Java常用工具算法-5--哈希算法、加密算法、签名算法关系梳理

1、哈希算法

• 数学本质：将任意长度输入（明文）映射为固定长度输出（哈希值，也称摘要）。
• 主要特点：
  • 不可逆性：无法通过哈希值反推原始输入。
  • 雪崩效应：输入的微小变化导致哈希值变化很大。
  • 抗碰撞性：不同输入生成相同哈希值，但相对概率较低。
• 常见算法：
  • SHA256或SHA-3算法，相对碰撞很低，推荐使用。
  • MD5或SHA-1算法，容易产生冲突，不建议使用。

2、加密算法

• 数学本质：明文通过密钥加密为密文，密文通过密钥可逆向解密为明文。
• 主要特点：
  • 对称加密：加密和解密使用相同密钥（如AES）。
  • 非对称加密：加密和解密使用不同密钥（公钥加密，私钥解密，如RSA、ECC）。
  • 可逆性：密钥存在时可恢复原始数据。
  • 保密性：确保数据仅对持有密钥的实体可见。

3、签名算法（哈希算法+加密算法的结合）

• 数学本质：
  • 基于非对称加密。利用私钥加密哈希值生成签名，公钥验证签名。
  • 结合哈希与加密：签名算法本质是哈希+非对称加密的组合。
• 主要特点：
  • 身份验证：签名的私钥唯一对应签名者。
  • 数据完整性：签名验证确保数据未被篡改。
• 常见算法：
  • RSA+SHA256结合或ECDSA+SHA256结合算法等。
    简单理解：实际上签名算是哈希算法和加密算法的结合使用。基础还是哈希算法和签名算法。

4、对比

5、局限性和协作

（1）、局限性

• 哈希的局限性：
  • 无法保证数据来源（只能验证完整性）。
  • 需结合加密或签名实现身份验证。
• 加密的局限性：
  • 无法验证数据完整性（加密数据可能被篡改后重新加密）。
  • 需结合哈希或签名确保数据未被篡改。

（2）、协作关系

[1]、哈希与对称加密的结合（数据安全传输）

• 哈希解决“数据完整性”：（无法逆向）
  • 例如：验证文件是否被篡改时，计算哈希值并对比。
• 加密解决“数据保密性”：
  • 例如：HTTPS中，数据通过AES加密传输，确保第三方无法窃取。
• 联合应用：
  • 加密+哈希：在加密数据前先计算哈希值，加密后同时传输密文和哈希值，接收方解密后重新计算哈希进行验证（确保数据未被篡改）。

[2]、哈希与非对称加密的结合（数据签名）

• 签名 = 哈希 + 非对称加密：
  1. 哈希压缩数据：对明文生成固定长度摘要（如SHA-256）。
  2. 非对称加密签名：用私钥加密哈希值，生成签名。
  3. 公钥验证：接收方用公钥解密签名，对比重新计算的哈希值。
• 典型流程：
  明文 → 哈希 → 私钥加密（签名） → 传输 → 公钥验证签名 → 对比哈希值

6、实际生产中的建议

（1）、仅需完整性验证：

• 选择哈希算法（如SHA-256），例如文件校验、密码存储。

（2）、需保密性：

• 对称加密（AES）用于大数据，非对称加密（RSA）用于密钥交换。

（3）、需身份验证与不可否认性：

• 签名算法（ECDSA、RSA签名）结合哈希，例如数字证书、区块链交易。

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