什么是哈希函数

目录

🧩 一、什么是哈希函数（Hash Function）？

🧠 二、哈希函数的基本特性

🔐 三、常见的哈希函数类型

🔧 四、常见使用场景

1️⃣ ✅ 密码存储（加密安全场景）

2️⃣ ✅ 数据完整性校验

3️⃣ ✅ 哈希表（Hash Table）

4️⃣ ✅ 数字签名 / 电子签名

5️⃣ ✅ 区块链和比特币

6️⃣ ✅ 版本控制系统（如 Git）

🧪 五、一个直观例子（SHA-256）

⚠️ 六、哈希函数不是加密！

✅ 七、总结表

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我们来系统且通俗地讲一讲哈希函数（Hash Function）是什么、它的核心特性、常见类型，以及各种使用场景。

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🧩 一、什么是哈希函数（Hash Function）？

哈希函数是一种将任意长度的数据（如字符串、文件、图片等）映射为固定长度的输出值的函数，这个输出值称为“哈希值”（hash value）或“摘要”（digest）。

📌 哈希函数的数学表达式：

h(x)=y

其中 x 是输入，h 是哈希函数，y 是输出（固定长度）

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🧠 二、哈希函数的基本特性

特性	含义
确定性	同样的输入必须返回相同的输出
高效性	计算速度快，即使是大文件也能迅速处理
固定长度输出	不论输入多大，输出长度不变（如 SHA-256 总是输出 256 位）
雪崩效应	输入只要有一点变化，输出就会完全不同
抗碰撞性	找到两个不同的输入 x≠yx \neq yx=y，使得 h(x)=h(y)h(x) = h(y)h(x)=h(y) 很困难
不可逆性	从输出值很难（实际上不可能）推回原始输入（单向函数）

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🔐 三、常见的哈希函数类型

哈希函数	输出长度	安全性	用途
MD5	128 位	❌不安全（已被破解）	文件校验、老系统
SHA-1	160 位	❌不安全（已被破解）	旧版加密协议
SHA-256	256 位	✅安全	密码加密、数字签名、区块链
SHA-3	可变	✅安全（新标准）	替代 SHA-2 的新方案
CRC32	32 位	⚠️非加密安全	数据完整性检查

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🔧 四、常见使用场景

1️⃣ ✅ 密码存储（加密安全场景）

• 原密码不能明文保存，使用哈希函数加密：

用户输入密码 → 哈希处理 → 存储哈希值

• 验证登录时再次哈希用户输入，与数据库中的哈希值对比。

常用算法：SHA-256、bcrypt（加盐）、PBKDF2、Argon2 等

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2️⃣ ✅ 数据完整性校验

• 用哈希值确认文件是否被篡改：

下载文件时，网站同时提供文件的 SHA-256 值。

• 下载后你用工具生成自己的哈希值对比，判断是否一致。

常用工具：md5sum、sha256sum

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3️⃣ ✅ 哈希表（Hash Table）

• 在编程中，哈希函数用来快速查找数据：

Map<String, Integer> map = new HashMap<>();

• 键通过哈希函数转化为数组索引，提高查找效率（接近 O(1)）

使用语言层级的哈希函数：Python 的 hash(), Java 的 hashCode()。

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4️⃣ ✅ 数字签名 / 电子签名

• 数据先进行哈希，然后再用私钥对哈希值进行签名，提升效率和安全性。

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5️⃣ ✅ 区块链和比特币

• 区块链中的每个区块都包含前一区块的哈希值，构成链条。

• 比特币使用 双重 SHA-256 进行挖矿、验证交易。

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6️⃣ ✅ 版本控制系统（如 Git）

• Git 使用 SHA-1 对文件内容、提交、分支等对象生成唯一标识符（hash ID）。

• 每个提交都有一个像 e3b0c4... 的哈希值来标识。

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🧪 五、一个直观例子（SHA-256）

echo -n "hello" | sha256sum

 输出：

2cf24dba5fb0a30e26e83b2ac5b9e29e1b161e5c1fa7425e73043362938b9824

然后你改成 "Hello"，就会得到完全不同的结果。

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⚠️ 六、哈希函数不是加密！

加密	哈希
可逆	不可逆
有密钥	无密钥
用于信息隐藏	用于身份/完整性验证
AES, RSA 等	MD5, SHA-256 等

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✅ 七、总结表

项目	内容
定义	将任意长度数据映射为固定长度输出的函数
特点	确定性、固定长度、抗碰撞、不可逆
用途	密码保护、数据完整性、哈希表、签名、区块链、Git
代表算法	SHA-256、SHA-3、MD5（不推荐）、SHA-1（不推荐）