【分享】什么是Hash Algorithm（哈希算法），你真的懂了吗？

Hash算法的含义：

哈希算法（Hash Algorithm）也称为散列函数、摘要函数，是一种将任意长度的消息压缩到某一固定长度的消息摘要的函数。哈希算法可以将任意长度的输入（也称为消息、明文）通过散列运算，转换为固定长度的输出（也称为散列值、哈希值、摘要）。常见的哈希算法有MD5、SHA-1、SHA-2等，它们被广泛应用于数字签名、数据完整性校验、密码学等领域。哈希算法有很多应用场景，如文件完整性校验、密码存储、数字签名等。

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Hash算法生成规则：

哈希算法是将任意长度的消息压缩成固定长度的摘要（或哈希值）的函数。生成哈希值的规则主要包括以下几个方面：

1.消息的输入：哈希算法的输入可以是任意长度的数据，例如文本、图片、视频等。

2.数据分块：如果输入数据过大，则需要分块处理。一般将数据划分为固定大小的块，每次处理一个块。

3.哈希函数的选择：哈希函数是关键，不同的哈希函数会产生不同的哈希值。应该选择安全的哈希函数，例如SHA-1、SHA-256等。

4.数据压缩：哈希算法通过对数据进行数学运算，将原始数据压缩成固定长度的哈希值。一般采用位运算、异或运算、加法等数学运算来实现数据压缩。

5.哈希值的输出：生成哈希值后，需要将其输出。哈希值可以以二进制、十六进制表示等方式输出。

总的来说，哈希算法生成哈希值的规则主要包括数据输入、数据分块、哈希函数的选择、数据压缩和哈希值的输出。不同的哈希算法可能在具体实现上略有不同。

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Hash算法的特点：

哈希（Hash）算法是一种将输入数据（例如一个文件或一个文本字符串）转换为固定长度的输出字符串的算法。哈希算法有以下特点：

1. 输入不同，输出一定不同。同样的输入会产生同样的输出。

2. 输出的长度固定。无论输入数据的长度是多少，哈希算法的输出长度是固定的，通常为固定的比特位数。

3. 哈希算法是不可逆的。即从哈希值不能推出输入的原始数据。

4. 哈希算法是单向的。即可以轻松地将数据转换为哈希值，但无法通过哈希值找回原始数据。

5. 哈希算法一般具有较高的散列值分布度。即不同的输入数据越是不同，那么输出的哈希值也越是不同。

6. 改变输入数据的任何一点都会导致输出的哈希值完全不同。这被称为哈希冲突（Hash Collision）。

7. 哈希算法一般具有较高的计算速度。即在短时间内可以快速地计算出哈希值。

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Java实现Hash算法的方式：

Java中实现Hash算法有多种方式，以下列举几种常见的方式：

1. 使用Java自带的HashCode方法

Java中的Object类提供了一个默认的hashCode()方法，该方法返回对象的散列码。如果对象没有重写该方法，则使用默认的实现。该方法返回一个int类型的值。可以通过将hashCode()返回的值与一个质数相乘（如31），再加上另一个属性的hashCode()值，来计算多个属性的hashCode()值。

2. 使用MessageDigest类计算摘要

Java的MessageDigest类可以用于计算摘要（hash值）。使用MessageDigest可以计算多种哈希算法，例如MD5、SHA-1、SHA-256等。下面是使用MessageDigest计算MD5的示例代码：

import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;

public class HashDemo {
    public static void main(String[] args) throws NoSuchAlgorithmException {
        String data = "hello world";
        MessageDigest digest = MessageDigest.getInstance("MD5");
        byte[] hash = digest.digest(data.getBytes());
        System.out.println(bytesToHex(hash)); // 输出16进制字符串
    }

    private static final char[] HEX_ARRAY = "0123456789ABCDEF".toCharArray();

    public static String bytesToHex(byte[] bytes) {
        char[] hexChars = new char[bytes.length * 2];
        for (int i = 0; i < bytes.length; i++) {
            int v = bytes[i] & 0xFF;
            hexChars[i * 2] = HEX_ARRAY[v >>> 4];
            hexChars[i * 2 + 1] = HEX_ARRAY[v & 0x0F];
        }
        return new String(hexChars);
    }
}

3. 使用Java自带的哈希表类HashMap

Java的HashMap类内部实现了一种哈希表（Hash Table）数据结构。使用HashMap可以实现存储键值对（Key-Value Pair）的功能，并且具有快速查找和插入的特性。HashMap的哈希算法实现了Java中的hashCode()方法，不过在处理碰撞（Collision）时还需要使用链表（LinkedList）。

以上三种方式都可以实现Hash算法，具体应该根据具体场景和需求来选择。

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Hash算法的碰撞：

Hash算法的冲突（碰撞）指的是在不同的输入值中，可能会生成相同的Hash值，这会导致Hash表中存储的数据不准确，影响程序的正确性和性能。以下是一个Hash算法冲突的示例：

假设我们有一个简单的Hash算法，它把输入值的每个字符的ASCII码相加，然后对一个质数取模，得到一个0到99的整数作为Hash值。

输入值 “hello” 和 “world” 的Hash值分别是 49 和 37。

但是，如果输入值 “dog” 和 “god”，它们的Hash值都是52，因为它们的字符的ASCII码相加的结果都是同样的。这就是Hash算法的冲突，尽管两个输入值不同，但它们的Hash值相同，可能会导致数据存储在同一个Hash桶中，影响Hash表的性能和数据完整性。为避免这种情况，现代的Hash算法都会采用更复杂的方法来生成Hash值，并尽量避免冲突。