Was ist ein Hash?

In der Informatik, a Hash (Auch als Hash Code bekannt , Hash -Wert , oder Hash Sum ) ist eine numerische Darstellung fester Größe einer willkürlichen Datenmenge. Es ist wie ein Fingerabdruck oder eine digitale Signatur für eine Information.

Schlüsseleigenschaften eines Hashs:

* Ausgangsgröße für feste Größe: Unabhängig von der Größe der Eingangsdaten erzeugt die Hash -Funktion immer eine Ausgabe einer spezifischen, vordefinierten Länge (z. B. 256 Bit, 160 Bit).

* deterministisch: Der gleiche Eingang erzeugt immer den gleichen Hash -Ausgang. Dies ist entscheidend für Konsistenz und Zuverlässigkeit.

* Kollisionswiderstand (idealerweise): Es sollte extrem schwierig sein, zwei verschiedene Eingänge zu finden, die denselben Hash -Ausgang (eine "Kollision") erzeugen. Während die perfekte Kollisionsresistenz in der Praxis (aufgrund des Pigeonhole -Prinzips) unmöglich ist, minimieren gute Hash -Funktionen die Wahrscheinlichkeit von Kollisionen.

* Einwegfunktion (idealerweise): Es sollte rechnerisch nicht realisierbar sein, um die Hash -Funktion umzukehren, was bedeutet, dass Sie die ursprünglichen Eingabedaten nicht aus ihrem Hash -Wert bestimmen können. Dies ist wichtig für Sicherheitsanwendungen.

Denken Sie so daran:

Stellen Sie sich vor, Sie haben eine Maschine (die Hash-Funktion), die jedes Objekt (die Eingabedaten) nimmt und eine eindeutige Etikett mit fester Größe (den Hash-Wert) für dieses Objekt erzeugt. Die Etiketten sind viel kürzer als die Objekte selbst.

Wie werden Hashes in der Computerprogrammierung verwendet:

Hashes haben zahlreiche Anwendungen in der Computerprogrammierung, darunter:

1. Hash -Tabellen (Wörterbücher, Karten):

* Zweck: Hash-Tabellen sind eine grundlegende Datenstruktur, die zum effizienten Speicher und Abrufen von Daten verwendet wird, die auf Schlüsselwertpaaren basieren.

* Wie es funktioniert:

* Der Schlüssel wird an eine Hash -Funktion übergeben.

* Die Hash -Funktion berechnet einen Hash -Wert (eine Ganzzahl) aus dem Schlüssel.

* Dieser Hash -Wert wird als Index in ein Array (die Hash -Tabelle) verwendet.

* Der entsprechende Wert wird in diesem Index gespeichert.

* Vorteile: Bietet eine durchschnittliche Case O (1) (konstante Zeit) Komplexität für das Einfügen, Löschen und Suchvorgänge, wodurch es unglaublich schnell zum Suchen und Abrufen von Daten ist.

* Beispiel:

`` `Python

my_dict ={} # Ein leeres Wörterbuch (Hash -Tabelle)

my_dict ["Apple"] =1 # Einfügen "Apple" als Schlüssel und 1 als Wert

my_dict ["banana"] =2

print (my_dict ["Apple"]) # Ausgabe:1 (schnelle Suche)

`` `

2. Datenintegrität (Prüfsummen):

* Zweck: Um zu überprüfen, ob Daten während der Übertragung oder Speicherung nicht beschädigt wurden.

* Wie es funktioniert:

* Berechnen Sie den Hash einer Datei oder eines Datenblocks vor der Übertragung/Speicherung.

* Nach Übertragung/Abruf berechnen Sie den Hash neu.

* Vergleichen Sie die beiden Hash -Werte. Wenn sie übereinstimmen, sind die Daten wahrscheinlich intakt.

* Beispiele:

* Datei-Downloads:MD5, SHA-256-Überprüfungen werden häufig bereitgestellt, um die Integrität heruntergeladener Dateien zu überprüfen.

* Netzwerkprotokolle:Mechanismen zur Erkennung von Fehler und Korrekturen verwenden Überprüfungen basierend auf Hash -Funktionen.

* Warum es nützlich ist: Eine einzelne Bitänderung in den Eingabedaten führt zu einem dramatisch anderen Hash -Wert.

3. Kryptographie:

* Passwortspeicher: Anstatt Passwörter direkt zu speichern, speichern Systeme den Hash des Passworts. Auf diese Weise werden die tatsächlichen Passwörter nicht angezeigt, selbst wenn die Datenbank beeinträchtigt ist (da es schwierig ist, den Hash umzukehren). Salz wird normalerweise hinzugefügt, um Regenbogentischangriffe zu verhindern.

