2024年8月25日发(作者：佟盼夏)
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福建 电脑 ２００７年第６期
ＨＡＳＨ算法及其在数字签名中的应用
白永祥
（华东师范大学计算机科学与技术系上海２０００６２）
【摘要１：Ｈａｓｈ算法在信息安全领域中具有文件校验、数字签名、鉴权协议等主要应用，其算法是将任意长度的输入变
换成固定长度的输出．常见的算法有ＭＤ４、ＭＤ５、ＳＨＡ一１等；ＨＡＳＨ算法在现代密码学中有着广泛的应用。
【关键词】：Ｈａｓｈ，碰撞，数字签名，攻击
般压缩过程是这样的．任意长度的消息被分拆成符合压
Ｌ Ｈａｓｈ算法的基本概念
Ｈａｓｈ．一般翻译为”散列”。有的书上或直接译为”哈希”。密
缩函数输入要求的分组．最后一个分组可能需要在末尾添上特
这些分组将被顺序处理，除了第一个消息分组将
码学中的Ｈａｓｈ函数也称杂凑函数或杂凑算法．它是一种将任意
定的填充字节．
长度的消息经过一定的算法压缩到某一固定长度的消息摘要
与散列初始化值一起作为压缩函数的输入外，当前分组将和前
一
个分组的压缩函数输出一起被作为这一次压缩的输入．而其
远小于输入的空问．不同的输入可能会散列成相同的输出，而不
输出叉将被作为下一个分组压缩函数输入的一部分，直到最后
个压缩函数的输出．将被作为整个消息散列的结果。
可能从散列值来唯一的确定输入值．在密码学中这种Ｈａｓｈ函数
（ｍｅｓｓａｇｅ ｄｉｇｅｓｔ）的函数，也称作散列值，这种散列值的空间通常
一
一
４．常见的Ｈａｓｈ算法
１．ＭＤ２、ＭＤ４、ＭＤ５算法：
ＨＡＳ；Ｈ算法数学表述为：ｈ：Ｈｆｘ），其中Ｈｎ表示单向散列函
ＭＤ２（Ｍｅｓｓａｇｅ—Ｄｉｇｅｓｔ Ｍｇｏｒｉｔｈｍ ２）算法是Ｒｉｖｅｓｔ在１９８９
数，Ｘ表示任意长度明文，ｈ表示固定长度散列值。
年开发出来的。在这个算法中。首先对信息进行数据补位，使信
２．Ｈａｓｈ算法的重要特性
６的倍数．然后，以～个１６位的检验和追加到
Ｈａｓｈ函数的设计目的是为需要认证的数据产生一个消息
息的字节长度是ｌ
又称作单向函数（ｏｎｅ—ｗａｙ—ｆｕｎｃｔｉｏｎ）。
摘要，这种消息摘要相当于一个ｆｆ于旨纹”．它与产生消息摘要的原
信息末尾．并且根据这个新产生的信息计算出散列值。后来。
ｅｒ和Ｃｈａｕｖａｕｄ发现如果忽略了检验和将产生ＭＤ２冲突。
始输入数据密切相关的，只要原始数据更改任意一个位，其对应
Ｒｏｇｉ
的消息摘要就会变为截然不同的”指纹”。在信息安全领域中应
用的Ｈａｓｈ算法．还需要满足以下关键特性：
为了加强算法的安全性．Ｒｉｖｅｓｔ在１９９０年又开发出ＭＤ４
算法 ＭＤ４算法同样需要填补信息以确保信息的字节长度加上
１．单向性（ｏｎｅ—ｗａｙ）。对于任意给定的Ｘ，Ｈｆｘ）的计算相对简
４４８后能被５１２整除．即信息字节长度ｍｏｄ ５１２：４４８。然后，一
单．反方向计算却很困难
个以６４位二进制表示的信息的最初长度被添加进来．信息被处
２位Ｄａｍｇｒａ／Ｍｅｒｋｌｅ迭代结构的区块．而且每个区块要通
２．抗碰撞性（ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ－ｒｅｓｉｓｔａｎｔ） 要求两个具有相同输出的
理成５１
不同输入在计算上是不可行的．即在统计上无法产生２个散列
过三个不同步骤的处理 Ｄｅｎ Ｂｏｅｒ和Ｂｏｓｓｅｌａｅｒｓ以及其他人很快
值相同的预映射
的发现了攻击ＭＤ４版本中第一步和第三步的漏洞。Ｄｏｂｂｅｒｔｉｎ向
２．１对于任意给定的块Ｘ，不可能找到一个Ｈ（Ｘ）＝Ｈ（Ｙ），这
大家演示了如何利用一部普通的个人电脑在几分钟内找到
里的Ｘ≠Ｙ．此谓弱抗碰撞性。
ＭＩＭ完整版本中的冲突，这个冲突实际上是一种漏洞，它将导
