【原】PHP的Hash信息摘要擴(kuò)展框架

硬核項(xiàng)目經(jīng)理 2021-05-31

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PHP的Hash信息摘要擴(kuò)展框架

今天我們主要學(xué)習(xí)的是 PHP 中一些 Hash 散列加密相關(guān)的擴(kuò)展函數(shù)的使用，而不是 Hash 算法，這種加密其實(shí)也只是一種更復(fù)雜一些的密鑰算法，與 Hash 算法類似的是，我們輸入的一串字符串，就像一個(gè) Hash 表一樣有其對(duì)應(yīng)的 Hash 散列值，本質(zhì)上和普通的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的 Hash 鍵值映射是一個(gè)道理，只是其算法更復(fù)雜一些。其實(shí)只要做過(guò)一段時(shí)間的 PHP 開(kāi)發(fā)，一定會(huì)對(duì)兩個(gè)函數(shù)很熟悉，它們就是 md5() 和 sha1() 。這兩個(gè)函數(shù)就是分別生成 md5 和 sha1 算法的 Hash 加密。不過(guò)，今天我們學(xué)習(xí)的相比這兩個(gè)函數(shù)更加的復(fù)雜一些，算法形式也更豐富一些。

什么是 Hash 信息摘要算法

通常，我們將一段內(nèi)容輸入一個(gè) Hash 函數(shù)后，返回的一串散列字符串就是這個(gè)輸入值的 Hash 信息摘要。在 PHP 中，不管是 md5 還是 sha1 ，同樣的輸入會(huì)產(chǎn)生同樣的結(jié)果。由此，如果在保存用戶密碼類的信息時(shí)，我們盡量不要只使用一層 Hash ，因?yàn)檫@種形式的加密是可以通過(guò)彩虹表暴力破解出來(lái)的。我們可以對(duì)密碼進(jìn)行多層 Hash 并加鹽來(lái)實(shí)現(xiàn)散列值的復(fù)雜化。

當(dāng)然，Hash 算法并不止我們常用的 md5 和 sha1 ，還有很多其它類型的算法，只是我們并不常用。但是，今天介紹的函數(shù)正是可以進(jìn)行多種不同類型的 Hash 加密的一組函數(shù)，它們已經(jīng)在 PHP 中集成到了默認(rèn)環(huán)境中，我們并不需要單獨(dú)的擴(kuò)展就可以使用，這樣，就為我們的加密數(shù)據(jù)多樣化帶來(lái)了更多的方便。

PHP 支持的 Hash 算法

print_r(hash_algos());
// Array
// (
//     [0] => md2
//     [1] => md4
//     [2] => md5
//     [3] => sha1
//     [4] => sha224
//     [5] => sha256
//     [6] => sha384
//     [7] => sha512/224
//     [8] => sha512/256
//     [9] => sha512
//     [10] => sha3-224
//     [11] => sha3-256
//     [12] => sha3-384
//     [13] => sha3-512
//     [14] => ripemd128
//     [15] => ripemd160
//     [16] => ripemd256
//     [17] => ripemd320
//     [18] => whirlpool
//     [19] => tiger128,3
//     [20] => tiger160,3
//     [21] => tiger192,3
//     [22] => tiger128,4
//     [23] => tiger160,4
//     [24] => tiger192,4
//     [25] => snefru
//     [26] => snefru256
//     [27] => gost
//     [28] => gost-crypto
//     [29] => adler32
//     [30] => crc32
//     [31] => crc32b
//     [32] => fnv132
//     [33] => fnv1a32
//     [34] => fnv164
//     [35] => fnv1a64
//     [36] => joaat
//     [37] => haval128,3
//     [38] => haval160,3
//     [39] => haval192,3
//     [40] => haval224,3
//     [41] => haval256,3
//     [42] => haval128,4
//     [43] => haval160,4
//     [44] => haval192,4
//     [45] => haval224,4
//     [46] => haval256,4
//     [47] => haval128,5
//     [48] => haval160,5
//     [49] => haval192,5
//     [50] => haval224,5
//     [51] => haval256,5
// )

$data = "我們來(lái)測(cè)試一下Hash算法！"; 

foreach (hash_algos() as $v) { 
    $r = hash($v, $data); 
    echo $v, ':', strlen($r), '::', $r, PHP_EOL; 
}
// md2:32::3d63d5f6ce9f03379fb3ae5e1436bf08
// md4:32::e9dc8afa241bae1bccb7c58d4de8b14d
// md5:32::2801b208ec396a2fc80225466e17acac
// sha1:40::0f029efe9f1115e401b781de77bf1d469ecee6a9
// sha224:56::3faf937348ec54936be13b63feee846d741f8391be0a62b4d5bbb2c8
// sha256:64::8f0bbe9288f6dfd2c6d526a08b1fed61352c894ce0337c4e432d97570ae521e3
// sha384:96::3d7d51e05076b20f07dad295b161854d769808b54b784909901784f2e76db212612ebe6fe56c6d014b20bd97e5434658
// ……

foreach (hash_hmac_algos() as $v) { 
    $r = hash_hmac($v, $data, 'secret'); 
    echo $v, ':', strlen($r), '::', $r, PHP_EOL; 
}
// md2:32::70933e963edd0dcd4666ab9253a55a12
// md4:32::d2eda43ee4fab5afc067fd63ae6390f1
// md5:32::68bf5963e1426a1feff8149da0d0b88d
// sha1:40::504bc44704b48ac75435cdccf81e0f056bac98ba
// sha224:56::8beaf35baedc2cd5725c760ec77d119e3373f14953c74818f1243f69
// sha256:64::23f2e6685fe368dd3ebe36e1d3d672ce8306500366ba0e8a19467c94e13ddace
// sha384:96::740ce7488856737ed57d7b0d1224d053905661ffca083c02c6a9a9230499a4a3d96ff0a951b8d03dbafeeeb5c84a65a6
// ……

