無論安全從業人員用計算機做什麼，有一種工具對他們每個人都很有用：加密 哈希（散列）(hash)函數。這聽起來很神秘、很專業，甚至可能有點乏味，但是， 在這裡，關于什麼是哈希函數以及它們為什麼對你很重要，我會作出一個簡潔的解釋。
加密哈希函數，比如 SHA-256 或者 MD5，接受一組二進制資料（通常是位元組）作為輸入，并且對每個可能的輸入集給出一個 希望唯一(hopefully unique)的輸出。對于任意模式的輸入，給定的哈希函數的輸出（“哈希值”）的長度都是一樣的（對于 SHA-256，是 32 位元組或者 256 比特，這從名字中就能看出來）。最重要的是：從輸出的哈希值反推回輸入，這從計算的角度是 不可行的(implausible)（密碼學家讨厭 “ 不可能(impossible)” 這個詞）。這就是為什麼它們有時候被稱作 單向哈希函數(one-way hash function)。
但是哈希函數是用來做什麼的呢？為什麼“唯一”的屬性如此重要？
唯一的輸出
在描述哈希函數的輸出時，“ 希望唯一(hopefully unique)”這個短語是至關重要的，因為哈希函數就是用來呈現完全唯一的輸出。比如，哈希函數可以用于驗證 你 下載下傳的檔案副本的每一個位元組是否和 我 下載下傳的檔案一樣。你下載下傳一個 Linux 的 ISO 檔案或者從 Linux 的倉庫中下載下傳軟體時，你會看到使用這個驗證過程。沒有了唯一性，這個技術就沒用了，至少就通常的目的而言是這樣的。
如果兩個不同的輸入産生了相同的輸出，那麼這樣的哈希過程就稱作“ 碰撞(collision)”。事實上，MD5 算法已經被棄用，因為雖然可能性微乎其微，但它現在可以用市面上的硬體和軟體系統找到碰撞。
另外一個重要的特性是，消息中的一個微小變化，甚至隻是改變一個比特位，都可能會在輸出中産生一個明顯的變化（這就是“ 雪崩效應(avalanche effect)”）。
驗證二進制資料
哈希函數的典型用途是當有人給你一段二進制資料，確定這些資料是你所期望的。無論是文本、可執行檔案、視訊、圖像或者一個完整的資料庫資料，在計算世界中，所有的資料都可以用二進制的形式進行描述，是以至少可以這麼說，哈希是廣泛适用的。直接比較二進制資料是非常緩慢的且計算量巨大，但是哈希函數在設計上非常快。給定兩個大小為幾 M 或者幾 G 的檔案，你可以事先生成它們的哈希值，然後在需要的時候再進行比較。
通常，對哈希值進行簽名比對大型資料集本身進行簽名更容易。這個特性太重要了，以至于密碼學中對哈希值最常見的應用就是生成“數字”簽名。
由于生成資料的哈希值很容易，是以通常不需要有兩套資料。假設你想在你的電腦上運作一個可執行檔案。但是在你運作之前，你需要檢查這個檔案就是你要的檔案，沒有被黑客篡改。你可以友善快捷的對檔案生成哈希值，隻要你有一個這個哈希值的副本，你就可以相當肯定這就是你想要的檔案。
下面是一個簡單的例子：
$ shasum -a256 ~/bin/fop
87227baf4e1e78f6499e4905e8640c1f36720ae5f2bd167de325fd0d4ebc791c /home/bob/bin/fop 複制
如果我知道
fop
這個可執行檔案的 SHA-256 校驗和，這是由供應商（這個例子中是 Apache 基金會）提供的：
87227baf4e1e78f6499e4905e8640c1f36720ae5f2bd167de325fd0d4ebc791c 複制
然後我就可以确信，我驅動器上的這個可執行檔案和 Apache 基金會網站上釋出的檔案是一模一樣的。這就是哈希函數難以發生碰撞（或者至少是 很難通過計算得到碰撞）這個性質的重要之處。如果黑客能将真實檔案用哈希值相同的檔案輕易的進行替換，那麼這個驗證過程就毫無用處。
事實上，這些性質還有更技術性的名稱，我上面所描述的将三個重要的屬性混在了一起。更準确地說，這些技術名稱是：
- 抗原像性(pre-image resistance)：給定一個哈希值，即使知道用了什麼哈希函數，也很難得到用于建立它的消息。
- 抗次原像性(second pre-image resistance) ：給定一個消息，很難找到另一個消息，使得這個消息可以産生相同的哈希值。
- 抗碰撞性(collision resistance)：很難得到任意兩個可以産生相同哈希值的消息。
抗碰撞性 和 抗次原像性 也許聽上去是同樣的性質，但它們具有細微而顯著的不同。抗次原像性 說的是如果 已經 有了一個消息，你也很難得到另一個與之哈希值相比對的消息。抗碰撞性 使你很難找到兩個可以生成相同哈希值的消息，并且要在哈希函數中實作這一性質則更加困難。
讓我回到黑客試圖替換檔案（可以通過哈希值進行校驗）的場景。現在，要在“外面”使用加密雜湊演算法（除了使用那些在現實世界中由獨角獸公司開發的完全無 Bug 且安全的實作之外），還有一些重要且困難的附加條件需要滿足。認真的讀者可能已經想到了其中一些，特别需要指出的是：
- 你必須確定自己所擁有的哈希值副本也沒有被篡改。
- 你必須確定執行雜湊演算法的實體能夠正确執行并報告了結果。
- 你必須確定對比兩個哈希值的實體确實報告了這個對比的正确結果。
確定你能滿足這些條件絕對不是一件容易的事。這就是 可信平台子產品(Trusted Platform Modules)（TPM）成為許多計算系統一部分的原因之一。它們扮演着信任的硬體基礎，可以為驗證重要二進制資料真實性的加密工具提供保證。TPM 對于現實中的系統來說是有用且重要的工具，我也打算将來寫一篇關于 TPM 的文章。