２．２计算上很难寻找一对任意的（Ｘ，Ｙ），使满足ＨｆＸ）＝Ｈｍ
致对不同的内容进行加密却可能得到相同的加密后结果。毫无
此谓强抗冲突性。要求”强抗冲突性”主要是为了防范所谓”生 疑问．ＭＤ４就此被淘汰掉了。
尽管ＭＤ４算法在安全上有个这么大的漏洞，但它对在其后
日攻击（ｂｉｒｔｈｄａｙ ａｔｔａｃｋ１”。例如，在一个１０人的团体中．你能找到
和你生日相同的人的概率是２．４％．而在同一团体中．有２人生
才被开发出来的好几种信息安全加密算法的出现却有着不可忽
日相同的概率是ｌ１．７％。类似的．当预映射的空间很大的情况
视的引导作用。一年以后，Ｒｉｖｅｓｔ开发出技术上更为趋近成熟的
下．算法必须有足够的强度来保证不能轻易找到”相同生日”的
ＭＤ５算法。经ＭＤ２、ＭＤ３和ＭＤ４发展而来。ＭＤ５的作用是让大
人，根据今天的计算技术能力，Ｈ的输出至少应为１２８比特长
容量信息在用数字签名软件签署私人密匙前被”压缩”成一种保
３．映射分布均匀性和差分分布均匀性。散列结果中．为０的 密的格式。不管是ＭＤ２、ＭＤ４还是ＭＤ５，它们都需要获得一个随
ｂｉｔ和为ｌ的ｂｉｔ．其总数应该大致相等：输入中一个ｂｉｔ的变
机长度的信息并产生一个１２８位的信息摘要。虽然这些算法的
化，散列结果中将有一半以上的ｂｉｔ改变．这又叫做”雪崩效应。
结构或多或少有些相似．但ＭＤ２是为８位机器设计优化的，而
（ａｖａｌａｎｃｈｅ ｅｆｆｅｃｔ）”；要实现使散列结果中出现１ｂｉｔ的变化．则输
ＭＤ４和ＭＤ５却是面向３２位的电脑。ＭＤ５在ＭＤ４的基础上增
入中至少有一半以上的ｂｉｔ必须发生变化。其实质是必须使输
加了”安全一带子”（Ｓａｆｅｔｙ－Ｂｅｌｔｓ）的概念。虽然ＭＤ５比ＭＤ４稍微
入中每一个ｂｉｔ的信息尽量均匀的反映到输出的每一个ｂｉｔ上
慢一些．但却更为安全。在ＭＤ５算法中，信息一摘要的大小和填
去；输出中的每一个ｂｉｔ．都是输入中尽可能多ｂｉｔ的信息一起作
充的必要条件与ＭＤ４完全相同。２００４年８月７日。在美国加州
用的结果。
圣巴巴拉召开的国际密码学会议上．来自我国山东大学的王小
３．Ｈａｓｈ算法的实现 云教授做了对ＭＩＭ、ＭＤ５、ＨＡＶＡＬ一１２８、ＲＩＰＥＭＤ等ＨＡＳＨ函数
Ｄａｍｇａｒｄ和Ｍｅｒｋ￣ｅ定义了所谓”压缩函数ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ 的碰撞攻击的报告．报告称可以在一个多小时之，内找到ＭＤ５
ｆｕｎｃｔｉｏｎ）”，就是将一个固定长度输入．变换成较短的固定长度的 的碰撞。也就是说。原则上可以找到两个内容不同的文件生成相
输出，这对密码学实践上Ｈａｓｈ函数的设计产生了很大的影响。 同的签名．使利用ＭＤ５伪造一分合同成为可能。这一重要报告
Ｈａｓｈ函数就是被设计为基于通过特定压缩函数的不断重复”压
得到了与会专家的一致赞叹 此项成果也宣告了目前得到广泛
缩”输入的分组和前一次压缩处理的结果的过程．直到整个消息
应用的世界通用密码标准ＭＤ５已被攻破．从而外起了密码学界
都被压缩完毕，最后的输出作为整个消息的散列值。尽管还缺乏
的一场轩然大波
严格的证明，但绝大多数业界的研究者都同意．如果压缩函数是
２．安全的ＨＡＳＨ函数一一ＳＨＡ—ｌ
安全的，那么以上述形式散列任意长度的消息也将是安全的。这 ＳＨＡ（Ｓｅｃｕｒｅ Ｈａｓｈ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）算法由美国国家标准技术研
就是所谓Ｄａｍｇａｔｄ／Ｍｅｒｋｌｅ结构。
究所（ＮＩＳＴ）￣发．并在１９９３年作为联邦信息处理标准公布。在
，
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１９９５年公布了其改进版本ＳＨＡ一１。ＳＨＡ一１可以处理最大长度超
