单向加密（散列算法）
简介
单向加密（又称哈希算法/Hash）是一种将任意长度输入数据转换为固定长度唯一哈希值的加密方法。其核心特点是：
- 不可逆性：无法从哈希值反推原始数据
- 确定性：相同输入始终产生相同哈希值
- 抗碰撞性：极难找到两个不同输入产生相同哈希值
- 雪崩效应：输入微小变化会导致哈希值巨大差异
常见散列算法对比
| 算法 | 输出长度 | 安全性 | 特点 | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|
| MD5 | 128 bits | ❌ 已不安全（易碰撞攻击） | - 计算速度快 - 广泛用于文件校验（已不推荐用于安全场景） |
文件完整性校验（非敏感场景） |
| SHA-1 | 160 bits | ❌ 已不安全（2017年被攻破） | - 曾用于SSL/TLS证书 - 已被弃用 |
历史遗留系统（应尽快迁移） |
| SHA-256 | 256 bits | ✅ 安全（SHA-2家族成员） | - 比特币和区块链的默认算法 - 抗量子计算攻击能力较弱 |
数字签名、区块链、SSL/TLS |
| SHA-3 | 224/256/384/512 bits | ✅ 安全（新一代标准） | - 基于Keccak算法 - 设计上抵抗所有已知攻击（包括量子计算） |
高安全性需求场景（如政府数据加密） |
| bcrypt | 可变长度 | ✅ 安全（密码哈希专用） | - 自适应哈希（可调计算成本） - 内置盐值（salt）防彩虹表攻击 |
密码存储（如用户登录系统） |
| scrypt | 可变长度 | ✅ 安全（抗GPU/ASIC攻击） | - 内存密集型设计 - 增加硬件暴力破解成本 |
加密货币（如莱特币）、密码存储 |
| Argon2 | 可变长度 | ✅ 安全（2015年密码哈希竞赛胜者） | - 抗侧信道攻击 - 可调节时间、内存和并行度 |
现代密码存储（推荐首选） |
算法选择建议
- 文件校验/数据摘要
- 非敏感场景：MD5（仅用于快速校验，如软件下载）
- 安全场景：SHA-256 或 SHA-3
- 密码存储
- 优先选择：Argon2、bcrypt 或 scrypt
- 禁止使用：MD5、SHA-1（易被彩虹表破解）
- 区块链/数字签名
- 主流选择：SHA-256（比特币）、RIPEMD-160（比特币地址生成）
MurmurHash
MurmurHash 是一种非加密型哈希函数，适用于一般的哈希检索操作
优缺点
- 速度快，比安全散列算法快几十倍
- 变化足够激烈，相似的字符串如“abc”和“abd”能够均匀散落在哈希环上
- 不保证安全性（缺点）
BLAKE2
BLAKE2 提供了与 SHA-3 相媲美的安全性。它具有以下特性：
- 抗碰撞攻击：很难找到两个不同的输入使得它们的哈希值相同。
- 抗预映射攻击：很难找到一个给定哈希值对应的原始输入。
- 抗第二预映射攻击：很难找到与给定输入具有相同哈希值的另一个输入。
Poseidon 算法
Poseidon 是一种现代加密哈希函数，设计用于零知识证明（Zero-Knowledge Proofs, ZKPs）等高级密码学应用。它由研究人员 Benedikt Bunz, Dario Fiore, Iddo Bentov, and Pavel Vasin 等人设计。Poseidon 的设计目标是提供一种高效且安全的哈希算法，特别适合用于 zk-SNARKs 和 zk-STARKs 等 ZKP 系统中。
- 针对零知识证明优化： Poseidon 设计时考虑了在零知识证明系统中的应用，优化了哈希计算的效率，特别是减少了算术电路中的门数量（gate count）。
- 基于加密结构： Poseidon 采用 Sponge 结构，这种结构在密码学中广泛应用于构建哈希函数和伪随机数生成器。Sponge 结构由两个主要阶段组成：吸收（absorb）和挤出（squeeze）。
- 高效性： Poseidon 的设计特别注重计算效率，适合在资源受限的环境中运行，比如区块链中的智能合约或零知识证明的证明生成过程。
- 灵活性： Poseidon 可以根据不同的应用需求进行配置，支持不同的安全参数和性能优化。
- 安全性： Poseidon 提供了较高的安全性，抗碰撞攻击、预映射攻击和第二预映射攻击，满足现代密码学的安全需求。