哈希函数(hash function)是一个密码学概念,它可以将任意长度的消息转换为一个固定长度的值,这个值也称作哈希(hash)。这一讲,我们简单介绍一下哈希函数及在solidity的应用

Hash的性质

一个好的哈希函数应该具有以下几个特性:

  • 单向性:从输入的消息到它的哈希的正向运算简单且唯一确定,而反过来非常难,只能靠暴力枚举。
  • 灵敏性:输入的消息改变一点对它的哈希改变很大。
  • 高效性:从输入的消息到哈希的运算高效。
  • 均一性:每个哈希值被取到的概率应该基本相等。
  • 抗碰撞性:
  • 弱抗碰撞性:给定一个消息x,找到另一个消息x’使得hash(x) = hash(x’)是困难的。
  • 强抗碰撞性:找到任意x和x’,使得hash(x) = hash(x’)是困难的。

Hash的应用

  • 生成数据唯一标识
  • 加密签名
  • 安全加密

Keccak256

Keccak256函数是solidity中最常用的哈希函数,用法非常简单:

哈希 = keccak256(数据);

Keccak256和sha3

这是一个很有趣的事情:

  1. sha3由keccak标准化而来,在很多场合下Keccak和SHA3是同义词,但在2015年8月SHA3最终完成标准化时,NIST调整了填充算法。所以SHA3就和keccak计算的结果不一样,这点在实际开发中要注意。
  2. Ethereum在开发的时候sha3还在标准化中,所以采用了keccak,所以Ethereum和Solidity智能合约代码中的SHA3是指Keccak256,而不是标准的NIST-SHA3,为了避免混淆,直接在合约代码中写成Keccak256是最清晰的。

生成数据唯一标识

我们可以利用keccak256来生成一些数据的唯一标识。比如我们有几个不同类型的数据:uint,string,address,我们可以先用abi.encodePacked方法将他们打包编码,然后再用keccak256来生成唯一标识:

function hash(uint _num,string memory _string,address _addr) public pure returns (bytes32) {return keccak256(abi.encodePacked(_num, _string, _addr));}

弱抗碰撞性

我们用keccak256演示一下之前讲到的弱抗碰撞性,即给定一个消息x,找到另一个消息x’使得hash(x) = hash(x’)是困难的。

我们给定一个消息0xAA,试图去找另一个消息,使得它们的哈希值相等:

// 弱抗碰撞性function weak(string memory string1)public view returns (bool){return keccak256(abi.encodePacked(string1)) == _msg;}

大家可以试个10次,看看能不能幸运的碰撞上。

强抗碰撞性

我们用keccak256演示一下之前讲到的强抗碰撞性,即找到任意不同的x和x’,使得hash(x) = hash(x’)是困难的。

我们构造一个函数strong,接收两个不同的string参数string1和string2,然后判断它们的哈希是否相同:

// 强抗碰撞性function strong(string memory string1,string memory string2)public pure returns (bool){return keccak256(abi.encodePacked(string1)) == keccak256(abi.encodePacked(string2));}

大家可以试个10次,看看能不能幸运的碰撞上。

在remix上验证

  • 部署合约查看唯一标识的生成结果

  • 验证哈希函数的灵敏性,以及强、弱抗碰撞性

总结

这一讲,我们介绍了什么是哈希函数,以及如何使用solidity最常用的哈希函数keccak256。