Ｙ：Ｙ＝ ｍｏｄ Ｐ（Ｐ，ｑ，ｇ，Ｙ）为公钥；
过２６４ｂｉｔ的消息，消息按５１２ｂｉｔ块进行输人．但它产生１６０位的
Ｐ，ｑ，ｇ可由一组用户共享，但在实际应用中，使用公共模数
消息摘要，具有比ＭＤ５更强的安全性
可能会带来一定的威胁。
５．Ｈａｓｈ算法的安全性分析
２．签名及验证协议
有许多算法经过分析或差分攻击，在未应用前都已经夭折
Ｐ产生随机数ｋ，ｋ＜ｑ；
在实验室里了．目前流行的Ｈａｓｈ算法能基本符合密码学意义上
Ｐ计算ｒ＝ｆ ｍｏｄ Ｐ）ｍｏｄ ｑ
的单向性和抗冲突性，所以只有穷举才是破坏Ｈａｓｈ运算安全特
ｓ＝（ｋ一１（｜Ｉ㈤＋ ）ｍｏｄ ｑ
性的唯一方法。为了对抗弱抗冲突性．我们可能要穷举个数和散
签名结果是ｆ ｍ．ｒ．ｓ ｏ
列值空间长度一样大的输人．即尝试２１２８或２１６０个不同的输
３．验证算法
人，目前一台高档个人电脑可能需要１０２５年才能完成这一艰巨 计算Ｗ＝ｓ—ｌｍｏｄ ｑ
的工作，即使是最高端的并行系统。虽然我们运用各种方法降低
ｕｌ＝（Ｈ（ｍ） ｗ）ｍｏｄ ｑ
了需要穷举的空间，但这也不是在几千年里干得完的事，所以，
ｕ２＝（ｒ Ｗ）ｍｏｄ ｑ
强抗冲突性是决定Ｈａｓｈ算法安全性的关键
ｖ＝“ｇｕ１ ｙｕ２）ｍｏｄ Ｐ）ｍｏｄ ｑ ’
美国ＮＩｓＴ在新的ＡＥＳ中使用了长度为１２８、１９２、２５６ｂｉｔ的 若ｖ＝ｒ．则认为签名有效
密钥，设计了出了ＳＨＡ一２５６、ＳＨＡ一３８４、ＳＨＡ一５１２，它们将提供更 在ＳＨＡ算法中用ＳＨＡ一１代替ｎ（ｍ）就可以．还有基于椭圆
好的安全性。
曲线的ＥＣＤＳＡ签名算法。由于篇幅原因，这里就不再详细讨论
６．Ｈａｓｈ算法在数字签名方面的应用
了。总之，在目前所有的基于公钥密码体系的签名算法中．ＨＡＳＨ
数字签名（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）是指附加在某种电子文档中的 算法有着广泛的应用，因此ＨＡＳＨ函数的安全性直接影响到整
组特定符号或代码．它是利用数学方法和密码算法对该文档
个签名过程的安全与否
进行关键信息的提取进行加密的，用于标识签发者身份及对电
７．展望
子文档的不可抵赖性．并能被接收者用来验证该电子文档传输
ＨＡＳＨ算法长期以来一直在计算机科学中大量应用．随着
一
过程中是否被篡改或伪造 由于现代密码学使用的都是公钥密
码技术．而且这种非对称算法的运算速度较慢．所以对消息在传
输前都要进行一定的压缩计算．这样签名方案几乎总是用一种
快速的公钥密码系统和ＨＡＳＨ函数结合使用 假设Ａｌｉｃｅ要对
现代密码学的发展，单向散列函数已经成为信息安全领域中一
个重要的结构模块．但在最近的国际密码学会议上发现了破解
数种ＨＡＳＨ算法的方法。分析表明ＳＨＡ一１的减弱条件的变种能
够被破解，虽然ＳＨＡ一１目前还没有找到碰撞，但随着计算机运
算速度的不断提高，破解只是时间的问题，所以必须加紧研究新
的加密理论和应用方法。目前，可能有两种研究的途径：一种是
拟用更长、更安全的算法如ＳＨＡ－２２４、ＳＨＡ－２５６、ＳＨＡ一３８４和
ＳＨＡ一５１２；再一个就是加快量子密码学的研究。由于量子密码在
传送距离上仍未能满足实际光纤通信的要求，其安全性仅基于
现有的物理定理．所以量子密码仍将要在实验室进行一段时问
的研究。我们期待着密码学家们创造出又一个新的奇迹。
消息ｘ签名，她首先要生成消息摘要ｚ＝Ｈ∞，然后计算ｚ的签
名，即ｙ＝ＳＩＧＫ ｆｚ１。然后她将有序对（ｘ，ｙ）在信道上传输。验证者
首先通过公开Ｈａｓｈ函数ｈ重构消息摘要ｚ＝Ｈｆｘ１，然后检查ｖｅｒｋ
ｆｚ，ｙ）＝ｔｒｕｅ。必须认识到ＨＡＳＨ函数的使用并不削弱签名方案的
安全性，因为签名的是消息摘要而非消息本身。有必要使Ｈ满
