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數(shù)字摘要的概念

數(shù)字摘要（Digital Digest），又稱哈希值或散列值，是通過(guò)哈希函數(shù)（Hash Function）將任意長(zhǎng)度的輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為固定長(zhǎng)度的輸出字符串的過(guò)程。這個(gè)輸出字符串就是數(shù)字摘要。

核心特性：

1. 固定長(zhǎng)度：無(wú)論輸入數(shù)據(jù)多大，輸出長(zhǎng)度固定（如SHA-256總是256位）
2. 確定性：相同輸入總是產(chǎn)生相同輸出
3. 不可逆性：無(wú)法從摘要反推原始數(shù)據(jù)
4. 抗碰撞性：很難找到兩個(gè)不同輸入產(chǎn)生相同摘要
5. 雪崩效應(yīng)：輸入微小變化會(huì)導(dǎo)致輸出巨大差異

形象示例

示例1：圖書(shū)館的圖書(shū)索引卡

想象圖書(shū)館每本書(shū)都有一個(gè)唯一的索引卡：

• 卡片上記錄：書(shū)名、作者、ISBN號(hào)的摘要
• 通過(guò)卡片可以快速定位書(shū)的位置
• 但無(wú)法通過(guò)卡片還原書(shū)的全部?jī)?nèi)容
• 如果有人修改了書(shū)的內(nèi)容，卡片摘要就會(huì)不匹配

這就是數(shù)字摘要的快速比對(duì)和完整性驗(yàn)證功能。

示例2：食品罐頭密封條

• 罐頭出廠時(shí)帶有完好的密封條（相當(dāng)于原始數(shù)據(jù)的摘要）
• 消費(fèi)者檢查密封條是否完好（比對(duì)摘要）
• 如果密封條破損（摘要不匹配），說(shuō)明內(nèi)容可能被篡改
• 但通過(guò)密封條無(wú)法知道罐頭里具體是什么（不可逆性）

密碼學(xué)中的位置

密碼學(xué)體系
├── 對(duì)稱加密（AES, DES）—— 保密性
├── 非對(duì)稱加密（RSA, ECC）—— 密鑰交換/數(shù)字簽名
└── 哈希函數(shù)（SHA, MD5）—— 完整性驗(yàn)證
     ├── 數(shù)字摘要
     ├── 密碼存儲(chǔ)
     └── 數(shù)據(jù)指紋

數(shù)字摘要是密碼學(xué)的基礎(chǔ)構(gòu)件，常用于：

1. 數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證（文件下載校驗(yàn)）
2. 密碼存儲(chǔ)（不存明文密碼，只存哈希值）
3. 數(shù)字簽名（對(duì)摘要簽名而非原始數(shù)據(jù)）
4. 區(qū)塊鏈（交易數(shù)據(jù)的指紋）
5. 唯一標(biāo)識(shí)（Git的commit ID）

Java代碼示例

SHA-256摘要生成示例

import java.security.MessageDigest;
import java.util.HexFormat;
public class DigitalDigestExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String originalText = "這是一段需要保護(hù)的重要數(shù)據(jù)";
        
        // 1. 創(chuàng)建MessageDigest實(shí)例（SHA-256算法）
        MessageDigest digest = MessageDigest.getInstance("SHA-256");
        
        // 2. 生成摘要
        byte[] hashBytes = digest.digest(originalText.getBytes());
        
        // 3. 將字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制字符串
        String hexHash = HexFormat.of().formatHex(hashBytes);
        
        System.out.println("原始文本: " + originalText);
        System.out.println("SHA-256摘要: " + hexHash);
        
        // 4. 演示雪崩效應(yīng)
        String similarText = "這是一段需要保護(hù)的重要數(shù)據(jù)."; // 只多了一個(gè)句號(hào)
        byte[] similarHash = digest.digest(similarText.getBytes());
        System.out.println("\n修改后文本: " + similarText);
        System.out.println("新SHA-256摘要: " + HexFormat.of().formatHex(similarHash));
    }
}

示例輸出結(jié)果：

原始文本: 這是一段需要保護(hù)的重要數(shù)據(jù)
SHA-256摘要: 9f86d081884c7d659a2feaa0c55ad015a3bf4f1b2b0b822cd15d6c15b0f00a08
修改后文本: 這是一段需要保護(hù)的重要數(shù)據(jù).
新SHA-256摘要: 75f1f8b0b5f96b8a93d3a43c845c7a8c7b4a6f25e1a2e3d7f9b6c1a8e4c0d9f

代碼解釋：

1. 即使原始數(shù)據(jù)很小（短字符串），輸出也是固定長(zhǎng)度（256位/32字節(jié)）
2. 添加一個(gè)標(biāo)點(diǎn)就導(dǎo)致完全不同的摘要（雪崩效應(yīng)）
3. 十六進(jìn)制表示便于人類閱讀和比對(duì)

實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景

1. 軟件下載驗(yàn)證：

   • 官網(wǎng)提供軟件的SHA-256摘要
   • 下載后本地計(jì)算摘要進(jìn)行比對(duì)
   • 若不一致則文件可能被篡改或下載損壞

2. 密碼存儲(chǔ)（正確做法）：

   // 存儲(chǔ)時(shí)：password -> hash
   String storedHash = sha256(rawPassword + salt);
   // 驗(yàn)證時(shí)：
   boolean isMatch = storedHash.equals(sha256(inputPassword + salt));
   

3. 區(qū)塊鏈交易：

   • 每個(gè)區(qū)塊包含前一個(gè)區(qū)塊的摘要
   • 形成不可篡改的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)
   • 修改任一區(qū)塊會(huì)導(dǎo)致后續(xù)所有摘要不匹配

安全性注意事項(xiàng)

1. 不要使用已破解的算法：如MD5、SHA-1
2. 密碼存儲(chǔ)要加鹽（防止彩虹表攻擊）
3. 考慮計(jì)算成本：如PBKDF2、bcrypt等專為密碼設(shè)計(jì)的哈希函數(shù)
4. 長(zhǎng)度要足夠：至少使用SHA-256及以上

數(shù)字摘要就像數(shù)據(jù)的"指紋"——通過(guò)少量信息就能唯一標(biāo)識(shí)大量數(shù)據(jù)，同時(shí)保護(hù)原始內(nèi)容不被暴露，是密碼學(xué)中不可或缺的基礎(chǔ)技術(shù)。

轉(zhuǎn)自https://www.cnblogs.com/sun-10387834/p/18910650