Python工具箱系列(十六)

前面介绍了对称加密算法，本文将介绍密码学中另一类重要应用：消息摘要(Digest)

什么是消息摘要？简单的定义是：对一份数据，进行一个单向的Hash函数，生成一个固定长度的Hash值，这个值就是这份数据的摘要，也称为指纹。

常见的摘要算法有：

• MD5
• SHA1
• SHA256
• 其它

特点如下：

• 无论输入的消息有多长，计算出来的消息摘要的长度总是固定的。例如应用MD5算法摘要的消息有128个比特位，一般认为，摘要的最终输出越长，该摘要算法就越安全。变长输入，定长输出。
• 一般地，只要输入的消息不同，对其进行摘要以后产生的摘要消息也必不相同；但相同的输入必会产生相同的输出。
• 消息摘要函数是单向函数，即只能进行正向的信息摘要，而无法从摘要中恢复出任何的消息，甚至根本就找不到任何与原信息相关的信息。
• 优秀的摘要算法，没有人能从中找到“碰撞”，即无法找到两条不同的消息，使它们的摘要相同。

在python3中,关于hash加密算法都放在hashlib这个标准库中，如SHA1、SHA224、SHA256、SHA384、SHA512和MD5算法等。md5算法以前单列，而在python3的标准库中，也放在hashlib库中。在不同的平台上hashlib的能力不同，使用以下代码进行检测。

import hashlib
def capacity():
    print(hashlib.algorithms_guaranteed)
    print(hashlib.algorithms_available)    
capacity()

MD5即Message-Digest Algorithm 5（信息-摘要算法5），用于确保信息传输完整一致。是计算机广泛使用的杂凑算法之一（又称摘要算法、哈希算法）。

MD5算法具有以下特点：

• 压缩性：任意长度的数据，算出的MD5值长度都是固定的。
• 容易计算：从原数据计算出MD5值很容易。
• 抗修改性：对原数据进行任何改动，哪怕只修改1个字节，所得到的MD5值都有很大区别。
• 强抗碰撞：已知原数据和其MD5值，想找到一个具有相同MD5值的数据（即伪造数据）是非常困难的。

MD5算法虽然应用广泛，但是它也有重大缺陷。

• 2010年CMU软件工程机构认为MD5摘要算法已经在密码学上被破译并且不适合使用
• 2012年恶意软件利用了MD5的漏洞并伪造了微软的数字签名；

虽然md5存在重大问题，但在普通环境下，md5并非完全不可用，从时间、成本以及要处理对象综合考虑，仍然可以用md5做一些基本的工作。下面演示md5算法库的使用演示。

import hashlib

def md5_demo(inputstr,codingname):
    return hashlib.md5(inputstr.encode(encoding=codingname)).hexdigest()
    
codingnamelist = ['UTF-8','GBK','GB2312','GB18030']
data = ['欢迎关注陕西华路','stay hungry stay foolish']

for item in data:
    print(item)
    for cdn in codingnamelist:
        print(md5_demo(item,cdn))
    print()

这段代码演示了中文与英文字符串，在使用不同编码方式下生成的不同的md5值。对于中文而言，不同的编码会导致不同的输出。

欢迎关注陕西华路 5da5f58a3f902c739c3860b28afed47c de60ee00e3144efbd37c38f1f6579fa8 de60ee00e3144efbd37c38f1f6579fa8 de60ee00e3144efbd37c38f1f6579fa8

可以看出,使用UTF-8编码会与其它编码产生不同的MD5值。而对于英文来说，则没有区别。

stay hungry stay foolish
d0653ce06bdc9fad39d9ac2312eb8b34
d0653ce06bdc9fad39d9ac2312eb8b34
d0653ce06bdc9fad39d9ac2312eb8b34
d0653ce06bdc9fad39d9ac2312eb8b34

md5算法除了对字符串外，对于任何字节流对象都可以使用，尤其对文件的处理更是极为有用，例如：

• 下载文件时进行确认。从互联网下载文件时，为了确保文件下载时没有出现错误，或者被篡改(植入病毒)，可以对下载后的文件进行md5的计算，并且与提供者发布的md5值进行比较，如果相同则可以放心使用。
• 对目录下的不同名称的文件去重。相对于根据文件名称、大小与时间这些非常容易变化的不可靠信息来说，对文件进行md5计算去重是非常准确的。相同的md5可以确定(极小概率不正确)是相同的文件。假设一个图片文件，被多次复制更名成为不同的文件名，经过md5计算完全可以判断为同一个文件。

对文件的md5计算也非常简单，以下代码简单的演示了主要代码片断。

@property
    def md5(self) -> str:
        """
        对文件做MD5操作,并且返回对应的MD5值

        Returns:
            str: md5
        """
        with self._filename.open('rb') as fr:
            return hashlib.md5(fr.read()).hexdigest()

使用默认的方式对所有文件进行相同的md5计算，就不必顾及编码格式了。