足一定的属性以便阻止各种各样的攻击
数字签名算法ｆＤＳＡ）是基于整数有限域离散对数难题的．
ＤＳＡ的一个重要特点是两个素数公开，这样，当使用别人的Ｐ和
参考文献：
ｑ时，即使不知道私钥，你也能确认它们是否是随机产生的，还
１．Ｗｉｌｌｉａｍ Ｓｔａｌｌｉｎｇｓ Ｃｒｙｐｔｏｇｒａｐｈｙ ａｎｄ Ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｅｃｕｒｉｔｙ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ
是作了手脚。具体算法如下：
Ｐｒａｃｔｉｃｅ（ｓｅｃｏｎｄ ｅ￣ｔｉｏｎ）［Ｍ１清华大学出版，２００２
１．参数生成
２．ＡｌｉｃｋＧｕｏ ｈｔｔｐ：／／ｚｂｌｏｇ．ｂｏｋｅｅ．ｃｏｒｎ／１２７２３７１．ｈｔｍｌ
ｐ：Ｌ ｂｉｔｓ长的素数。Ｌ是６４的倍数，范围是５１２≤Ｌ≤１０２４
３．毛明等《大众密码学）【Ｍ１高等教育出版社２００５年６月
ｑ：Ｐ一１的１６０ｂｉｓ的素因子 ｔ
ｇ：ｇ＝ｈ（（ｐ一１），（Ｉ）ｍｏｄ ｐ，ｈ满足ｈ‘Ｐ一１，ｈ（（ｐ－１）／ｑ）ｍｏｄ Ｐ
４．Ｄｏｕｇｌａｓ Ｒ．ｓｉｔｍｏｎ．冯登国译＜密码学原理与实践）【Ｍ】电子工业出版
社２ｏｏ５
５．韦卫＜网络安全正研究什么）ｌＪ１计算机报《网络新技术趋势）研究报
告系列．２００５
（上接第３５页）
中的数据是从数据源向集成模式单向流动的，不能支持局部数
据源之间的数据交换和共享．也不能在集成数据上进行新型跨
部门综合业务的开发
针对以往数据集成方案的不足，人们不断探索，新的数据集
成技术也不断涌现。其中包括网格技术和本体集成技术。
３．１网格技术
网格技术提出目的就是实现分布式环境下的资源共享和协同计
算。
网格（Ｇｒｉｄ）．又称为虚拟计算环境．是近年来兴起的一种重要的网
络信息技术 网格利用计算机网络把地理Ｅ广泛分布的计算资源、存储
资源、网络资源、软件资源、信息资源、知识资源等连成—个逻辑整体，然
后像一台超级计算机一样为用户提供—体化的信息应用服务。实现互联
网上所有资源的全面连通、全面共享。以消除信息孤岛和资源孤岛。
３２本体技术
数据的异构性分为两个方面：一是结构性异构，即不同数据源数据
的结构不同：二是语义性异构，即不同数据源的数据项在内容和含义上
有所不同或有冲突。目前，ＸＭＬ已经成为异构系统间数据交换的公认标
准，所以．语义异构成为数据集成技术的难点。已有的各数据集成） 法也
都面ＪＩ缶如何更好的解决语义异构的问题。
本体是对某一领域中的概念及其之间关系的显式描述．是语义网
络的—项关键技术 本体技术能够明确表示数据的语义以及支持基于描
述逻辑的自动推理，为语义异构性问题的解决提供了新的思路，对异构
数据集成来说应该有很大的意义。
但本体技术也存在一定的问题：已有关于本体技术研究都没有充
分关注如何利用本体提高数据集成过程和系统维护的自动化程度、降低
集成成本、简化＾工工作。基于语义进行自动的集成尚处于探索阶段，本
体技术还没有真正发挥应有的作用。
４．展望
鉴于异构数据集成所固有的难点．可以相信．异构数据集成技术会
随着 泛的应用。
今后．数据集成的研究方向应该包括：
（１）基于网格、本体语义的数据集成方案的研究；
（２）集成数据的完整性、一致性约束；
（３）数据集成过程中安全、可靠的数据传输技术。
参考文献：
１．数据集成综迦陈跃国王京春计算机科学．２∞ ５。１￣４８－－５１
２异构数据集成技术的发展和理戢靳强勇李冠宇张馒计算机工程与应用．２００２，
０ｎ１１２＿１１４
３网格技术发展现状和趋鲠苗再良、信息技术＆信息化专家论坛。２００５， Ａ１７一
Ａ２（１
４本体集成的研究王真星但唐仁叶长青等．计算机工程。２ｏ０ ３３ ４ ３
