哈希函数的应用

密码学哈希函数（如 SHA-256 和 SHA3-256）可用于许多场景。下面介绍最常见的应用。

文档完整性

验证文件、文档或消息的完整性。例如，SHA256 校验和可以确认某个文件是否为原始文件，即计算校验和后未被修改。

上面的截图展示了 OpenSSL 官方网站如何使用 SHA256 校验和来确保 OpenSSL 文件的完整性。

存储密码

存储和验证密码。开发者通常不会在数据库中保存明文密码，而是保存密码哈希，或由密码派生出的更复杂值，例如通过 Scrypt 派生的值。

上面的示例来自现代 Linux 系统中的 /etc/shadow 文件。图中的密码以经过加盐和多轮计算的 SHA-512 哈希形式存储。

生成唯一 ID

为某个文档或消息生成一个（近似）唯一 ID。密码学哈希函数根据文档内容，几乎可以唯一标识文档。理论上，任何密码学哈希函数都可能发生碰撞，但发生的概率非常低，因此大多数系统（如 Git）都假设其使用的哈希函数不会发生碰撞。

通常先对文档进行哈希，之后使用文档 ID（哈希值）证明文档存在，或从存储系统中检索文档。基于哈希的唯一 ID 示例包括 Git 和 GitHub 中依据提交内容生成的提交哈希（如 3c3be25bc1757ca99aba55d4157596a8ea217698），以及 Bitcoin 地址（如 1BvBMSEYstWetqTFn5Au4m4GFg7xJaNVN2）。

在上面的示例中，SHA-1 唯一 ID 标识 GitHub 中的某次提交。

伪随机数生成

伪随机数生成和密钥派生。哈希值可以充当随机数。生成随机序列的一种简单方法如下：从一个随机种子开始，该种子是从键盘按键或鼠标移动等随机事件中收集的熵；追加 "1" 并计算哈希，得到第一个随机数；然后追加 "2" 并计算哈希，得到第二个随机数；以此类推。稍后会提供一个实现该思路的 Python 示例。

工作量证明算法

工作量证明（PoW）算法。大多数工作量证明算法要求计算出一个大于特定值（称为挖矿难度）的哈希值。由于哈希数值不可预测，矿工会计算数十亿个不同的哈希值，并从中选择最大的一个，以找到目标哈希。例如，工作量证明问题可以定义为：找到一个数 p，使得 hash(x + p) 的开头包含 10 个零位。

密码学哈希是现代编程的一部分

密码学哈希函数应用如此广泛，以至于现代编程语言和平台的标准库通常会将它们实现为内置函数。