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WTF Solidity极简入门: 28. Hash

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我最近在重新学 Solidity，巩固一下细节，也写一个“WTF Solidity极简入门”，供小白们使用（编程大佬可以另找教程），每周更新 1-3 讲。

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所有代码和教程开源在 github: github.com/AmazingAng/WTF-Solidity

哈希函数（hash function）是一个密码学概念，它可以将任意长度的消息转换为一个固定长度的值，这个值也称作哈希（hash）。这一讲，我们简单介绍一下哈希函数及在Solidity的应用。

Hash的性质​

一个好的哈希函数应该具有以下几个特性：

  • 单向性：从输入的消息到它的哈希的正向运算简单且唯一确定，而反过来非常难，只能靠暴力枚举。
  • 灵敏性：输入的消息改变一点对它的哈希改变很大。
  • 高效性：从输入的消息到哈希的运算高效。
  • 均一性：每个哈希值被取到的概率应该基本相等。
  • 抗碰撞性：
    • 弱抗碰撞性：给定一个消息x，找到另一个消息x'，使得hash(x) = hash(x')是困难的。
    • 强抗碰撞性：找到任意x和x'，使得hash(x) = hash(x')是困难的。

Hash的应用​

  • 生成数据唯一标识
  • 加密签名
  • 安全加密

Keccak256​

Keccak256函数是Solidity中最常用的哈希函数，用法非常简单：

哈希 = keccak256(数据);

Keccak256和sha3​

这是一个很有趣的事情：

  1. sha3由keccak标准化而来，在很多场合下Keccak和SHA3是同义词，但在2015年8月SHA3最终完成标准化时，NIST调整了填充算法。所以SHA3就和keccak计算的结果不一样，这点在实际开发中要注意。
  2. 以太坊在开发的时候sha3还在标准化中，所以采用了keccak，所以Ethereum和Solidity智能合约代码中的SHA3是指Keccak256，而不是标准的NIST-SHA3，为了避免混淆，直接在合约代码中写成Keccak256是最清晰的。

生成数据唯一标识​

我们可以利用keccak256来生成一些数据的唯一标识。比如我们有几个不同类型的数据：uint，string，address，我们可以先用abi.encodePacked方法将他们打包编码，然后再用keccak256来生成唯一标识：

function hash(
    uint _num,
    string memory _string,
    address _addr
    ) public pure returns (bytes32) {
    return keccak256(abi.encodePacked(_num, _string, _addr));
}

弱抗碰撞性​

我们用keccak256演示一下之前讲到的弱抗碰撞性，即给定一个消息x，找到另一个消息x'，使得hash(x) = hash(x')是困难的。

我们给定一个消息0xAA，试图去找另一个消息，使得它们的哈希值相等：

// 弱抗碰撞性
function weak(
    string memory string1
    )public view returns (bool){
    return keccak256(abi.encodePacked(string1)) == _msg;
}

大家可以试个10次，看看能不能幸运的碰撞上。

强抗碰撞性​

我们用keccak256演示一下之前讲到的强抗碰撞性，即找到任意不同的x和x'，使得hash(x) = hash(x')是困难的。

我们构造一个函数strong，接收两个不同的string参数string1和string2，然后判断它们的哈希是否相同：

// 强抗碰撞性
function strong(
        string memory string1,
        string memory string2
    )public pure returns (bool){
    return keccak256(abi.encodePacked(string1)) == keccak256(abi.encodePacked(string2));
}

大家可以试个10次，看看能不能幸运的碰撞上。

在remix上验证​

  • 部署合约查看唯一标识的生成结果

    28-1

  • 验证哈希函数的灵敏性，以及强、弱抗碰撞性

    28-2

总结​

这一讲，我们介绍了什么是哈希函数，以及如何使用Solidity最常用的哈希函数keccak256。