Hash算法与摘要

目录

 

一、hash算法与摘要

二、特点

三、常见hash算法的原理

1、hash冲突

2、常用构造散列函数的方法

3、流行的hash算法

4、作用

5、常用的Hash函数分类

1、加法hash

2、位运算hash

3、乘法hash  

4、除法hash

5、查表hash

6、混合hash

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一、hash算法与摘要

hash算法是一个空间到另一个空间的映射

hash算法又称摘要算法，可以将任意数据data计算出固定长度的摘要digest,目的是为了发现原始数据是否被人篡改过。
求模算法作为一种不可逆的计算方法，成为了整个密码学的根基。只要涉及计算机安全和加密的领域，都会有模计算的身影。散列算法也不例外。
一种最原始的散列算法，就是简单的求模，为了更加安全，我们可以加入异或过程，或者最原始文本进行运算，如移位

简单解释，hash算法是一种单向密码体制，是从明文到密文的不可逆过程，只有加密，没有解密过程。

二、特点

       1、正向迅速，通过hash算法可以快速得出散列值
       2、反向困难，不能通过散列值，反向输出源输入字串
       3、输入敏感，输入的微小变化，即可引起输出的巨大变化
       4、抗碰撞性，不同的输入，不会产生相同的散列值

三、常见hash算法的原理

散列表，是基于快速存取的角度设计的，是以空间换时间的做法。该数据结构可以理解为一个线性表，但是不是紧密排列的，可能存在空隙。它通过把关键码值映射到表中一个位置来访问记录，以加快查找的速度。这个映射函数叫做散列函数，存放记录的数组叫做散列表。

1、hash冲突

hash冲突的问题，冲突主要取决于：

• 1、散列函数，好的散列函数的输出值应尽可能平均
• 2、处理冲突的办法
• 3、负载因子的大小。负载因子与散列函数是联动的

解决冲突的办法：

• 1、线性探查法：冲突后，线性向前试探，找到最近的一个空位置，缺点是会出现堆积的现象。
• 2、双散列函数法，在位置d冲突后，再次使用另外一个散列函数产生一个与散列表容量m 互质的数c , 依次探查 （d + n*c) %m ，使探查序列跳跃式分布

2、常用构造散列函数的方法

散列函数能使对一个数据序列的访问过程更加迅速有效
1、直接寻址法：取关键字的某个限行函数值为散列地址 H(key) = key 或者  H(key) = a * k + b
2、数字分析法，找出数字规律，减少hash冲突
3、平方取中法，关键字平方后的中间几位座位散列地址
4、折叠法，将关键字分组，三后叠加求和，最后的和就是散列地址
5、随机数法，选择随机函数，取关键字的随机值为散列地址
6、求模法

3、流行的hash算法

MD5/SHA-1/SHA-2 是目前比较流行的hash算法，而他们都是已MD4为基础涉及的。

• MD4,MIT于1990年设计，MD 是Message  Digest 的缩写。基于32位操作数的位操作来实现，其输出是128位，目前已被证明不够安全
• MD5,Rivest于1991年对MD4的改进，输入仍是512位的分组，其输出是4个32位字的级联，MD5已被证明不具备抗碰撞性
• SHA , 是一个hash函数族，由NIST于1993年发布，SHA-1，输出为160位hash值，与MD4原理相同，模仿了其算法，已被证明不具备抗碰撞性。该系列还有SHA-224,SHA-256,SHA-384,SHA-512,统称为SHA-2

4、作用

     1、文件校验  2、数字签名  3、鉴权协议

5、常用的Hash函数分类

1、加法hash

  所谓加法hash就是把输入元素累加起来构成最后的结果。
  static int additiveHash（String key， int prime）
　　{
　　int hash， i;
　　for （hash = key.length（）， i = 0; i 《 key.length（）; i++）{
　　    hash += key.charAt（i）;
    }
　　return （hash % prime）;
　　}

2、位运算hash

通过各种位运算来充分混合输入元素
   static int rotatingHash（String key， int prime）
　　{
　　int hash， i;
　　for （hash=key.length（）， i=0; i++）{
    　　hash = （hash << 4 >> 28）^key.charAt（i）;
    }
　　return （hash % prime）;
　　}
    先移位，然后再进行各种位运算是这样的类型Hash函数的主要特点。比方，以上的那段计算hash的代码还能够有例如以下几种变形：

    hash = (hash<<5>>27)^key.charAt(i);
    hash += key.charAt(i);
    hash += (hash << 10);
    hash ^= (hash >> 6);
    if((i&1) == 0)
    {
    hash ^= (hash<<7>>3);
     }
    else
     {
     hash ^= ~((hash<<11>>5));
     }
    hash += (hash<<5>
    hash = key.charAt(i) + (hash<<6>>16) ? hash;
    hash ^= ((hash<<5>>2));

3、乘法hash  

    其实，“乘法哈希”的思想就是：提取关键字 key 中间 k 位数字。

    公式：hash(key) = floor( M/W * ( a * key mod W) )
    其中 floor 表示对表达式进行下取整
    1、通常设置 M 为 2 的幂次方。
    2、W 为计算机字长大小（也为2的幂次方）。
    3、a 为一个非常接近于W的数。

4、除法hash

hash = hash ^ （hash》》10） ^ （hash》》20）

5、查表hash

static int crctab［256］ = {
　　0x00000000， 0x77073096}

　int crc32（String key， int hash）

　　{
　　int i;

　　for （hash=key.length（）， i=0; i

　　hash = （hash 》》 8） ^ crctab［（hash & 0xff） ^ k.charAt（i）］;

　　return hash;

　　}

6、混合hash

混合Hash算法利用了以上各种方式。各种常见的Hash算法，比如MD5、Tiger都属于这个范围。它们一般很少在面向查找的Hash函数里面使用。