2024年8月25日发(作者：佟盼夏)
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ＨＡＳＨ算法及其在数字签名中的应用
白永祥
（华东师范大学计算机科学与技术系上海２０００６２）
【摘要１：Ｈａｓｈ算法在信息安全领域中具有文件校验、数字签名、鉴权协议等主要应用，其算法是将任意长度的输入变
换成固定长度的输出．常见的算法有ＭＤ４、ＭＤ５、ＳＨＡ一１等；ＨＡＳＨ算法在现代密码学中有着广泛的应用。
【关键词】：Ｈａｓｈ，碰撞，数字签名，攻击
般压缩过程是这样的．任意长度的消息被分拆成符合压
Ｌ Ｈａｓｈ算法的基本概念
Ｈａｓｈ．一般翻译为”散列”。有的书上或直接译为”哈希”。密
缩函数输入要求的分组．最后一个分组可能需要在末尾添上特
这些分组将被顺序处理，除了第一个消息分组将
码学中的Ｈａｓｈ函数也称杂凑函数或杂凑算法．它是一种将任意
定的填充字节．
长度的消息经过一定的算法压缩到某一固定长度的消息摘要
与散列初始化值一起作为压缩函数的输入外，当前分组将和前
一
个分组的压缩函数输出一起被作为这一次压缩的输入．而其
远小于输入的空问．不同的输入可能会散列成相同的输出，而不
输出叉将被作为下一个分组压缩函数输入的一部分，直到最后
个压缩函数的输出．将被作为整个消息散列的结果。
可能从散列值来唯一的确定输入值．在密码学中这种Ｈａｓｈ函数
（ｍｅｓｓａｇｅ ｄｉｇｅｓｔ）的函数，也称作散列值，这种散列值的空间通常
一
一
４．常见的Ｈａｓｈ算法
１．ＭＤ２、ＭＤ４、ＭＤ５算法：
ＨＡＳ；Ｈ算法数学表述为：ｈ：Ｈｆｘ），其中Ｈｎ表示单向散列函
ＭＤ２（Ｍｅｓｓａｇｅ—Ｄｉｇｅｓｔ Ｍｇｏｒｉｔｈｍ ２）算法是Ｒｉｖｅｓｔ在１９８９
数，Ｘ表示任意长度明文，ｈ表示固定长度散列值。
年开发出来的。在这个算法中。首先对信息进行数据补位，使信
２．Ｈａｓｈ算法的重要特性
６的倍数．然后，以～个１６位的检验和追加到
Ｈａｓｈ函数的设计目的是为需要认证的数据产生一个消息
息的字节长度是ｌ
又称作单向函数（ｏｎｅ—ｗａｙ—ｆｕｎｃｔｉｏｎ）。
摘要，这种消息摘要相当于一个ｆｆ于旨纹”．它与产生消息摘要的原
信息末尾．并且根据这个新产生的信息计算出散列值。后来。
ｅｒ和Ｃｈａｕｖａｕｄ发现如果忽略了检验和将产生ＭＤ２冲突。
始输入数据密切相关的，只要原始数据更改任意一个位，其对应
Ｒｏｇｉ
的消息摘要就会变为截然不同的”指纹”。在信息安全领域中应
用的Ｈａｓｈ算法．还需要满足以下关键特性：
为了加强算法的安全性．Ｒｉｖｅｓｔ在１９９０年又开发出ＭＤ４
算法 ＭＤ４算法同样需要填补信息以确保信息的字节长度加上
１．单向性（ｏｎｅ—ｗａｙ）。对于任意给定的Ｘ，Ｈｆｘ）的计算相对简
４４８后能被５１２整除．即信息字节长度ｍｏｄ ５１２：４４８。然后，一
单．反方向计算却很困难
个以６４位二进制表示的信息的最初长度被添加进来．信息被处
２位Ｄａｍｇｒａ／Ｍｅｒｋｌｅ迭代结构的区块．而且每个区块要通
２．抗碰撞性（ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ－ｒｅｓｉｓｔａｎｔ） 要求两个具有相同输出的
理成５１
不同输入在计算上是不可行的．即在统计上无法产生２个散列
过三个不同步骤的处理 Ｄｅｎ Ｂｏｅｒ和Ｂｏｓｓｅｌａｅｒｓ以及其他人很快
值相同的预映射
的发现了攻击ＭＤ４版本中第一步和第三步的漏洞。Ｄｏｂｂｅｒｔｉｎ向
２．１对于任意给定的块Ｘ，不可能找到一个Ｈ（Ｘ）＝Ｈ（Ｙ），这
大家演示了如何利用一部普通的个人电脑在几分钟内找到
里的Ｘ≠Ｙ．此谓弱抗碰撞性。
ＭＩＭ完整版本中的冲突，这个冲突实际上是一种漏洞，它将导
２．２计算上很难寻找一对任意的（Ｘ，Ｙ），使满足ＨｆＸ）＝Ｈｍ
