雜湊演算法及其拓展
本篇是iOS逆向開發的遞進篇-關於雜湊演算法、數字簽名及對稱加密等，下面我們著重講解此內容，希望對大家有所幫助！！！
一、雜湊
1.1 基本內容
雜湊表也稱為散列表（Hash table），是根據關鍵碼值（key，value），直接進行訪問的資料結構。通過把關鍵碼對映到表中的一個位置來進行訪問記錄，用來加快查詢速度。對映函式也稱之為雜湊函式，存放記錄陣列稱為散列表。
假設沒有記憶體限制，直接可以將鍵作為陣列的索引，那麼所有的查詢僅僅需要一次即可完成。但是這種理想的情況也不會一直出現，因為牽扯到記憶體問題。從另一個角度來說，如果沒有時間來限制，我們也可以使用無序陣列並進行順序查詢，這樣也會使用較少的記憶體。
使用雜湊查詢演算法分為兩個步驟：
- 使用Hash函式將被要查詢的鍵轉化為陣列中的一個索引。理想情況下，不同的鍵都可以轉為不同的索引值。但這僅僅是理想情況下，在實際的開發運算中，我們還是要處理兩個或者多個鍵值雜湊到同個索引值的情況。
- 要處理碰撞衝突的過程。
目前本人部落格關於講述雜湊思想查詢元素的部落格有：https://www.cnblogs.com/guohai-stronger/p/11506990.html，還會持續更新此類演算法思想有關的題目。
1.2 雜湊函式的兩種解決碰撞的方式
1.2.1 拉鍊法（separate chaining）
拉鍊法簡單說就是連結串列+陣列。將鍵來通過Hash函式對映為大小為M的陣列下標索引，陣列的每個元素指向連結串列，連結串列的每個節點儲存著雜湊出來的索引值為節點下標的鍵對值。
舉一個例子：
給定一組資料為{45，27，55，24，10，53,32，14，23，01，42，20}，假設散列表長度為13，用拉鍊法解決構造的雜湊表。拉鍊法表示如下：
上面就是拉鍊法的圖示，下面我們講解拉鍊法的程式碼實現：
public class SeparateChainingHashST<Key, Value> {
//SequetialSearchST
private int N;//鍵值對總數
private int M;//散列表的大小
private SequentialSearchST<Key, Value>[] st;//存放連結串列物件的陣列
public SeparateChainingHashST() {//預設的建構函式會使用997條連結串列
this(997);
}
public SeparateChainingHashST(int M) {
//建立M條連結串列
this.M = M;
//創造一個(SequentialSearchST<Key, Value>[])型別的,長度為M的陣列
st = (SequentialSearchST<Key, Value>[]) new SequentialSearchST[M];
for(int i = 0; i < M; i++) {
//為每一個數組元素申請一個空間
st[i] = new SequentialSearchST();
}
}
private int hash(Key key) {
return (key.hashCode() & 0x7fffffff) % M;
}
public Value get(Key key) {
return (Value)st[hash(key)].get(key);
}
public void put(Key key, Value val) {
st[hash(key)].put(key, val);
}
public void delete(Key key) {
st[hash(key)].delete(key);
}
public Iterable<Key> keys(){
Queue<Key> queue = new Queue<Key>();
for(int i = 0; i < M; i++) {
System.out.println("第" + i +"個元素的連結串列");
for(Key key : st[i].keys()) {
queue.enqueue(key);
System.out.print(key + " " + get(key) + " ,");
}
System.out.println();
}
return queue;
}
public static void main(String[] args) {
SeparateChainingHashST<String, Integer> st = new SeparateChainingHashST<String, Integer>(5);
for (int i = 0; i < 13; i++) {
String key = StdIn.readString();
