1、給出散列函數(shù)的具體應用

（1）消息認證，防止系統(tǒng)遭到主動攻擊。有兩個方面的目的：

　　a.驗證消息的發(fā)送者是真的。

　　b.驗證數(shù)據(jù)完整性，消息在傳輸、存儲過程中未被篡改、重放或延遲，由于雪崩性，稍有改動一比對就會發(fā)現(xiàn)。

（2）產(chǎn)生數(shù)字簽名：計算H(m)，然后私鑰加密，確認信息發(fā)布者，提供身份認證和不可抵賴性。

（3）密鑰推導：天生單向性，密鑰導出函數(shù)（KDF），用于將密鑰擴展到更長的密鑰或獲得所需格式的密鑰。

（4）偽隨機數(shù)生成：通常使用TRNG來產(chǎn)生種子。不知道種子情況下，不管知道序列多少位，都無法預測下一位,從產(chǎn)生的任何值都不能推斷出種子值。

2、 結(jié)合生日攻擊、以及2004、2005年王曉云教授有關MD5安全性和2017年google公司SHA-1的安全性，說明散列函數(shù)的安全性以及目前安全散列函數(shù)的發(fā)展。

散列函數(shù)的安全性

　　（1）先說一下生日攻擊，生日攻擊法可用于攻擊任何Hah算法，只依賴于Hash值的長度。生日悖論：在一個教室里只要有23或23以上的人數(shù)，至少有兩個人生日相同的概率就大于等于0.5；在一個教室中，找一個生日與某人生日相同的概率不小于0.5時，只需要有學生183人。在碰撞中，使用生日攻擊,當進行2^(n/2)次的選擇明文攻擊下成功的概率將超過0.63。所以生日攻擊對散列函數(shù)安全性是非常大的，生日攻擊對散列函數(shù)的安全提出一個必要條件，消息一定要夠長。統(tǒng)計結(jié)果表明，當Hash值長度為128比特時，任意兩個報文M1、M2具有相同hash值的概率接近零。標準安全hash值為160比特。

　　（2）MD5。先了解了一下MD5的加密過程

　　1.消息填充：將消息長度填充至差64位就是512的倍數(shù)。那64位是表示填充長度的，是先從低位表示填充長度的。

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　　2．填充后的消息是512的倍數(shù)，然后按512分組，每組又是16個32位長的字。

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　　3．初始化中間結(jié)果：128位的緩存區(qū)來存儲中間結(jié)果，對其初始化4個32位長的寄存器分別存放四個固定的整數(shù)。

　　4．迭代壓縮：每個分組經(jīng)壓縮函數(shù)H_MD5處理。

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　　5.????輸出：最后一個H_MD5的輸出即為消息摘要。

　　王小云教授的成就是找到了MD5迅速碰撞的方法，這是個巨大的進步，但距離實用價值還有很大距離。哈希函數(shù)是不可逆的，從MD5哈希值反向推出原始信息是不可能的，王教授只是找到了快速碰撞的方法。就是根據(jù)MD5哈希值快速找到另外一個報文也是這個哈希值，但是理論上一個MD5哈希值對應無窮多的原始報文，目前想根據(jù)MD5哈希值對原始報文信息進行篡改還是不可能的。

　　（3）SHA-1。與前身MD5相比，SHA-1的輸出長度更長（MD5輸出長度為128bit，而SHA-1的輸出長度為160bit），這也意味著出現(xiàn)哈希碰撞的概率更低。同時，SHA-1的安全性似乎也比MD5更好。王小云教授所在的團隊提出了一個一種尋找SHA-1碰撞的，相對快速的攻擊方法，這標志著SHA-1存在漏洞。

目前安全散列函數(shù)的發(fā)展

　　2004年8月中國密碼學家王小云教授等首次公布了提出一種尋找MD5碰撞的新方法。目前利用該方法用普通微機幾分鐘內(nèi)即可找到MD5的碰撞，MD5已經(jīng)被徹底攻破。MD5已經(jīng)受了重傷；它的應用就要淘汰。SHA-1仍然活著，但也不會很長。著名計算機公司SUN的LINUX專家Val Henson則說：“以前我們說"SHA-1可以放心用，其他的不是不安全就是未知"， 現(xiàn)在我們只能這么總結(jié)了："SHA-1不安全，其他的都完了"。近些年，應用最廣泛的散列函數(shù)是SHA。

　　● 1995年公布SHA-1
　　 ● 2002年，公布了SHA-2(SHA-256、SHA-384、SHA-512)
　　 ● 2008年，增加了SHA-224

　　針對王小云教授等破譯的以MD5為代表的Hash函數(shù)算法的報告，美國國家技術(shù)與標準局（NIST）于2004年8月24日發(fā)表專門評論，評論的主要內(nèi)容為：“在最近的國際密碼學會議（Crypto 2004）上，研究人員宣布他們發(fā)現(xiàn)了破解數(shù)種HASH算法的方法，其中包括MD4，MD5，HAVAL-128，RIPEMD還有 SHA-0。分析表明，于1994年替代SHA-0成為聯(lián)邦信息處理標準的SHA-1的減弱條件的變種算法能夠被破解；但完整的SHA-1并沒有被破解，也沒有找到SHA-1的碰撞。研究結(jié)果說明SHA-1的安全性暫時沒有問題，但隨著技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)與標準局計劃在2010年之前逐步淘汰SHA-1，換用其他更長更安全的算法（如SHA-224、SHA-256、SHA-384和SHA-512）來替代。”

　　現(xiàn)在Google，facebook，微軟，蘋果等早已經(jīng)換成了暫時安全的sha-256，sha-512等算法，屬于sha-2系列，發(fā)布快十五年了，應該很快就可以看到國際主流的網(wǎng)站更換sha-3算法了。

3、md5算法來驗證軟件完整性時可能出現(xiàn)的問題

　　（1）對于第二個鏈接中的helloworld.exe和goodbyworld.exe兩個可執(zhí)行文件，會打印出不同的字符，但它們的MD5是一樣的。密碼學家曾使用“構(gòu)造前綴碰撞法”來進行攻擊，用了不到兩天，得出結(jié)論：MD5算法不應再用于任何軟件完整性檢查或代碼簽名的用途！現(xiàn)在，如果僅僅是想要生成 MD5 相同而內(nèi)容不同的文件的話，在任何主流配置的電腦上用幾秒鐘就可以完成了。
這幾位密碼學家編寫的“快速 MD5 碰撞生成器”:

http://www.win.tue.nl/hashclash/fastcoll_v1.0.0.5.exe.zip
源代碼：http://www.win.tue.nl/hashclash/fastcoll_v1.0.0.5_source.zip

　　（2）簽名算法受到威脅。王小云教授發(fā)現(xiàn)，可以很快的找到MD5的“碰撞”，就是兩個文件可以產(chǎn)生相同的“指紋”。這意味著，當你在網(wǎng)絡上使用電子簽名簽署一份合同后，還可能找到另外一份具有相同簽名不同內(nèi)容的合同，這樣兩份合同的真?zhèn)涡员銦o從辨別。王小云教授的研究成果證實了利用MD5算法的碰撞可以嚴重威脅信息系統(tǒng)安全，這一發(fā)現(xiàn)使目前電子簽名的法律效力和技術(shù)體系受到威脅。

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總結(jié)

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