致对不同的内容进行加密却可能得到相同的加密后结果。毫无
此谓强抗冲突性。要求”强抗冲突性”主要是为了防范所谓”生 疑问．ＭＤ４就此被淘汰掉了。
尽管ＭＤ４算法在安全上有个这么大的漏洞，但它对在其后
日攻击（ｂｉｒｔｈｄａｙ ａｔｔａｃｋ１”。例如，在一个１０人的团体中．你能找到
和你生日相同的人的概率是２．４％．而在同一团体中．有２人生
才被开发出来的好几种信息安全加密算法的出现却有着不可忽
日相同的概率是ｌ１．７％。类似的．当预映射的空间很大的情况
视的引导作用。一年以后，Ｒｉｖｅｓｔ开发出技术上更为趋近成熟的
下．算法必须有足够的强度来保证不能轻易找到”相同生日”的
ＭＤ５算法。经ＭＤ２、ＭＤ３和ＭＤ４发展而来。ＭＤ５的作用是让大
人，根据今天的计算技术能力，Ｈ的输出至少应为１２８比特长
容量信息在用数字签名软件签署私人密匙前被”压缩”成一种保
３．映射分布均匀性和差分分布均匀性。散列结果中．为０的 密的格式。不管是ＭＤ２、ＭＤ４还是ＭＤ５，它们都需要获得一个随
ｂｉｔ和为ｌ的ｂｉｔ．其总数应该大致相等：输入中一个ｂｉｔ的变
机长度的信息并产生一个１２８位的信息摘要。虽然这些算法的
化，散列结果中将有一半以上的ｂｉｔ改变．这又叫做”雪崩效应。
结构或多或少有些相似．但ＭＤ２是为８位机器设计优化的，而
（ａｖａｌａｎｃｈｅ ｅｆｆｅｃｔ）”；要实现使散列结果中出现１ｂｉｔ的变化．则输
ＭＤ４和ＭＤ５却是面向３２位的电脑。ＭＤ５在ＭＤ４的基础上增
入中至少有一半以上的ｂｉｔ必须发生变化。其实质是必须使输
加了”安全一带子”（Ｓａｆｅｔｙ－Ｂｅｌｔｓ）的概念。虽然ＭＤ５比ＭＤ４稍微
入中每一个ｂｉｔ的信息尽量均匀的反映到输出的每一个ｂｉｔ上
慢一些．但却更为安全。在ＭＤ５算法中，信息一摘要的大小和填
去；输出中的每一个ｂｉｔ．都是输入中尽可能多ｂｉｔ的信息一起作
充的必要条件与ＭＤ４完全相同。２００４年８月７日。在美国加州
用的结果。
圣巴巴拉召开的国际密码学会议上．来自我国山东大学的王小
３．Ｈａｓｈ算法的实现 云教授做了对ＭＩＭ、ＭＤ５、ＨＡＶＡＬ一１２８、ＲＩＰＥＭＤ等ＨＡＳＨ函数
Ｄａｍｇａｒｄ和Ｍｅｒｋ￣ｅ定义了所谓”压缩函数ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ 的碰撞攻击的报告．报告称可以在一个多小时之，内找到ＭＤ５
ｆｕｎｃｔｉｏｎ）”，就是将一个固定长度输入．变换成较短的固定长度的 的碰撞。也就是说。原则上可以找到两个内容不同的文件生成相
输出，这对密码学实践上Ｈａｓｈ函数的设计产生了很大的影响。 同的签名．使利用ＭＤ５伪造一分合同成为可能。这一重要报告
Ｈａｓｈ函数就是被设计为基于通过特定压缩函数的不断重复”压
得到了与会专家的一致赞叹 此项成果也宣告了目前得到广泛
缩”输入的分组和前一次压缩处理的结果的过程．直到整个消息
应用的世界通用密码标准ＭＤ５已被攻破．从而外起了密码学界
都被压缩完毕，最后的输出作为整个消息的散列值。尽管还缺乏
的一场轩然大波
严格的证明，但绝大多数业界的研究者都同意．如果压缩函数是
２．安全的ＨＡＳＨ函数一一ＳＨＡ—ｌ
安全的，那么以上述形式散列任意长度的消息也将是安全的。这 ＳＨＡ（Ｓｅｃｕｒｅ Ｈａｓｈ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）算法由美国国家标准技术研
就是所谓Ｄａｍｇａｔｄ／Ｍｅｒｋｌｅ结构。
究所（ＮＩＳＴ）￣发．并在１９９３年作为联邦信息处理标准公布。在
，
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１９９５年公布了其改进版本ＳＨＡ一１。ＳＨＡ一１可以处理最大长度超
