hashlib哈希算法和消息摘要(1)Python加密处理(必读进阶Python教程)(参考资料)

简单散列

要计算某些数据的哈希值，首先应该通过调用相应的构造函数（blake2b()或 blake2s()）来构造哈希对象，然后通过调用update()对象来更新数据，最后通过调用从对象中获取摘要 digest()（或者hexdigest()用于十六进制编码的字符串）。

>>> from hashlib import blake2b
>>> h = blake2b()
>>> h.update(b'Hello world')
>>> h.hexdigest()
'6ff843ba685842aa82031d3f53c48b66326df7639a63d128974c5c14f31a0f33343a8c65551134ed1ae0f2b0dd2bb495dc81039e3eeb0aa1bb0388bbeac29183'

作为一种快捷方式，您可以传递第一个数据块作为位置参数直接更新到构造函数：

>>> from hashlib import blake2b
>>> blake2b(b'Hello world').hexdigest()
'6ff843ba685842aa82031d3f53c48b66326df7639a63d128974c5c14f31a0f33343a8c65551134ed1ae0f2b0dd2bb495dc81039e3eeb0aa1bb0388bbeac29183'

您可以hash.update()根据需要多次调用迭代更新哈希：

>>> from hashlib import blake2b
>>> items = [b'Hello', b' ', b'world']
>>> h = blake2b()
>>> for item in items:
...     h.update(item)
>>> h.hexdigest()
'6ff843ba685842aa82031d3f53c48b66326df7639a63d128974c5c14f31a0f33343a8c65551134ed1ae0f2b0dd2bb495dc81039e3eeb0aa1bb0388bbeac29183'

使用不同的摘要大小

BLAKE2具有可配置的摘要大小，BLAKE2b最多64个字节，BLAKE2最多32个字节。例如，要在不改变输出大小的情况下用BLAKE2b替换SHA-1，我们可以告诉BLAKE2b产生20字节的摘要：

>>> from hashlib import blake2b
>>> h = blake2b(digest_size=20)
>>> h.update(b'Replacing SHA1 with the more secure function')
>>> h.hexdigest()
'd24f26cf8de66472d58d4e1b1774b4c9158b1f4c'
>>> h.digest_size
20
>>> len(h.digest())
20

具有不同摘要大小的哈希对象具有完全不同的输出（较短的哈希不是较长哈希的前缀）; 即使输出长度相同，BLAKE2b和BLAKE2也会产生不同的输出：

>>> from hashlib import blake2b, blake2s
>>> blake2b(digest_size=10).hexdigest()
'6fa1d8fcfd719046d762'
>>> blake2b(digest_size=11).hexdigest()
'eb6ec15daf9546254f0809'
>>> blake2s(digest_size=10).hexdigest()
'1bf21a98c78a1c376ae9'
>>> blake2s(digest_size=11).hexdigest()
'567004bf96e4a25773ebf4'

键控散列

密钥哈希可用于身份验证，作为基于哈希的消息身份验证代码（HMAC）的更快，更简单的替代。由于从BLAKE继承的无差异属性，BLAKE2可以安全地用于前缀MAC模式。

此示例显示如何使用密钥获取消息的（十六进制编码的）128位身份验证代码：b'message data'b'pseudorandomkey'

>>>
>>> from hashlib import blake2b
>>> h = blake2b(key=b'pseudorandom key', digest_size=16)
>>> h.update(b'message data')
>>> h.hexdigest()
'3d363ff7401e02026f4a4687d4863ced'

作为一个实际示例，Web应用程序可以对称地签署发送给用户的cookie，然后验证它们以确保它们没有被篡改：

>>>
>>> from hashlib import blake2b
>>> from hmac import compare_digest
>>>
>>> SECRET_KEY = b'pseudorandomly generated server secret key'
>>> AUTH_SIZE = 16
>>>
>>> def sign(cookie):
...     h = blake2b(digest_size=AUTH_SIZE, key=SECRET_KEY)
...     h.update(cookie)
...     return h.hexdigest().encode('utf-8')
>>>
>>> def verify(cookie, sig):
...     good_sig = sign(cookie)
...     return compare_digest(good_sig, sig)
>>>
>>> cookie = b'user-alice'
>>> sig = sign(cookie)
>>> print("{0},{1}".format(cookie.decode('utf-8'), sig))
user-alice,b'43b3c982cf697e0c5ab22172d1ca7421'
>>> verify(cookie, sig)
True
>>> verify(b'user-bob', sig)
False
>>> verify(cookie, b'0102030405060708090a0b0c0d0e0f00')
False

即使有本机键控散列模式，BLAKE2当然也可以用于hmac模块的HMAC构建：

>>>
>>> import hmac, hashlib
>>> m = hmac.new(b'secret key', digestmod=hashlib.blake2s)
>>> m.update(b'message')
>>> m.hexdigest()
'e3c8102868d28b5ff85fc35dda07329970d1a01e273c37481326fe0c861c8142'