* Digitale Signaturen: Hashing wird verwendet, um eine digitale Signatur eines Dokuments oder einer Nachricht zu erstellen. Der Absender hat das Dokument und verschlüsselt dann den Hash mit ihrem privaten Schlüssel. Der Empfänger entschlüsselt die Signatur mit dem öffentlichen Schlüssel des Absenders und vergleicht den resultierenden Hash mit ihrem eigenen berechneten Hash des Dokuments. Wenn sie übereinstimmen, überprüft dies die Authentizität und Integrität der Nachricht.

* Nachrichtenauthentifizierungscodes (Macs): Ähnlich wie bei digitalen Signaturen werden MACs verwendet, um die Authentizität und Integrität von Nachrichten zu überprüfen. Sie verwenden jedoch einen gemeinsamen geheimen Schlüssel anstelle von öffentlichen/privaten Schlüsselpaaren.

* Blockchain -Technologie: Hashing ist eine Kernkomponente der Blockchain -Technologie. Jeder Block enthält den Hash des vorherigen Blocks und bildet eine Kette von Blöcken, die gegen Manipulationen resistent sind.

4. Caching:

* Zweck: Um schnell auf Daten zugegriffen zu werden.

* Wie es funktioniert: Der Schlüssel, der zum Zugriff auf die Daten verwendet wird, wird gehasht, und der resultierende Hash wird verwendet, um den Ort der zwischengespeicherten Daten zu identifizieren.

* Vorteile: Vermeiden Sie teure Vorgänge wie Datenbankabfragen oder komplexe Berechnungen, indem Sie Ergebnisse in einem Cache speichern und mithilfe von Hashing schnell abrufen.

5. Datendingung:

* Zweck: Reduzierung des Speicherplatzes, indem Sie doppelte Kopien von Daten identifizieren und eliminieren.

* Wie es funktioniert: Dateien oder Datenblöcke werden gehasht. Wenn zwei verschiedene Dateien den gleichen Hash haben, ist es wahrscheinlich identisch (obwohl Kollisionen möglich sind). Eine Kopie wird gespeichert und die andere durch einen Zeiger auf die gespeicherte Kopie ersetzt.

6. Datenbank -Indexierung:

* Zweck: Um Datenbankabfragen zu beschleunigen.

* Wie es funktioniert: Hashing kann verwendet werden, um einen Index in einer Tabellenspalte zu erstellen. Wenn eine Abfrage nach einem bestimmten Wert sucht, wird der Wert gehasht und der Index wird verwendet, um die entsprechenden Zeilen in der Tabelle schnell zu lokalisieren.

gemeinsame Hash -Algorithmen:

* Md5 (Message Digest Algorithmus 5): Älterer Algorithmus, jetzt als kryptografisch gebrochen (anfällig für Kollisionen). In einigen Kontexten immer noch für Prüfsummen verwendet, aber für sicherheitsrelevante Anwendungen entmutigt.

* SHA-1 (sicherer Hash-Algorithmus 1): Auch als kryptografisch schwach angesehen. Für neue Anwendungen entmutigt.

* SHA-2-Familie (SHA-256, SHA-512 usw.): Sicherer als MD5 und SHA-1. Häufig für kryptografische Anwendungen und Datenintegritätsprüfungen verwendet.

* sha-3 (Keccak): Ein anderer Algorithmus der SHA-2-Familie, der als Gewinner eines NIST-Wettbewerbs ausgewählt wurde.

* Bcrypt, Scrypt, Argon2: Diese Algorithmen sind speziell für das Passworthashing entwickelt und sind rechenintensiver und widerstandsfähiger gegen Brute-Force-Angriffe.

Wichtige Überlegungen:

* Die richtige Hash -Funktion auswählen: Die entsprechende Hash -Funktion hängt von der spezifischen Anwendung ab. Sicherheitskritische Anwendungen erfordern starke kryptografische Hash-Funktionen (wie SHA-256 oder neuer). Für Hash -Tabellen sind Leistung und Kollisionsbeständigkeit wichtige Faktoren.

* Kollisionsbehandlung: Hash -Tabellen müssen über eine Strategie zum Umgang mit Kollisionen verfügen (wenn zwei verschiedene Schlüssel Hash in denselben Index). Zu den allgemeinen Kollisionsauflösungstechniken gehören separate Verkettung und offene Adressierung.

* Sicherheit: Bei der Verwendung von Hashes für Sicherheitszwecke ist es entscheidend, starke, gut vettierten Hash-Algorithmen zu verwenden und Maßnahmen zu ergreifen, um Angriffe wie Regenbogentischangriffe zu verhindern (z. B. durch Verwendung von Salzen).

Zusammenfassend ist Hashing eine leistungsstarke und vielseitige Technik, die in der Computerprogrammierung für Aufgaben, die von Datenspeicherung über Datenspeicherung über Datenintegritätsprüfung und -sicherheit reichen, ausgiebig verwendet wird. Das Verständnis der Prinzipien des Hashings ist für jeden Softwareentwickler von wesentlicher Bedeutung.