的“指纹” 与 过去文件的“指纹” |
| 身份标识（人变了/基因变了，身份也就变了） | 内容标识（衡量内容状态是否变化，防篡改；内容变了，指纹也就变了） |
1.2 定义： 根据消息的内容计算（compute）散列值
- 消息的类型： 任何类型（无论文本还是二进制），单向散列函数都将它作为单纯的比特序列来处理，即根据比特序列计算出散列值
- 散列值的长度和消息的长度无关
1.3 性质：
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定长输出： 无论原始数据多长，散列值都是短且固定的
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能够快速计算出散列值，所花费的时间必须要短，如果不能在现实的时间内完成计算就没有意义了。
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消息不同散列值也不同
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雪崩效应： 输入的微小改变，将会引起结果的巨大不同。（抗碰撞性（collision resistance）：难以发现碰撞的性质）
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弱碰撞性：要找到和该条消息具有相同的散列值的另外一条消息是非常困难的
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强碰撞性：要找到散列值相同的两条不同的消息是非常困难的。
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具备单向性： 无法通过散列值反算出消息（就像玻璃杯砸的粉碎很容易，却无法将碎片还原成完整的玻璃一样）
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并不是一种加密，无法通过解密将散列值还原为原来的消息
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散列：hash:，愿意是古法语中的“斧头”，后来被引申为“剁碎的肉末”，也许是用斧子一通乱剁再搅在一起的感觉。 单向散列函数的作用，实际上就是将很长的消息剁碎，然后再混合成固定长度的散列值。
1.4 实际应用
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检测软件是否被篡改
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为了减轻服务器的压力，很多软件作者都会借助多个网站（镜像站点）来发布软件。
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用户将下载到的软件，自行计算散列值，然后与官方网站公布的散列值进行对比，从而确保自己下载的文件是完整的。
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基于口令的加密（Password Based Encryption，PBE）
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原理：将口令和盐（salt，通过伪随机数生成器产生的随机值）混合后计算其散列值（KEK），然后将这个散列值用作加密的秘钥。（防御字典攻击）
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利用单向性生成KEK（密钥加密秘钥）秘钥，使用对称密���加密CEK（内容加密秘钥），用于保护CEK
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消息认证码
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数字签名： 对消息的散列值签名而不是对消息内容签名，处理速度快。
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伪随机数生成器： 利用单向性构造
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一次性口令（one-time password）
2. 具体例子
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MD4，MD5
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由Rivest设计，均能够产生128比特的散列值
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强抗碰撞性已经被攻破
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SHA-1，SHA-224，SHA-256，SHA-384, SHA-512
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由NIST（National Institute of Standards and Technology,美国国家标准技术研究所）设计
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SHA-1 产生160比特的散列值，强抗碰撞性已于2005年被攻破
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SHA-2 (SHA-224，SHA-256，SHA-384, SHA-512)分别可产生对应比特数的散列值，尚未被攻破
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RIPEMD-160: 欧盟RIPE项目设计
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AHS(Advanced Hash Standard) 与SHA-3： NIST已着手制定用于取代SHA-1的下一代单向散列函数SHA-3
3. 尚未解决的问题
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能够辨认出“篡改”，但无法辨别出“伪装”，我们还需要认证（消息认证码和数字签名）。
-----工具使用举例--------（MD5，SHA-1，SHA-256，SHA-512等等使用方法相同）
MD5SUM(1) User Commands MD5SUM(1)
Usage: md5sum [OPTION]... [FILE]...
compute and check MD5 (128-bit) message digest
1.打印(计算)MD5（128位）校验和
2.检查MD5（128位）校验和
With no FILE, or when FILE is -, read standard input. 如果没有FILE或者FILE为‘-’，将从标准输入读入
-b, --binary read in binary mode 以二进制模式读入
-c, --check read MD5 sums from the FILEs and check them 从FILES读取MD5 sums，然后校验他们
-t, --text read in text mode (default) 以文本模式读入（默认）
Note: There is no difference between binary and text mode option on GNU system.
提示： 如果在GUN 系统上，binary和text模式无任何区别。
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The following three options are useful only when verifying checksums: 仅仅当查证校验和的时候，下面3个选项非常有用！
--quiet don't print OK for each successfully verified file 被查证的文件如果成功，不打印OK（即仅仅显示错误信息，屏蔽验证正确的文件）
--status don't output anything, status code shows success 不输入任何东西，状态码显示success （即无论正确与否，都不输出任何信息，echo $?看最后结果）
-w, --warn warn about improperly formatted checksum lines 关于非合法的格式的checksum行，抛出warning，如此之外，不予显示
--help display this help and exit
--version output version information and exit
The sums are computed as described in RFC 1321. When checking, the input
should be a former output of this program. 当检查时，输入的应该是之前程序的输出。
The default mode is to print a line with checksum, a character indicating type a character indi-cating type (‘*’ for binary, ‘ ’ for text), and name for each FILE.
默认的mode和checksum合并为一行打印，一个字符指出mode的类型（* 为二进制，空为text），每个FILE为name
Report md5sum bugs to [email protected]
GNU coreutils home page: <http://www.gnu.org/software/coreutils/>
General help using GNU software: <http://www.gnu.org/gethelp/>
For complete documentation, run: info coreutils 'md5sum invocation'
PS:
$ openssl dgst -md5 test.enc
MD5(test.enc)= 9a8ca202880547463da5796c6d29f611
$ md5sum test.enc
9a8ca202880547463da5796c6d29f611 test.enc