随机散列

通过设置salt参数，用户可以将随机化引入哈希函数。随机散列对于防止对数字签名中使用的散列函数的冲突攻击很有用。

随机散列是针对一方（消息编写者）生成要由第二方（消息签名者）签名的全部或部分消息的情况而设计的。如果消息准备者能够找到加密散列函数冲突（即，两个消息产生相同的散列值），那么他们可能会准备有意义的消息版本，这些消息将产生相同的散列值和数字签名，但结果不同（例如，将1,000,000美元转入一个帐户，而不是10美元。密码散列函数已经设计为具有抗冲突性作为主要目标，但是当前对攻击加密散列函数的集中可能导致给定的加密散列函数提供比预期更少的碰撞阻力。随机散列通过降低编制者可以生成两个或多个消息的可能性来为签名者提供额外的保护，这些消息最终在数字签名生成过程中产生相同的散列值 – 即使找到散列函数的冲突是可行的。然而，当签名者准备好消息的所有部分时，使用随机散列可以减少数字签名所提供的安全性。

（NIST SP-800-106“用于数字签名的随机哈希”）

在BLAKE2中，salt在初始化期间作为哈希函数的一次性输入处理，而不是作为每个压缩函数的输入。

>>> import os
>>> from hashlib import blake2b
>>> msg = b'some message'
>>> # Calculate the first hash with a random salt.
>>> salt1 = os.urandom(blake2b.SALT_SIZE)
>>> h1 = blake2b(salt=salt1)
>>> h1.update(msg)
>>> # Calculate the second hash with a different random salt.
>>> salt2 = os.urandom(blake2b.SALT_SIZE)
>>> h2 = blake2b(salt=salt2)
>>> h2.update(msg)
>>> # The digests are different.
>>> h1.digest() != h2.digest()
True

个性化

有时，为了不同的目的，强制散列函数为相同的输入生成不同的摘要是有用的。引用Skein哈希函数的作者：

我们建议所有应用程序设计者认真考虑这样做; 我们已经看到许多协议，其中在协议的一部分中计算的散列可以在完全不同的部分中使用，因为对类似或相关数据进行了两次散列计算，并且攻击者可以强制应用程序使哈希输入成为相同。个性化协议中使用的每个哈希函数会立即停止此类攻击。

（Skein Hash函数族，第21页）

BLAKE2可以通过将字节传递给person参数来个性化：

>>>
>>> from hashlib import blake2b
>>> FILES_HASH_PERSON = b'MyApp Files Hash'
>>> BLOCK_HASH_PERSON = b'MyApp Block Hash'
>>> h = blake2b(digest_size=32, person=FILES_HASH_PERSON)
>>> h.update(b'the same content')
>>> h.hexdigest()
'20d9cd024d4fb086aae819a1432dd2466de12947831b75c5a30cf2676095d3b4'
>>> h = blake2b(digest_size=32, person=BLOCK_HASH_PERSON)
>>> h.update(b'the same content')
>>> h.hexdigest()
'cf68fb5761b9c44e7878bfb2c4c9aea52264a80b75005e65619778de59f383a3'

个性化与键控模式一起也可用于从单个键导出不同的键。

>>> from hashlib import blake2s
>>> from base64 import b64decode, b64encode
>>> orig_key = b64decode(b'Rm5EPJai72qcK3RGBpW3vPNfZy5OZothY+kHY6h21KM=')
>>> enc_key = blake2s(key=orig_key, person=b'kEncrypt').digest()
>>> mac_key = blake2s(key=orig_key, person=b'kMAC').digest()
>>> print(b64encode(enc_key).decode('utf-8'))
rbPb15S/Z9t+agffno5wuhB77VbRi6F9Iv2qIxU7WHw=
>>> print(b64encode(mac_key).decode('utf-8'))
G9GtHFE1YluXY1zWPlYk1e/nWfu0WSEb0KRcjhDeP/o=

树模式

以下是使用两个叶节点散列最小树的示例：

  10
 /  \
00  01

此示例使用64字节内部摘要，并返回32字节的最终摘要：

>>>
>>> from hashlib import blake2b
>>>
>>> FANOUT = 2
>>> DEPTH = 2
>>> LEAF_SIZE = 4096
>>> INNER_SIZE = 64
>>>
>>> buf = bytearray(6000)
>>>
>>> # Left leaf
... h00 = blake2b(buf[0:LEAF_SIZE], fanout=FANOUT, depth=DEPTH,
...               leaf_size=LEAF_SIZE, inner_size=INNER_SIZE,
...               node_offset=0, node_depth=0, last_node=False)
>>> # Right leaf
... h01 = blake2b(buf[LEAF_SIZE:], fanout=FANOUT, depth=DEPTH,
...               leaf_size=LEAF_SIZE, inner_size=INNER_SIZE,
...               node_offset=1, node_depth=0, last_node=True)
>>> # Root node
... h10 = blake2b(digest_size=32, fanout=FANOUT, depth=DEPTH,
...               leaf_size=LEAF_SIZE, inner_size=INNER_SIZE,
...               node_offset=0, node_depth=1, last_node=True)
>>> h10.update(h00.digest())
>>> h10.update(h01.digest())
>>> h10.hexdigest()
'3ad2a9b37c6070e374c7a8c508fe20ca86b6ed54e286e93a0318e95e881db5aa'