st.put(key, i);
}
for (String s : st.keys())
StdOut.println(s + " " + st.get(s));
st.delete("M");
StdOut.println("*************************************");
for (String s : st.keys()) {
StdOut.println(s + " " + st.get(s));
}
}
}上面就是拉鍊表的基本內容，如果想進一步瞭解，可以檢視資料結構相關書籍。
1.2.2 開放定址法
開放定址法包括線性探測法和平方探測法。
開放定址法是由關鍵碼得到的雜湊地址一旦發生了衝突，假如已經存在了元素，就會去尋找下一個空的雜湊地址，只需要雜湊表足夠的大，空的雜湊地址總能找到，並將元素存入進去。
1.3 雜湊的特點
- 演算法是公開的
- 對相同的資料運算，得到的結果是一樣的
- 對不同的資料運算，如用MD5得到的結果預設為128位，32個字元（16進位制）
- 這玩意沒辦法進行逆運算
- 資訊摘要，資訊的指紋，都是用來資料識別的
1.4 雜湊用途加密方式
1.4.1 使用者密碼的加密
1.4.1.1 直接使用MD5加密
//密碼
NSString * pwd = @"123456";
//MD5 直接加密 e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e
//不足：不夠安全了。可以反查詢！
pwd = pwd.md5String;
我們也可以通過終端，通過輸入md5 -s "內容"，如下得到md5，32個字元
1.4.1.2 加鹽
//足夠複雜！ static NSString * salt = @"(*(*(DS*YFHIUYF(*&DSFHUS(*AD&"; pwd = [pwd stringByAppendingString:salt].md5String;
運用加鹽方式弊端： 鹽都是是固定的，把它寫死在程式裡面，一旦洩露就會不安全了！
1.4.1.3 HMAC
/** HMAC
* 使用一個金鑰加密，並且做兩次雜湊！
* 在實際開發中，金鑰（KEY）來自於伺服器（動態的）！
* 一個賬號，對應一個KEY，而且還可以跟新！
*/
pwd = [pwd hmacMD5StringWithKey:@"hank"];
在我們日常開發中，如果一個是有非常好的後臺開發素質，會在登入註冊介面返回來一個時間戳，對於這個時間戳可以很好地運用到HMAC中
通過上面：
假如將時間戳運用到裡面中，和HMAC雜湊值拼接此時的時間戳（直到分，不到秒）發給伺服器，然後伺服器根據客戶端發來的字元，進行解析；如果此時這個過程到了下一分鐘（201812032050 58s發，伺服器收到已經201812032051 20s ），伺服器會做一個分鐘-1進行驗證
1.4.2 搜尋引擎
我們在搜尋幾個詞語時，假如在資料庫檢索“國孩”，“真的”，“很帥”，對於我們搜尋其中的任何一個詞，都可以通過雜湊檢索出來，雜湊內部是怎麼做到的呢？
下面是三個詞在md5下的32位字元值：
雜湊通過將“國孩”，“真的”，“很帥”的雜湊值進行想加，得到了也是一個32位字串
1.4.3 版權
對於很多原始檔上傳至某個平臺上時，該平臺會給原始檔設定唯一一個雜湊值，如果有盜版上傳至該平臺，會被拒絕
二、數字簽名
數字簽名是對原始資料的HASH值，用非對稱RSA加密
明文資料和HASH值如果通過直接傳遞就會有篡改的風險，因此我們要對資料加密。但是明文資料是比較大的，不太適合運用RSA非對稱加密，那麼資料的HASH值是比較小，這個資料如果用來校驗，這樣就完全可以使用RSA進行加密。當我們在資料傳遞的時候，可以通過將明文資料+RSA加密的校驗資料一起傳送給對方，RSA加密的校驗資料，稱之為簽名。
下面我們來講述一下數字簽名驗證的過程：當對方拿到資料之後，如何驗證呢？
- 首先傳遞資料時會將原始的資料和數字簽名共同傳送
- 對方拿到資料之後，先進行校驗，拿到了原始資料，經過同樣的HASH演算法得到資料的HASH值
- 緊接著通過非對稱加密，將數字簽名中的校驗HASH解密出來
- 對比兩個HASH值是否是一致的，這樣就可以很好地判斷資料是否被人篡改啦
上面是過程，下面有一份圖解：
三、對稱加密
對稱加密就是明文通過金鑰得到密文，然後密文通過金鑰解密得到明文。
常見演算法：
- DES：資料加密的標準（用的比較少）
- 3DES：（資料三次DES加密，強度增強了）
- AES：（高階密碼標準）--鑰匙串訪問用到了
應用模式如下圖解：
總結，上面就是關於雜湊的基本內容和拓展，希望對大家對關於理解雜湊有更深的感觸！！！下一篇我們將繼續講述iOS逆向開發的另一篇----應用簽名和重簽名。