密码学哈希函数
哈希函数介绍
以太坊中，密码学哈希函数无处不在。
实际上，哈希函数在所有的加密货币中都有着广泛的应用，密码学家Bruce Schneier（http://bit.ly/2Q79qZp）曾说过一句大实话：“相比加密算法，单向哈希函数在现代密码学中才是主力军。”
简单地说，哈希函数（http://bit.ly/2CR26gD）是一个可以将任意长度数据映射成固定长度数据的数学函数。
哈希函数的输入称为预映射、消息，或就叫输入数据，哈希函数的输出数据称为哈希。密码学哈希函数（http://bit.ly/2Jrn3jM）是哈希函数中的一个特殊类别，具有特别的属性，可以很好地保护平台（如以太坊）的安全。
加密哈希函数是一种单向的哈希函数，可以将任意长度的数据映射为固定长度的比特序列。这种“单向性”意味着，如果我们只知道哈希函数的输出值，还原出输入数据在计算上是不可能的。要发现可能的输入值，唯一的方式就是暴力搜寻，检查每一个可能的输入是否能得到同样的输出值；给定无限的搜索空间，显然，求得原输入在实践中是不可能的。即便可以找到一些输入能产生同样的哈希值，也不一定就是我们想求的那个初始输入：因为哈希函数是“多对一”的函数。发现具有同样哈希值的两个输入的问题被称为哈希碰撞问题。粗略来说，哈希函数的性质越好，哈希碰撞的情形就越少。对以太坊来说，这基本上是不可能的。
密码哈希函数的主要的五个特性：
- 确定性
同样的输入信息总是会产生相同的输出哈希。
- 可验证性
计算任意输入信息量的哈希运算非常高效（线性的计算性能）。
- 无关联性
对于输入消息的微小改变（哪怕是只改变一个比特）都会对输出结果的哈希造成巨大的变化，而且这样的变化与之前的消息之间没有任何关联性。
- 不可逆性
从哈希反向计算得出输入的原始信息是不现实的，只能通过暴力穷举式的尝试。
- 碰撞保护性
几乎不可能找到能够得到同一个哈希输出的两个不同信息。
这里的碰撞保护性对于防止伪造以太坊中的数字签名尤其重要。
这些属性的结合使得密码学哈希函数在安全领域有着广泛的应用：
- 数据指纹
- 数据一致性（错误侦测）
- 工作量证明
- 身份认证（密码哈希和密钥延伸）
- 伪随机数生成器
- 消息承诺（commit-reveal机制）
- 唯一标识符
随着对以太坊的深入研究，我们会在系统中发现很多上述应用。
以太坊中的密码学哈希函数：Keccak-256
以太坊协议中多处用到了名为Keccak-256的密码学哈希函数。Keccak-256是2007年由NIST在SHA-3密码学哈希函数竞赛中提出的。Keccak胜出并最终在2015年成为FIPS 202标准。
然而，在以太坊的开发过程中，NIST标准并没有完全确定。在标准化过程完成后，NIST调整了Keccak中的一些参数，意在提升它的性能。与此同时，Edward Snowden披露的政府文档中揭示，NIST可能受到美国国家安全部门的影响，有意地弱化了Dual_EC_DRBG随机数生成器标准，在这个随机数生成器中加入了后门。这导致了公众对变更提案的强烈抵制，并极大地延缓了对应的SHA-3标准化进程。因此，以太坊基金会决定实现由发明者提出的最原始的Keccak算法，而不是在以太坊中使用经过NIST修改的SHA-3标准。
你会在以太坊的代码和文档中看到大量“SHA-3”的字样，这些多数都是指原始版本的Keccak-256，而不是经过SHA-3标准化的FIPS-202。这两者在实现层的差别微乎其微，只是填入参数的区别。但是对于给定的输入内容，Keccak-256所产出的哈希肯定与FIPS-202 SHA-3所产出的哈希完全不同。
我在使用哪一个哈希函数？
如果两个哈希都叫“SHA-3”，我们如何辨别所使用的程序库是FIPS-202 SHA-3还是Keccak-256？
最简单的办法是采用测试矢量，用一个给定输入的已知结果来判断。用于测试哈希函数最通用的方法是使用空的输入。如果使用哈希函数计算输入的空字符串的哈希值，应该得到如下结果：
Keccak256("") =
c5d2460186f7233c927e7db2dcc703c0e500b653ca82273b7bfad8045d85a470
SHA3("") =
a7ffc6f8bf1ed76651c14756a061d662f580ff4de43b49fa82d80a4b80f8434a
因此别管这个函数叫什么名字，我们都可以通过这一简单测试来确定它到底是原始的Keccak-256实现，还是NIST最终标准化的FIPS-202 SHA-3实现。记住，尽管在代码中有些地方采用了SHA-3的命名，以太坊使用的是Keccak-256实现。
