Hash Function（雜湊函數） 可以把任意長度的資料，經過一連串運算後，轉換成固定長度的輸出。

任意長度的資料
       ↓
   Hash Function
       ↓
固定長度的 Hash

常見的 Hash 演算法有：

• MD5

• SHA-1

• SHA-256

• SHA-512

不同的演算法會產生不同長度的 Hash：

MD5       → 128 bits
SHA-1     → 160 bits
SHA-256   → 256 bits
SHA-512   → 512 bits

例如 SHA-256 會產生 256 bits，也就是 64 個十六進位字元。

Hello
↓
SHA-256
↓
185f8db32271fe25f561a6fc938b2e264306ec304eda518007d1764826381969

只要輸入資料完全相同，使用相同的 Hash 演算法，就會得到相同的 Hash。

光看例子可能沒什麼感覺，我們可以自己算一次。

先建立一個 test.txt，內容輸入：

Hello

接著開啟 Windows PowerShell，輸入：

Get-FileHash .\test.txt -Algorithm SHA256

你會看到：

先把這組 Hash 記下來。

接著，回去test.txt修改任一個字，像是：

Hello
 ↓
Hallo

然後再執行一次：

Get-FileHash .\test.txt -Algorithm SHA256

你會發現：

Hello → 185F8DB32271FE25F561A6FC938B2E264306EC304EDA518007D1764826381969

Hallo → 753692EC36ADB4C794C973945EB2A99C1649703EA6F76BF259ABB4FB838E013E

明明只改了一個字元，最後的 Hash 卻完全不同。

這是 Hash 很重要的特性之一。

Avalanche Effect

為什麼只改一個字，Hash 卻會產生這麼大的變化？

這是因為 Hash Function 會經過多次的位元運算與資料混合，讓輸入中的微小變化擴散到最後的輸出。

因此：

輸入資料只要發生一點點變化，輸出的 Hash 就可能產生非常大的變化。

這種特性稱為 Avalanche Effect（雪崩效應）。

Hash Collision

如果兩份不同的資料，卻得到相同的 Hash，就稱為 Hash Collision（雜湊碰撞）。

為什麼會有碰撞？

因為輸入資料可以是任意長度，但 Hash 的輸出長度是固定的。

以 SHA-256 為例，不管輸入是一個字、一張照片，還是一個幾 GB 的檔案，最後產生的結果都只有 256 bits。

因此，從數學上來說，不同的輸入一定有可能得到相同的 Hash。

碰撞攻擊

碰撞攻擊（Collision Attack）就是刻意尋找兩份不同的資料，讓它們產生相同的 Hash。

例如：

檔案 A → SHA-1 → ABC123...
檔案 B → SHA-1 → ABC123...

如果攻擊者能夠做到這件事，就可能利用 Hash 的特性進行攻擊。

例如某個系統只檢查檔案的 Hash，就可能把「原本可信的檔案」和「被攻擊者準備的另一份檔案」混淆。

MD5 和 SHA-1 都曾被認為具有足夠的碰撞抵抗能力，但研究人員後來找到能有效利用其弱點的方法，成功產生具有相同 Hash 的不同資料。

因此，MD5 和 SHA-1 現在都不適合用在需要強碰撞抵抗能力的安全用途。

相較之下，SHA-256、SHA-512 目前是更常見的選擇。

Hash ≠ Encryption

Hash 和 Encryption 很容易被搞混。

Hash：

資料
 ↓
Hash

通常是單向的，不能直接從 Hash 還原原始資料。

Encryption：

明文
 ↓
加密 + Key
 ↓
密文
 ↓
解密 + Key
 ↓
明文

小結

Hash 就像資料的指紋。

當資料內容改變時，Hash 也會跟著改變，所以可以用來驗證檔案是否被修改過。