问题

为什么不能计算两次哈希,以及在什么情况下不能计算两次哈希?

回答
这事儿啊,得从哈希函数本身的原理说起。咱先不说“两次”,就说说为啥哈希一次就挺好用了。

哈希,简单来说,就是把一大堆数据,不管它是多大,给它变成一个固定长度的小“指纹”。这个指纹有个特性,就是从数据变一点点,指纹就变得面目全非。这玩意儿好在哪儿呢?最直接的,就是用来验证数据有没有被篡改。你给我一个文件,我给你一个哈希值,等你下次拿到这个文件,再自己算一遍哈希,看看跟我的对不对。对上了,说明文件没变;对不上,那铁定是有人捣鼓过。

那么,为啥要“两次哈希”呢?你可能会想,是不是一次不够牢靠?其实,在绝大多数情况下,一个设计良好的哈希函数(比如 SHA256)就已经足够安全了,它的抗碰撞能力、抗伪造能力都经过了严格的数学证明和实践检验。想要找到两个不同的输入能算出同一个哈希值,难如登天,比大海捞针还难。

所以,说“不能计算两次哈希”,其实更准确的说法是:在很多应用场景下,计算两次哈希是多此一举,不仅没有增加安全性,反而可能带来一些不必要的麻烦。

为啥多此一举呢?

安全性溢出: 好的哈希函数已经提供了我们通常需要的安全级别。你再多算一次,并不能让“大海捞针”变成“大海捞金”。加密学里讲究的是“恰到好处”,够用就行。非要叠床架屋,往往会适得其反,因为你得找到一个新的安全风险,才能证明两次哈希的必要性。
效率损失: 哈希计算虽然比完全加密快,但毕竟也是一种计算。多计算一次,意味着需要更多的时间和计算资源。在需要快速响应的场景,比如身份验证、数据完整性检查,每一次额外的计算都会影响用户体验和系统吞吐量。
复杂性增加: 引入多层哈希会增加系统的复杂性,无论是实现、理解还是维护。这就像你本来只需要一把钥匙就能开门,非要搞成先用指纹,再用密码,最后再扫码,结果就是更容易出错,也更容易让人摸不着头脑。

那么,有没有“不能计算两次哈希”的极端情况呢?

其实,“不能”这个词用得有点绝对,更贴切的说法是“没有必要”或者“这样做没有意义,甚至会降低安全性”。

想象一下这样的场景:

1. 基础数据完整性校验: 你有一个非常重要的文件,下载下来后,有人给了你一个 SHA256 的哈希值。你计算一次 SHA256,发现跟给的值一致。这已经说明文件完好无损。如果你非要再算一遍,用 MD5 (虽然 MD5 已经不安全了,但为了举例)算一下,然后期望 MD5 的结果也跟你算的一样,那是不可能的。两个不同的哈希函数,即使对同一个数据,也会算出不同的结果。所以,两次不同哈希函数的计算,并不能提供“叠加”的完整性保证。

2. 基于哈希的密钥派生(KDF): 在一些密码学应用中,我们会从一个用户输入的密码(比如“123456”)派生出一个加密密钥。这个过程会使用哈希函数(比如 PBKDF2),并且通常会进行很多次迭代(例如,将密码与一个“盐”混合,哈希,再将结果与盐混合,再哈希……重复几千次)。你可能会觉得这是“两次哈希”的一种,但这里的“两次”或“多次”是设计好的迭代过程,是为了增加暴力破解的难度,让攻击者付出更多的时间。这和简单地“先哈希一次,再把那个结果拿去哈希一次”是完全不同的概念。后者的目的是什么?要加强安全性?不可能。要让指纹更独特?哈希函数本身已经做得足够独特了。

3. 哈希函数的选择问题: 假设你对一个数据计算了 SHA256,得到了一个值A。如果你再用 SHA256 去计算这个值A本身(也就是 `SHA256(SHA256(original_data))`),这和直接计算 `SHA256(original_data)` 的安全性有什么区别?几乎没有。反倒可能因为SHA256算法的某些特性,或者输入的A本身就不是典型的“原始数据”格式,而导致了一些奇怪的结果,甚至破坏了某些预期中的安全属性。

所以,真正“不能”计算两次哈希,或者说这样做完全没有意义,是因为:

哈希函数是单向的: 你不能从哈希值反推出原始数据。计算哈希值是为了生成一个摘要,而不是加密。
哈希函数本身已经足够“随机”: 一个好的哈希函数,即使输入数据只变了一个比特,输出的哈希值也会发生巨大的变化,看起来完全随机。这种“混乱”的特性,是为了防止攻击者通过观察哈希值的细微变化来推断输入数据。
“叠加”安全性的误解: 两个独立的哈希函数,或者一个哈希函数被设计成迭代多次(这是 KDF 的范畴),是为了满足不同的安全目标。简单地对一个哈希结果再进行一次哈希,并不能在这些安全目标上叠加任何好处。

简单来说,哈希一次,就已经完成了它“生成独特指纹”的任务。你再拿这个“指纹”去算一次,就像你已经取了指纹,但你又想用同一个指纹去按另一个地方,期望能解锁新的东西,但实际上,那个地方需要的还是指纹,你已经给了。而且,指纹本身就是非常精密的,你再怎么“加工”它,并不会让它变得“更精细”到足以解锁一个需要不同锁芯的锁。

在加密学和数据安全领域,我们总是追求效率和最小化复杂度。如果一个步骤不能带来可量化的收益(比如安全性提升),并且会增加成本(时间、资源、复杂度),那么这个步骤通常是被摒弃的。计算两次哈希,在大多数情况下,就属于这类“多余”的操作。

网友意见

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这里有两个问题,第一个是两次哈希事实上是另一种哈希算法,当然加盐也是另一种哈希算法,但是加盐的算法有很多种,别人不一定有彩虹表,但是两次哈希的只有一种,很可能别人手上就有。

另一个问题就是两次哈希导致值域变小,因为哈希函数的值域大小总是会小于等于定义域,所以多次哈希后,就有可能造成值域缩小。当然,用于密码哈希的时候,这个问题并不那么重要(相较于彩虹表攻击)。

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