Ｙ：Ｙ＝ ｍｏｄ Ｐ（Ｐ，ｑ，ｇ，Ｙ）为公钥；
过２６４ｂｉｔ的消息，消息按５１２ｂｉｔ块进行输人．但它产生１６０位的
Ｐ，ｑ，ｇ可由一组用户共享，但在实际应用中，使用公共模数
消息摘要，具有比ＭＤ５更强的安全性
可能会带来一定的威胁。
５．Ｈａｓｈ算法的安全性分析
２．签名及验证协议
有许多算法经过分析或差分攻击，在未应用前都已经夭折
Ｐ产生随机数ｋ，ｋ＜ｑ；
在实验室里了．目前流行的Ｈａｓｈ算法能基本符合密码学意义上
Ｐ计算ｒ＝ｆ ｍｏｄ Ｐ）ｍｏｄ ｑ
的单向性和抗冲突性，所以只有穷举才是破坏Ｈａｓｈ运算安全特
ｓ＝（ｋ一１（｜Ｉ㈤＋ ）ｍｏｄ ｑ
性的唯一方法。为了对抗弱抗冲突性．我们可能要穷举个数和散
签名结果是ｆ ｍ．ｒ．ｓ ｏ
列值空间长度一样大的输人．即尝试２１２８或２１６０个不同的输
３．验证算法
人，目前一台高档个人电脑可能需要１０２５年才能完成这一艰巨 计算Ｗ＝ｓ—ｌｍｏｄ ｑ
的工作，即使是最高端的并行系统。虽然我们运用各种方法降低
ｕｌ＝（Ｈ（ｍ） ｗ）ｍｏｄ ｑ
了需要穷举的空间，但这也不是在几千年里干得完的事，所以，
ｕ２＝（ｒ Ｗ）ｍｏｄ ｑ
强抗冲突性是决定Ｈａｓｈ算法安全性的关键
ｖ＝“ｇｕ１ ｙｕ２）ｍｏｄ Ｐ）ｍｏｄ ｑ ’
美国ＮＩｓＴ在新的ＡＥＳ中使用了长度为１２８、１９２、２５６ｂｉｔ的 若ｖ＝ｒ．则认为签名有效
密钥，设计了出了ＳＨＡ一２５６、ＳＨＡ一３８４、ＳＨＡ一５１２，它们将提供更 在ＳＨＡ算法中用ＳＨＡ一１代替ｎ（ｍ）就可以．还有基于椭圆
好的安全性。
曲线的ＥＣＤＳＡ签名算法。由于篇幅原因，这里就不再详细讨论
６．Ｈａｓｈ算法在数字签名方面的应用
了。总之，在目前所有的基于公钥密码体系的签名算法中．ＨＡＳＨ
数字签名（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）是指附加在某种电子文档中的 算法有着广泛的应用，因此ＨＡＳＨ函数的安全性直接影响到整
组特定符号或代码．它是利用数学方法和密码算法对该文档
个签名过程的安全与否
进行关键信息的提取进行加密的，用于标识签发者身份及对电
７．展望
子文档的不可抵赖性．并能被接收者用来验证该电子文档传输
ＨＡＳＨ算法长期以来一直在计算机科学中大量应用．随着
一
过程中是否被篡改或伪造 由于现代密码学使用的都是公钥密
码技术．而且这种非对称算法的运算速度较慢．所以对消息在传
输前都要进行一定的压缩计算．这样签名方案几乎总是用一种
快速的公钥密码系统和ＨＡＳＨ函数结合使用 假设Ａｌｉｃｅ要对
现代密码学的发展，单向散列函数已经成为信息安全领域中一
个重要的结构模块．但在最近的国际密码学会议上发现了破解
数种ＨＡＳＨ算法的方法。分析表明ＳＨＡ一１的减弱条件的变种能
够被破解，虽然ＳＨＡ一１目前还没有找到碰撞，但随着计算机运
算速度的不断提高，破解只是时间的问题，所以必须加紧研究新
的加密理论和应用方法。目前，可能有两种研究的途径：一种是
拟用更长、更安全的算法如ＳＨＡ－２２４、ＳＨＡ－２５６、ＳＨＡ一３８４和
ＳＨＡ一５１２；再一个就是加快量子密码学的研究。由于量子密码在
传送距离上仍未能满足实际光纤通信的要求，其安全性仅基于
现有的物理定理．所以量子密码仍将要在实验室进行一段时问
的研究。我们期待着密码学家们创造出又一个新的奇迹。
消息ｘ签名，她首先要生成消息摘要ｚ＝Ｈ∞，然后计算ｚ的签
名，即ｙ＝ＳＩＧＫ ｆｚ１。然后她将有序对（ｘ，ｙ）在信道上传输。验证者
首先通过公开Ｈａｓｈ函数ｈ重构消息摘要ｚ＝Ｈｆｘ１，然后检查ｖｅｒｋ
ｆｚ，ｙ）＝ｔｒｕｅ。必须认识到ＨＡＳＨ函数的使用并不削弱签名方案的
安全性，因为签名的是消息摘要而非消息本身。有必要使Ｈ满
足一定的属性以便阻止各种各样的攻击
