目录
1. 概述
2. 单向散列函数的性质
2.1 根据任意长度的消息计算出固定长度的散列值
2.2 能够快速计算出散列值
2.3 消息不同散列值也不同
2.4 具备单向性
3. 单向散列函数的算法
3.1 MD5
3.2 SHA序列
3.3 SM3
1. 概述
针对计算机所处理的消息，有时候我们也需要用到“指纹”。当需要比较两条消息是否一致时，我们不必直接对比消息本身的内容，只要对比它们的“指纹”就可以了。使用单向散列函数就可以获取消息的“指纹”，通过对比“指纹”，就能够知道两条消息是否一致。
单向散列函数(one-way hash function)有一个输入和一个输出，其中输入称为消息(message),输出称为散列值(hash value)。单向散列函数可以根据消息的内容计算出散列值，而散列值就可以被用来检查消息的完整性。
单向散列函数也称为消息摘要函数(message digest function )、哈希函数或者杂凑函数。
输入单向散列函数的消息也称为原像(pre-image)。
单向散列函数输出的散列值也称为消息摘要(message digest )或者指纹(fingerprint )。
这里的消息不一定是人类能够读懂的文字，也可以是图像文件或者声音文件。单向散列函数不需要知道消息实际代表的含义。无论任何消息，单向散列函数都会将它作为单纯的比特序列来处理，即根据比特序列计算出散列值。
散列值的长度和消息的长度无关。无论消息是1比特，还是100MB，甚至是100GB，单向散列函数都会计算出固定长度的散列值。以SHA-256单向散列函数为例，它所计算出的散列值的长度永远是256比特(32字节)。
2. 单向散列函数的性质
2.1 根据任意长度的消息计算出固定长度的散列值
首先，单向散列函数的输入必须能够是任意长度的消息。其次，无论输入多长的消息，单向散列函数必须都能够生成长度很短的散列值，如果消息越长生成的散列值也越长的话就不好用了。从使用方便的角度来看，散列值的长度最好是短且固定的。
2.2 能够快速计算出散列值
计算散列值所花费的时间必须要短。尽管消息越长，计算散列值的时间也会越长，但如果不能在现实的时间内完成计算就没有意义了。
2.3 消息不同散列值也不同
为了能够确认完整性，消息中哪怕只有1比特的改变，也必须有很高的概率产生不同的散列值。
如果单向散列函数计算出的散列值没有发生变化，那么消息很容易就会被篡改，这个单向散列函数也就无法被用于完整性的检查。两个不同的消息产生同一个散列值的情况称为碰撞(collision)。如果要将单向散列函数用于完整性的检查，则需要确保在事实上不可能被人为地发现碰撞。
2.4 具备单向性
单向散列函数必须具备单向性(one-way)。单向性指的是无法通过散列值反算出消息的性质。根据消息计算散列值可以很容易，但这条单行路是无法反过来走的。
3. 单向散列函数的算法
3.1 MD5
- MD5即Message-Digest Algorithm 5；
- MD5输入以512位的分组进行处理，输出为定长的128比特的消息摘要；
- MD5由MD4、MD2改进而来，散列算法只能单向工作；
- MD5的强抗碰撞性已经被攻破，也就是说，现在已经能够产生具备相同散列值的两条不同的消息，因此它已经不安全了。
3.2 SHA序列
- SHA即Secure Hash Algorithm
- SHA家族有：SHA-1、SHA-2(SHA-256、SHA-384、和SHA-512)、SHA-3。
- SHA-1是由NIST(National Institude of Standards and Technology，美国国家标准技术研究所)设计的一种能够产生160比特的散列值的单向散列函数；SHA-1的强抗碰撞性已经被攻破，因此它也已经不安全了。
- SHA-256、SHA-384、和SHA-512也是由NIST设计的单向散列函数，它们的消息长度分别为256比特、384比特、512比特，这些单向散列函数合起来统称为SHA-2。
- SHA-3：是一种作为新标准发布的单向散列函数算法，用了替代在理论上已经被找出攻击方法的SHA-1算法。全世界的企业和科学家提交了很多SHA-3的候选方案，经过长达5年的选拔，最终于2012年确定将Keccak算法作为SHA-3标准。Keccak最终被选为SHA-3的理由如下：（1）采用了与SHA-2完全不同的结构，（2）结构清晰，易于分析，（3）能够适用于各种设备，也适用于嵌入式应用，（3）在硬件上的实现显示出了很高的性能，（4）比其他最终候选算法安全性边际更大。
- SHA-3的出现并不意味着SHA-2就不安全了，在一段时间内，SHA-2和SHA-3还将会共存。
3.3 SM3
- SM3是中华人民共和国政府采用的一种密码散列函数标准，由国家密码管理局于2010年12月17日发布，相关标准为“GM/T 0004-2012 《SM3密码杂凑算法》”。
- 在商用密码体系中，SM3主要用于数字签名及验证、消息认证码生成及验证、随机数生成等，其算法公开。据国家密码管理局表示，其安全性及效率与SHA-256相当，消息长度也是256比特。
