通過本文的閱讀，你將會了解以下幾部分內(nèi)容：

什么是信息摘要算法？

常見的信息摘要算法有哪些以及它們的特性和區(qū)別是什么？

信息摘要算法的應(yīng)用場景有哪些？

什么是信息摘要算法？

信息摘要算法是一種對“信息”進(jìn)行【摘要化】處理的算法。通俗地來說，就好比本文，假設(shè)它很長，那么讀者在第一時間看到它的時候并不會完全閱讀全文，而是往往會先去讀一下文章的【摘要】，通過文章的摘要部分，簡要了解下文章的主要內(nèi)容。類似地，在信息密碼學(xué)領(lǐng)域，同樣有這種的操作，這就是信息摘要算法的產(chǎn)生背景。

假設(shè)有一段數(shù)據(jù)（專業(yè)術(shù)語叫“消息”），經(jīng)過【信息摘要算法】處理后，它將變成一段固定長度的【信息摘要】，用公式表示如下，其中M表示消息原文，D表示輸出的消息摘要，P表示信息摘要算法。

P（M with any length） = D（with fixed length）

通過公式，我們可以很直觀地看出，信息摘要算法的輸入數(shù)據(jù)長度是可以為任意長度，但是在實(shí)際使用的過程中，倘若輸入數(shù)據(jù)的長度過于長，我們會采用將輸入數(shù)據(jù)塊采用數(shù)據(jù)分組的方式一步步輸入，最后得到信息摘要結(jié)果的輸出。而輸出的信息摘要，通常都是固定長度的，至于信息摘要結(jié)果的固定長度是多少，是與具體的摘要算法相關(guān)的，下文會詳細(xì)介紹各種信息摘要算法的摘要輸出情況。

還有一點(diǎn)，公式中并沒有體現(xiàn)“加密和解密的相互過程”，也就是說【信息摘要算法是單向的，不可逆的】。嚴(yán)格來說，它并不是一種【加密】算法，僅僅是【摘要】算法。由于它計算的不可逆性，所以經(jīng)信息摘要算法計算出來的信息摘要D，一定程度上就代表了信息原文M。倘若有原文M1和原文M2，經(jīng)過相同的信息摘要算法P，得到相同的信息摘要D，這種情況在密碼學(xué)上，我們稱之為【碰撞】。一般而言， 好的摘要算法，沒有人能從中找到【碰撞】或者說極度難找到。雖然【碰撞】是肯定存在的(碰撞即不同的內(nèi)容產(chǎn)生相同的摘要)，但因目前信息科學(xué)發(fā)達(dá)程度非常高，計算機(jī)的運(yùn)算能力得到了前所未有的提升，僅通過計算機(jī)運(yùn)算的暴力破解，某些較弱的信息摘要算法就能被【碰撞】成功。

常見的信息摘要算法

常見的信息摘要算法有：MD2/4/5、SHA1/SHA224/SHA256/SHA384、SM3算法、MAC算法等。

MD(Message Digest)：消息摘要

MD算法，是誕生于比較早的消息摘要算法，在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用上也比較常見，比如在某個網(wǎng)站上下載一個文件，通常它會標(biāo)識該文件的MD5值，當(dāng)下載者完成下載文件到本地之后，使用工具對下載的文件執(zhí)行MD5計算，求出一個MD5摘要值，與網(wǎng)站上給出的參考MD5值進(jìn)行對比；如果兩者相等，則表示下載的文件是可靠的，沒有被篡改過的；反之，如果MD5值對不上，則表明下載的文件是被篡改過的，可能是網(wǎng)絡(luò)攻擊者投放的病毒攜帶文件或者是在下載的過程中文件出現(xiàn)了損壞等情況，此時應(yīng)該對文件進(jìn)行刪除操作。

MD系列的算法主要有MD2、MD4、MD5，數(shù)字值越大表示MD算法的版本越高，從安全性上說：MD5 > MD4 > MD2，自然破解難度MD5是最高的。

MD系列的信息摘要算法，輸出的信息摘要長度都是固定的128bits，即16字節(jié)；當(dāng)不同的信息輸入時，產(chǎn)生的信息摘要也不相同；反之，當(dāng)信息摘要相同，我們可以認(rèn)為信息的明文是相同的。