数字签名算法ｆＤＳＡ）是基于整数有限域离散对数难题的．
ＤＳＡ的一个重要特点是两个素数公开，这样，当使用别人的Ｐ和
参考文献：
ｑ时，即使不知道私钥，你也能确认它们是否是随机产生的，还
１．Ｗｉｌｌｉａｍ Ｓｔａｌｌｉｎｇｓ Ｃｒｙｐｔｏｇｒａｐｈｙ ａｎｄ Ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｅｃｕｒｉｔｙ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ
是作了手脚。具体算法如下：
Ｐｒａｃｔｉｃｅ（ｓｅｃｏｎｄ ｅ￣ｔｉｏｎ）［Ｍ１清华大学出版，２００２
１．参数生成
２．ＡｌｉｃｋＧｕｏ ｈｔｔｐ：／／ｚｂｌｏｇ．ｂｏｋｅｅ．ｃｏｒｎ／１２７２３７１．ｈｔｍｌ
ｐ：Ｌ ｂｉｔｓ长的素数。Ｌ是６４的倍数，范围是５１２≤Ｌ≤１０２４
３．毛明等《大众密码学）【Ｍ１高等教育出版社２００５年６月
ｑ：Ｐ一１的１６０ｂｉｓ的素因子 ｔ
ｇ：ｇ＝ｈ（（ｐ一１），（Ｉ）ｍｏｄ ｐ，ｈ满足ｈ‘Ｐ一１，ｈ（（ｐ－１）／ｑ）ｍｏｄ Ｐ
４．Ｄｏｕｇｌａｓ Ｒ．ｓｉｔｍｏｎ．冯登国译＜密码学原理与实践）【Ｍ】电子工业出版
社２ｏｏ５
５．韦卫＜网络安全正研究什么）ｌＪ１计算机报《网络新技术趋势）研究报
告系列．２００５
（上接第３５页）
中的数据是从数据源向集成模式单向流动的，不能支持局部数
据源之间的数据交换和共享．也不能在集成数据上进行新型跨
部门综合业务的开发
针对以往数据集成方案的不足，人们不断探索，新的数据集
成技术也不断涌现。其中包括网格技术和本体集成技术。
３．１网格技术
网格技术提出目的就是实现分布式环境下的资源共享和协同计
算。
网格（Ｇｒｉｄ）．又称为虚拟计算环境．是近年来兴起的一种重要的网
络信息技术 网格利用计算机网络把地理Ｅ广泛分布的计算资源、存储
资源、网络资源、软件资源、信息资源、知识资源等连成—个逻辑整体，然
后像一台超级计算机一样为用户提供—体化的信息应用服务。实现互联
网上所有资源的全面连通、全面共享。以消除信息孤岛和资源孤岛。
３２本体技术
数据的异构性分为两个方面：一是结构性异构，即不同数据源数据
的结构不同：二是语义性异构，即不同数据源的数据项在内容和含义上
有所不同或有冲突。目前，ＸＭＬ已经成为异构系统间数据交换的公认标
准，所以．语义异构成为数据集成技术的难点。已有的各数据集成） 法也
都面ＪＩ缶如何更好的解决语义异构的问题。
本体是对某一领域中的概念及其之间关系的显式描述．是语义网
络的—项关键技术 本体技术能够明确表示数据的语义以及支持基于描
述逻辑的自动推理，为语义异构性问题的解决提供了新的思路，对异构
数据集成来说应该有很大的意义。
但本体技术也存在一定的问题：已有关于本体技术研究都没有充
分关注如何利用本体提高数据集成过程和系统维护的自动化程度、降低
集成成本、简化＾工工作。基于语义进行自动的集成尚处于探索阶段，本
体技术还没有真正发挥应有的作用。
４．展望
鉴于异构数据集成所固有的难点．可以相信．异构数据集成技术会
随着 泛的应用。
今后．数据集成的研究方向应该包括：
（１）基于网格、本体语义的数据集成方案的研究；
（２）集成数据的完整性、一致性约束；
（３）数据集成过程中安全、可靠的数据传输技术。
参考文献：
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２异构数据集成技术的发展和理戢靳强勇李冠宇张馒计算机工程与应用．２００２，
０ｎ１１２＿１１４
３网格技术发展现状和趋鲠苗再良、信息技术＆信息化专家论坛。２００５， Ａ１７一
Ａ２（１
４本体集成的研究王真星但唐仁叶长青等．计算机工程。２ｏ０ ３３ ４ ３