Downcodes小編帶你了解Hash演算法！ Hash函數是一種將任意長度的輸入資料對應到固定長度輸出的演算法，廣泛應用於資料完整性校驗、資料加密和雜湊儲存等領域。本文將深入淺出地講解Hash的概念、原理、應用場景以及常見的Hash演算法，例如MD5、SHA系列、bcrypt和scrypt等，並分析Hash演算法存在的安全性問題，例如碰撞攻擊、彩虹表攻擊和遍歷攻擊。希望本文能幫助你更了解Hash演算法及其在實際應用中的重要角色。
Hash是將不同長度的輸入對應為固定長度輸出的函數，被廣泛應用於資料完整性校驗、資料加密、雜湊儲存等諸多領域。常見的Hash演算法有MD5、SHA系列、bcrypt和scrypt等，其中SHA-256和SHA-512在安全領域應用廣泛，而MD5因安全性問題不再建議使用。
Hash，中文翻譯為雜湊，也常稱為哈希。它是一個函數，用於將不同長度的輸入資料映射為固定長度的輸出，通常是一個較短的字串或數字，這個輸出通常稱為Hash值或雜湊值。 Hash函數的設計考慮了快速計算和雜湊衝突的減少，因為不同的輸入可能會得到相同的Hash值，這種情況稱為Hash碰撞。
Hash函數的設計原理是使得輸入資料發生細微的改變，都會導致輸出Hash值的巨大變化，這種性質稱為「雪崩效應」。好的Hash函數在設計上具備均勻性，即輸入資料的微小變化會在輸出Hash值中均勻分佈，從而減少碰撞的可能性。常見的Hash函數包括MD5、SHA-1、SHA-256等。隨著電腦科技的發展，對於一些安全性要求較高的場景，如密碼學應用，一些傳統的Hash函數由於其性能不足以及已被破解，因而不再推薦使用。
1、資料完整性校驗
Hash值可以用於驗證資料在傳輸或預存程序中是否發生了變化。例如，在檔案傳輸過程中，傳送者可以對檔案計算Hash值，並將其一併傳送給接收方，接收方在接收後重新計算Hash值，然後與接收到的Hash值進行對比，若不一致則說明文件可能被竄改。
2、資料加密
Hash函數在密碼學上的應用非常廣泛。常見的密碼雜湊函數如bcrypt、scrypt等，用於對使用者密碼進行不可逆加密，即使資料庫洩露，駭客也無法直接取得使用者密碼。
3、散列存儲
Hash值常用於建立散列表（Hash Table），將資料與對應的Hash值關聯存儲，以提高資料的檢索效率。這在資料庫、快取系統等場景中十分常見。
1、MD5
MD5（Message Digest Algorithm 5）是一種廣泛使用的Hash演算法，輸出128位元（16位元組）的雜湊值。然而，由於其安全性較差，已不建議在安全領域使用，而更多用於校驗文件完整性等非安全性情境。
2、SHA系列
SHA（Secure Hash Algorithm）系列包含SHA-1、SHA-256、SHA-512等不同版本，輸出的雜湊值長度也不同。 SHA-256和SHA-512等較新的版本被廣泛應用於數位簽章、SSL憑證等領域，因為它們提供了更高的安全性。
3、bcrypt
bcrypt是一種專門用於密碼儲存的Hash演算法。它引入了「鹽」（salt）的概念，透過在密碼的雜湊過程中加入隨機鹽，增加了密碼儲存的安全性，有效抵抗彩虹表攻擊。
4、scrypt
scrypt也是一種密碼雜湊函數，與bcrypt類似，採用「加鹽」和「拉伸」（key stretching）等技術，提高了抵禦暴力破解攻擊的能力。
在選擇Hash演算法時，要注意避免使用已被證明不安全的演算法，盡量選擇較新且經過廣泛應用和評估的演算法，以確保資料的安全性和完整性。
延伸閱讀：Hash存在哪些安全性問題
雖然Hash在許多領域都已廣泛應用，但它並非完美無缺。 Hash函數存在一些安全性問題，主要包括：
一、碰撞攻擊
碰撞是指不同的輸入資料經過Hash函數計算後得到相同的雜湊值。 Hash函數應盡量避免碰撞，因為碰撞可能導致安全性問題。在一些不安全的Hash演算法（如MD5和SHA-1）中，已經被發現有碰撞攻擊，攻擊者能夠建構不同的輸入，但得到相同的雜湊值，從而引發安全隱患。
二、彩虹表攻擊
彩虹表攻擊是一種針對使用單向Hash函數儲存密碼的攻擊方法。攻擊者事先建立彩虹表，其中包含常見密碼的雜湊值。一旦取得到資料庫中的雜湊值，攻擊者可以透過比較彩虹表中的雜湊值，快速找到對應的明文密碼。
三、遍歷攻擊
由於Hash函數的輸出空間是有限的，攻擊者可以透過遍歷所有可能的輸入，計算雜湊值，然後對比目標雜湊值，以找到原始輸入資料。這種攻擊方法稱為遍歷攻擊或暴力攻擊。
為了提高Hash函數的安全性，研究人員設計了更複雜且安全的Hash演算法，如SHA-256和SHA-3。這些演算法在實際應用中被廣泛採用，並且在密碼學和網路安全領域得到長期的研究和驗證。
希望Downcodes小編的解說能幫助你理解Hash演算法的核心概念與應用。 在實際應用中，選擇合適的Hash演算法至關重要，需要根據特定場景和安全性需求進行選擇。