SHA(Secure Hash Algorithm)：安全散列

SHA系列的算法從版本上劃分有SHA-1和SHA-2；SHA-1和SHA-2是該算法的兩個不同版本。它們兩者之間在構(gòu)造上（散列結(jié)果是怎樣被原始數(shù)據(jù)創(chuàng)建出來的）和簽名的位數(shù)上都有不同和簽名的位長。你應(yīng)該把SHA-2看作是SHA-1的繼承者，因為這是一個整體上的改進(jìn)。

SHA-1就是我們常見到的SHA1；SHA-2主要有SHA224、SHA256、SHA384、SHA512等等，不同的數(shù)字代表信息摘要輸出的位數(shù)。與MD系列算法類似，數(shù)字值越高表示摘要算法的安全性越高，計算的復(fù)雜性也越大；但不同于MD算法的是，SHA算法每個算法輸出的信息摘要長度是不一樣的。

SHA1，產(chǎn)生的信息摘要為160bits，即20字節(jié)

SHA224，產(chǎn)生的信息摘要為224bits，即28字節(jié)

SHA256，產(chǎn)生的信息摘要為256bits，即32字節(jié)

SHA384，產(chǎn)生的信息摘要為384bits，即48字節(jié)

SHA512，產(chǎn)生的信息摘要為512bits，即64字節(jié)

更為詳細(xì)的SHA算法介紹，可以參考： SHA算法 - block2016 - 博客園

SM（Shangyong Mima）：國密算法，即商用密碼

經(jīng)查證，國密算法的英文字母縮寫SM，其實(shí)是【商用密碼】的中文拼音首字母簡寫。國密即國家密碼局認(rèn)定的國產(chǎn)密碼算法，即商用密碼。

在國密算法的列表中，SM3算法就是實(shí)現(xiàn)了類似MD算法和SHA算法的信息摘要算法。它和其他2種摘要算法一樣，都是不同長度的信息輸入，產(chǎn)生固定長度的摘要輸出。不同的是，它輸出的信息摘要長度固定為256bits，即32字節(jié)。在實(shí)際使用過程中，SM3算法比較少會單獨(dú)使用，而是配合SM2【非對稱加密算法】配合使用，實(shí)現(xiàn)數(shù)字驗簽和消息驗簽的應(yīng)用。

MAC(Message Authentication Code)：消息認(rèn)證碼

MAC算法不同于以上3種信息摘要算法；MAC算法是帶密鑰的Hash函數(shù)：消息的散列值由只有通信雙方才知道的秘密密鑰K來控制。此時Hash值稱作MAC。表達(dá)公式如下所示，其中M表示信息原文，P表示MAC算法，MAC表示輸出的MAC值，K表示MAC密鑰：

P（M with any length） by K = MAC（with fixed length）

通過公式我們可以發(fā)現(xiàn)，計算MAC通常會有KEY的參與，那么在信息安全通訊領(lǐng)域，接收方要想驗證收到的數(shù)據(jù)是否正確，就需要利用以上公式，輸入MAC密鑰重新計算一遍MAC值，然后對比計算值和收到的MAC值；若相等才認(rèn)為數(shù)據(jù)是合法。這里涉及到一個MAC KEY，發(fā)送方和接收方對相同的數(shù)據(jù)進(jìn)行MAC運(yùn)算，能得到相同MAC值的前提，除了兩者需使用相同的MAC算法外，還需要保證兩者的MAC KEY是一致的（通常計算MAC采用的是對稱加密算法）。至于，在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用過程中，如何保證兩者的MAC KEY是一致的，或者說MAC KEY是如果從一方傳遞到另一方的，這又是另一個話題，這種應(yīng)用場景，在POS機(jī)與銀行后臺信息交互的安全性，就是利用MAC KEY的。

MAC算法是一個統(tǒng)稱，它很多種實(shí)現(xiàn)，在POS行業(yè)，常用的MAC算法有CUP模式、EMV2000模式、或者自定義形式的MAC算法。MAC算法的核心是如何將輸入數(shù)據(jù)分組，利用MAC KEY做一些XOR、移位、加密等操作，使得輸入數(shù)據(jù)散列化，最后再利用MAC KEY執(zhí)行加密操作（通常為對稱加密）得到MAC值。

