哈希算法及其拓展

本篇是iOS逆向开发的递进篇-关于哈希算法、数字签名及对称加密等，下面我们着重讲解此内容，希望对大家有所帮助！！！

一、哈希

1.1 基本内容

哈希表也称为散列表（Hash table），是根据关键码值（key，value），直接进行访问的数据结构。通过把关键码映射到表中的一个位置来进行访问记录，用来加快查找速度。映射函数也称之为散列函数，存放记录数组称为散列表。

假设没有内存限制，直接可以将键作为数组的索引，那么所有的查找仅仅需要一次即可完成。但是这种理想的情况也不会一直出现，因为牵扯到内存问题。从另一个角度来说，如果没有时间来限制，我们也可以使用无序数组并进行顺序查找，这样也会使用较少的内存。

使用哈希查找算法分为两个步骤：

使用Hash函数将被要查找的键转化为数组中的一个索引。理想情况下，不同的键都可以转为不同的索引值。但这仅仅是理想情况下，在实际的开发运算中，我们还是要处理两个或者多个键值散列到同个索引值的情况。
要处理碰撞冲突的过程。

目前本人博客关于讲述哈希思想查找元素的博客有：https://www.cnblogs.com/guohai-stronger/p/11506990.html，还会持续更新此类算法思想有关的题目。

1.2 哈希函数的两种解决碰撞的方式

1.2.1 拉链法（separate chaining）

拉链法简单说就是链表+数组。将键来通过Hash函数映射为大小为M的数组下标索引，数组的每个元素指向链表，链表的每个节点存储着哈希出来的索引值为节点下标的键对值。

举一个例子：

给定一组数据为{45，27，55，24，10，53,32，14，23，01，42，20}，假设散列表长度为13，用拉链法解决构造的哈希表。拉链法表示如下：

上面就是拉链法的图示，下面我们讲解拉链法的代码实现：

public class SeparateChainingHashST<Key, Value> {
    //SequetialSearchST
    private int N;//键值对总数
    private int M;//散列表的大小
    private SequentialSearchST<Key, Value>[] st;//存放链表对象的数组
    public SeparateChainingHashST() {//默认的构造函数会使用997条链表
        this(997);
    }
    public SeparateChainingHashST(int M) {
        //创建M条链表
        this.M = M;
        //创造一个(SequentialSearchST<Key, Value>[])类型的,长度为M的数组
        st = (SequentialSearchST<Key, Value>[]) new SequentialSearchST[M];
        for(int i = 0; i < M; i++) {
            //为每一个数组元素申请一个空间
            st[i] = new SequentialSearchST();
        }
    }
    private int hash(Key key) {
        return (key.hashCode() & 0x7fffffff) % M;
    }
    public Value get(Key key) {
        return (Value)st[hash(key)].get(key);
    }
    public void put(Key key, Value val) {
        st[hash(key)].put(key, val);
    }
    public void delete(Key key) {
        st[hash(key)].delete(key);
    }
    public Iterable<Key> keys(){
        Queue<Key> queue = new Queue<Key>();
        for(int i = 0; i < M; i++) {
            System.out.println("第" + i +"个元素的链表");
            for(Key key : st[i].keys()) {
                queue.enqueue(key);
                System.out.print(key + " " + get(key) + " ,");
            }
            System.out.println();
        }
        return queue;
    }
    public static void main(String[] args) {
        SeparateChainingHashST<String, Integer> st = new SeparateChainingHashST<String, Integer>(5);
        for (int i = 0; i < 13; i++) {
            String key = StdIn.readString();
            st.put(key, i);
        }
        for (String s : st.keys())
            StdOut.println(s + " " + st.get(s));
        st.delete("M");
        StdOut.println("*************************************");
        for (String s : st.keys()) {
             StdOut.println(s + " " + st.get(s));
        }
    }
}

上面就是拉链表的基本内容，如果想进一步了解，可以查看数据结构相关书籍。

1.2.2 开放定址法

开放定址法包括线性探测法和平方探测法。

开放定址法是由关键码得到的哈希地址一旦发生了冲突，假如已经存在了元素，就会去寻找下一个空的哈希地址，只需要哈希表足够的大，空的哈希地址总能找到，并将元素存入进去。

1.3 哈希的特点

算法是公开的
对相同的数据运算，得到的结果是一样的
对不同的数据运算，如用MD5得到的结果默认为128位，32个字符（16进制）
这玩意没办法进行逆运算
信息摘要，信息的指纹，都是用来数据识别的

1.4 哈希用途加密方式

1.4.1 用户密码的加密

1.4.1.1 直接使用MD5加密

//密码
    NSString * pwd = @"123456";
    
    //MD5 直接加密 e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e
    //不足：不够安全了。可以反查询！
  pwd = pwd.md5String;

我们也可以通过终端，通过输入md5 -s "内容"，如下得到md5，32个字符

1.4.1.2 加盐

//足够复杂！
static NSString * salt = @"(*(*(DS*YFHIUYF(*&DSFHUS(*AD&";
pwd = [pwd stringByAppendingString:salt].md5String;

运用加盐方式弊端：盐都是是固定的，把它写死在程序里面，一旦泄露就会不安全了！

1.4.1.3 HMAC

/** HMAC
     *  使用一个密钥加密，并且做两次散列！
     *  在实际开发中，密钥（KEY）来自于服务器（动态的）！
     *  一个账号，对应一个KEY，而且还可以跟新！
     */
    pwd = [pwd hmacMD5StringWithKey:@"hank"];

在我们日常开发中，如果一个是有非常好的后台开发素质，会在登录注册接口返回来一个时间戳，对于这个时间戳可以很好地运用到HMAC中

通过上面：

假如将时间戳运用到里面中，和HMAC哈希值拼接此时的时间戳（直到分，不到秒）发给服务器，然后服务器根据客户端发来的字符，进行解析；如果此时这个过程到了下一分钟（201812032050 58s发，服务器收到已经201812032051 20s ），服务器会做一个分钟-1进行验证

1.4.2 搜索引擎

我们在搜索几个词语时，假如在数据库检索“国孩”，“真的”，“很帅”，对于我们搜索其中的任何一个词，都可以通过哈希检索出来，哈希内部是怎么做到的呢？

下面是三个词在md5下的32位字符值：

哈希通过将“国孩”，“真的”，“很帅”的哈希值进行想加，得到了也是一个32位字符串

1.4.3 版权

对于很多源文件上传至某个平台上时，该平台会给源文件设置唯一一个哈希值，如果有盗版上传至该平台，会被拒绝

二、数字签名

数字签名是对原始数据的HASH值，用非对称RSA加密

明文数据和HASH值如果通过直接传递就会有篡改的风险，因此我们要对数据加密。但是明文数据是比较大的，不太适合运用RSA非对称加密，那么数据的HASH值是比较小，这个数据如果用来校验，这样就完全可以使用RSA进行加密。当我们在数据传递的时候，可以通过将明文数据+RSA加密的校验数据一起发送给对方，RSA加密的校验数据，称之为签名。