哈希函数是什么
哈希函数（Hash Function）是一种将任意长度输入转换为固定长度输出的单向函数。输出称为哈希值、摘要或指纹。以 SHA-256 为例，无论输入是 1 字节还是 1 GB，输出都是 64 个十六进制字符（256 位）：
SHA-256("hello") = "2cf24dba5fb0a30e26e83b2ac5b9e29e1b161e5c1fa7425e73043362938b9824"
SHA-256("Hello") = "185f8db32271fe25f561a6fc938b2e264306ec304eda518007d1764826381969"注意仅一个字符大小写不同，输出就完全不同——这叫雪崩效应。
哈希函数的核心特性
| 特性 | 说明 |
|---|---|
| 确定性 | 相同输入永远产生相同输出 |
| 单向性 | 无法从哈希值反推出原始输入 |
| 固定长度 | 输出长度与输入无关 |
| 雪崩效应 | 输入微小变化导致输出完全不同 |
| 抗碰撞 | 难以找到两个不同输入产生相同输出 |
关键区分：哈希不是加密。加密是双向的（可解密），哈希是单向的（不可逆）。哈希用于验证完整性和存储摘要，不用于保密。
SHA 系列算法
SHA（Secure Hash Algorithm）是美国国家标准与技术研究院（NIST）发布的哈希函数家族：
| 算法 | 输出长度 | 安全性 | 状态 |
|---|---|---|---|
| MD5 | 128 位 | 已破解 | ❌ 弃用 |
| SHA-1 | 160 位 | 已破解 | ❌ 弃用 |
| SHA-256 | 256 位 | 安全 | ✅ 推荐 |
| SHA-384 | 384 位 | 安全 | ✅ 可用 |
| SHA-512 | 512 位 | 安全 | ✅ 可用 |
| SHA-3 | 224-512 位 | 安全 | ✅ 新一代 |
为什么 MD5 和 SHA-1 被弃用
- MD5：1996 年发现碰撞漏洞，2004 年中国学者王小云公布快速碰撞算法，现可在几秒内伪造碰撞
- SHA-1：2017 年 Google 公布 SHAttered 攻击，可在合理时间内构造碰撞
二者均已不满足安全要求，禁止用于安全敏感场景。但在非安全场景（如文件去重、缓存键）仍可使用。
SHA-256 vs SHA-512
二者同属 SHA-2 家族，安全性相当。选择依据：
- SHA-256：通用首选，32 位 CPU 优化，资源占用较低
- SHA-512：64 位 CPU 上更快，常用于加密货币（如比特币早期）
- SHA-384：截断版 SHA-512，部分合规场景要求
JavaScript 中的哈希计算
SubtleCrypto API（推荐）
现代浏览器内置 crypto.subtle.digest，支持 SHA-1/256/384/512，无需任何第三方库：
async function sha256(message) {
// 将字符串编码为 UTF-8 字节
const bytes = new TextEncoder().encode(message);
// 计算哈希，返回 ArrayBuffer
const hashBuffer = await crypto.subtle.digest('SHA-256', bytes);
// 转换为十六进制字符串
const hashArray = Array.from(new Uint8Array(hashBuffer));
return hashArray.map((b) => b.toString(16).padStart(2, '0')).join('');
}
await sha256('hello');
// "2cf24dba5fb0a30e26e83b2ac5b9e29e1b161e5c1fa7425e73043362938b9824"输出格式：HEX vs Base64
哈希结果通常以两种格式输出：
const hashBuffer = await crypto.subtle.digest('SHA-256', bytes);
// HEX 格式：64 个十六进制字符，长度固定 128
const hex = Array.from(new Uint8Array(hashBuffer))
.map((b) => b.toString(16).padStart(2, '0'))
.join('');
// Base64 格式：44 个字符（含填充），更紧凑
const base64 = btoa(
String.fromCharCode(...new Uint8Array(hashBuffer))
);| 格式 | 长度（SHA-256） | 可读性 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| HEX | 64 字符 | 高 | 校验和、文档展示 |
| Base64 | 44 字符 | 低 | API 传输、紧凑存储 |
安全上下文要求
crypto.subtle 仅在安全上下文（HTTPS 或 localhost）中可用。HTTP 站点会得到 undefined。这是浏览器安全策略，无法绕过。
密码存储与加盐
永远不要明文存储用户密码，也不要仅用哈希存储——彩虹表攻击可批量反查常见密码的哈希。
加盐（Salt）
为每个密码生成一个随机盐值，与密码拼接后再哈希：
async function hashPassword(password) {
// 生成 16 字节随机盐
const salt = crypto.getRandomValues(new Uint8Array(16));
const bytes = new TextEncoder().encode(password + String.fromCharCode(...salt));
const hashBuffer = await crypto.subtle.digest('SHA-256', bytes);
return { salt, hash: new Uint8Array(hashBuffer) };
}盐的作用：让相同密码产生不同哈希，使彩虹表失效。
为什么 SHA-256 不够：慢哈希
普通 SHA-256 计算极快，GPU 每秒可尝试数十亿次。密码存储应使用慢哈希函数：
- PBKDF2：基于 HMAC 的迭代哈希，浏览器原生支持
- bcrypt：专门为密码设计的慢哈希
- Argon2：2015 年密码哈希竞赛冠军，抗 GPU/ASIC
// PBKDF2 示例：10 万次迭代
async function hashPasswordPBKDF2(password) {
const salt = crypto.getRandomValues(new Uint8Array(16));
const keyMaterial = await crypto.subtle.importKey(
'raw',
new TextEncoder().encode(password),
'PBKDF2',
false,
['deriveBits']
);
const hash = await crypto.subtle.deriveBits(
{
name: 'PBKDF2',
salt,
iterations: 100000, // 迭代次数，越高越安全但越慢
hash: 'SHA-256',
},
keyMaterial,
256
);
return { salt, hash: new Uint8Array(hash) };
}哈希的实际应用场景
1. 文件完整性校验
下载大文件后比对哈希，确保未损坏或被篡改：
# Linux 校验 ISO 镜像
sha256sum ubuntu-24.04.iso
# 对比官方公布的 SHA-256 值2. Git 提交标识
Git 的 commit ID 就是文件树内容的 SHA-1 哈希（新版 Git 已支持 SHA-256）。
3. 区块链
比特币区块的链接、工作量证明都依赖 SHA-256 哈希。
4. 数字签名
对文档哈希而非原文签名，提升性能（哈希固定长度且小）。
5. 缓存键
用 URL 或参数的哈希作为缓存键，避免长字符串比较。
6. 内容寻址
IPFS、Git 等系统用内容哈希作为唯一标识，实现去重与完整性验证。
常见误区
| 误区 | 纠正 |
|---|---|
| 哈希是加密 | 哈希不可逆，不是加密 |
| MD5 还能用 | 安全场景已弃用，仅限非安全用途 |
| SHA-256 可存密码 | 速度太快，应用 PBKDF2/bcrypt/Argon2 |
| 哈希能去重 | 不同内容可能碰撞（概率极低），关键场景需双重校验 |
| 加盐等于安全 | 盐值需随机且唯一，但仍需慢哈希抵御暴力破解 |
总结
- 哈希是单向、固定长度、抗碰撞的函数，不是加密
- 安全场景使用 SHA-256 及以上，禁用 MD5 和 SHA-1
- 浏览器用
crypto.subtle.digest原生计算，无需第三方库 - 密码存储必须加盐 + 慢哈希（PBKDF2/bcrypt/Argon2）
- 哈希用于完整性校验、内容寻址、数字签名等场景
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