散列和哈希

散列和哈希是计算机科学中常见的概念，它们被广泛用于加密和数据结构中。本文将从多个角度分析这两个概念，包括它们的概念、应用、算法和安全等方面。

一、概念

1.散列

散列是将任意长度的消息（明文）压缩成固定长度的散列值（密文）的过程。它是通过一种特殊的算法将明文转化为一串固定的二进制码，通常长度比明文短。这些散列值可以用于快速的数据比较、数据存储和加密。

2.哈希

哈希是将任意长度的消息映射为固定长度的散列值的过程，通常更加强调其目的是寻址。它是通过一种特殊的算法将消息转化为一串固定的二进制码，通常长度比消息短。哈希是一种用于在存储和查找数据的结构中加快数据查找速度的技术。

二、应用

1.加密

散列和哈希在密码学中经常被用来对数据进行加密和安全验证。例如，一个散列值可以被用作一个密码的摘要，可以通过比对摘要来验证密码的正确性。散列和哈希也可以用来存储安全信息，如证书、数字签名和加密密钥。

2.数据结构

在计算机科学中，哈希函数经常用来将数据存储在哈希表中，以便后续快速查找。它也常用于路由，例如寻找目标网络地址。

3.错误校验和冗余校验

在网络传输中，散列和哈希还常用于检验数据是否被篡改。发送方在发送数据时生成一个散列值，该值会随数据一起传输。接收方将使用相同的散列算法，对收到的数据进行计算。如果计算出的散列值与发送方传输的散列值不同，说明数据在传输过程中发生了改变，此时接收方可以要求重传数据。

三、算法

1.MD5

MD5是一种散列和哈希算法。虽然MD5现在被认为不安全，但它算是散列算法中应用最广泛的一种。MD5的散列值是一个128位的二进制字符串。它被广泛应用于文件校验，数字签名，以及密码验证。

2.SHA256

SHA256是目前应用最为广泛的一种哈希函数。它是美国国家标准和技术研究院（NIST）定义的SHA-2家族中的一种。它生成的散列值是一个256位的二进制字符串。SHA256被广泛应用于数字证书，TLS/SSL连接，密码验证和区块链。

四、安全

1.防碰撞

一种好的散列和哈希算法应能防止碰撞性违规发生：即，防止两个不同的输入值产生相同的散列值。如果算法没有做好防碰撞措施，就会存在安全威胁，例如攻击者可以轻易地将一些恶意数据与受害客户端的数据混淆。

2.暴力破解

通过计算一个长度固定的散列值，攻击者可以尝试通过生成大量的可能性来寻找一个输入对应的散列值。这种攻击称为暴力破解，是密码学中最常见的攻击之一。防止暴力破解所需的主要策略就是应用强大的散列和哈希算法，同时确保盐（salt）值和散列迭代次数的使用。