值得注意的是，雖然MAC算法有MAC KEY的參與，但是它計算過程依然是單向的，不可逆的，這也是為什么會把它歸為【信息摘要算法】的主要原因。

信息摘要算法的應(yīng)用場景

信息摘要算法的應(yīng)用場景只要有以下幾種：

網(wǎng)絡(luò)文件下載

前面也簡單提到了，在網(wǎng)絡(luò)文件下載的時候，通常會有附上對應(yīng)下載文件的摘要值，常用的是MD5或SHA1值；這個主要目的是給下載者在下載完網(wǎng)絡(luò)文件后，做最后的文件正確性和完整性的確認(rèn)。如果計算出來的摘要值，與網(wǎng)站上的摘要不相等，我們應(yīng)認(rèn)為下載的文件是不可信任的，應(yīng)當(dāng)做刪除處理。

數(shù)字簽名和信息驗簽

在產(chǎn)生數(shù)學(xué)簽名的過程中，通常會有一步是對輸入數(shù)據(jù)原文做摘要運(yùn)算，這樣做的主要目的是將輸入數(shù)據(jù)原文迷你化。由于經(jīng)摘要算法處理后，信息摘要的長度都是一定的，所以在做簽名運(yùn)算的時候，只需要對信息摘要做簽名運(yùn)算，在一定程度上就是輸入信息的原文做簽名運(yùn)算。輸入數(shù)據(jù)簽名后，發(fā)送方會將簽名數(shù)據(jù)附在輸入信息的尾部，一同發(fā)送給接收方。而在驗簽流程中，接收方收到發(fā)送方的信息原文和簽名值，首先需要做的是根據(jù)雙方協(xié)商的信息摘要算法，做同樣的摘要運(yùn)算，得到摘要值M'，然后使用密鑰對簽名數(shù)據(jù)進(jìn)行解密運(yùn)算，得到發(fā)送方的摘要M；如果M' = M，則表示驗簽通過，接收的數(shù)據(jù)是可任性的。

關(guān)于數(shù)字簽名的具體細(xì)節(jié)，后續(xù)會有更為詳細(xì)的文章做更進(jìn)一步的介紹，比如常見的簽名算法是怎么工作的，等等。

安全報文傳輸

這種應(yīng)用場景，主要是MAC算法的應(yīng)用，最常見的就是POS與銀行后臺的報文傳輸。由于涉及到金融風(fēng)險，所以在POS機(jī)與銀聯(lián)后臺通訊的過程中，除了對個人賬戶的敏感信息（如卡號、卡密碼）等做加密處理外，還需要對整一個通訊報文做MAC計算，在發(fā)送報文的時候，MAC值附在原始的密文后面以供接收方對接收的密文做MAC校驗。至于為何要這樣做，就是為了保證通訊報文的其他信息要素不能被篡改，比如消費(fèi)的金額。試想下，如果你在超市消費(fèi)了1.00元，但是由于報文被截取了，攻擊者將報文中的消費(fèi)金額篡改為100.00元；這種情況下，除非報文攻擊者拿到了POS與銀行后臺通訊的MAC KEY，否則它計算出來的MAC值必定與銀行后臺計算的MAC值對不上，進(jìn)而被銀行后臺當(dāng)做非法報文，做丟棄處理。但如果銀行后臺沒有MAC值校驗這一步操作，那么對于消費(fèi)者而言，就是明明消費(fèi)了1.00元卻被扣款100.00元；這個后果將變得不堪設(shè)想。

本文對常見的信息摘要算法進(jìn)行一番總結(jié)，閱讀了本文后，相信讀者對信息摘要算法都有了更為清晰的認(rèn)識，同時對各個摘要算法之間的區(qū)別也有一定的了解。文中提及的觀點(diǎn)，難免有紕漏之處，還望有心的讀者誠心提出改進(jìn)意見，互相學(xué)習(xí)，互相進(jìn)步。感謝。

審核編輯 黃昊宇