通過(guò) hash_algos() 和 hash_hmac_algos() 函數(shù)，我們就可以獲取到當(dāng)前 PHP 環(huán)境中所支持的所有 Hash 算法，我們可以見(jiàn)到熟悉的 md5 和 sha1 ，也能見(jiàn)到 md2 、 sha224 、 ripemd320 、fnv1a64 等這些很少見(jiàn)到的算法。然后我們通過(guò)遍歷這兩個(gè)函數(shù)返回的內(nèi)容，并使用 hash() 和 hash_hmac() 函數(shù)來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行 Hash 加密并查看它們的內(nèi)容就可以發(fā)現(xiàn)每種算法都能夠成功返回不同的加密信息摘要，而且有不同的位數(shù)。

hmac 相關(guān)的函數(shù)是 PHP 的 Hash 算法中的另一種形式，它是一個(gè)需要密鑰的算法，也就是 hash_hmac() 的第三個(gè)參數(shù)。只有輸入內(nèi)容相同并且密鑰也相同的內(nèi)容返回的結(jié)果才會(huì)是一樣的。也就是說(shuō)，這個(gè)函數(shù)可以用于對(duì)稱加密的信息傳遞驗(yàn)證 token 來(lái)使用。比如兩個(gè)系統(tǒng)之間的接口互通如果需要一個(gè)固定 token 的，就可以使用這個(gè)函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

與 md5() 、 sha1() 的比較

這個(gè) hash() 函數(shù)如此強(qiáng)大，那么它生成的內(nèi)容和 md5 是一樣的嗎？

// 與 md5 sha1 函數(shù)對(duì)比

echo hash('md5', '我們來(lái)測(cè)試一下Hash算法！'), PHP_EOL;
echo md5('我們來(lái)測(cè)試一下Hash算法！'), PHP_EOL;
// 2801b208ec396a2fc80225466e17acac
// 2801b208ec396a2fc80225466e17acac

echo hash('sha1', '我們來(lái)測(cè)試一下Hash算法！'), PHP_EOL;
echo sha1('我們來(lái)測(cè)試一下Hash算法！'), PHP_EOL;
// 0f029efe9f1115e401b781de77bf1d469ecee6a9
// 0f029efe9f1115e401b781de77bf1d469ecee6a9

echo hash('fnv164', '我們來(lái)測(cè)試一下Hash算法！'), PHP_EOL;
// b25bd7371f08cea4

這個(gè)當(dāng)然是不用懷疑的，甚至我感覺(jué) md5() 和 sha1() 這兩個(gè)函數(shù)本身就是 hash() 函數(shù)的一個(gè)語(yǔ)法糖。因?yàn)檫@兩種算法實(shí)在是太常用了，所以 PHP 就直接為我們封裝好了兩個(gè)現(xiàn)在的函數(shù)，而且它們就一個(gè)參數(shù)就行了，非常的簡(jiǎn)單方便。

文件 HASH

在很多下載站，都會(huì)提供下載文件的 Hash 值讓我們進(jìn)行校驗(yàn)對(duì)比來(lái)確定下載的文件是否完整相同。這種就是文件 Hash 的應(yīng)用。其實(shí)說(shuō)白了也是提取文件內(nèi)容進(jìn)行 Hash 散列之后獲得的關(guān)于這個(gè)文件的信息摘要而已。這一套功能當(dāng)然在我們的 PHP 中也是完美支持的。

/ 文件 HASH

echo hash_file('md5', './create-phar.php'), PHP_EOL;
echo md5_file('./create-phar.php'), PHP_EOL;
// ba7833e3f6375c1101fb4f1d130cf3d3
// ba7833e3f6375c1101fb4f1d130cf3d3

echo hash_hmac_file('md5', './create-phar.php', 'secret'), PHP_EOL;
// 05d1f8eb7683e190340c04fc43eba9db

hkdf 與 pbkdf2 的 HASH 算法

接下來(lái)介紹的這兩種算法又是特殊的兩種 Hash 算法。和 hmac 類似，但比 hmac 又更復(fù)雜一些。

// hkdf pbkdf2 算法

//              算法       明文密碼（原始二進(jìn)制）     輸出長(zhǎng)度  應(yīng)用程序/特定于上下文的信息字符串    salt值
$hkdf1 = hash_hkdf('sha256', '123456', 32, 'aes-256-encryption', random_bytes(2));
$hkdf2 = hash_hkdf('sha256', '123456', 32, 'sha-256-authentication', random_bytes(2));
var_dump($hkdf1);
var_dump($hkdf2);
// string(32) "?`q??X?l?
//                      f?ye????}Ozb+?"
// string(32) "%???]?+??\JdG??HL??GK??
//                                   -"

//              算法       明文密碼     salt值        迭代次數(shù)  數(shù)據(jù)長(zhǎng)度
echo hash_pbkdf2("sha256", '123456', random_bytes(2), 1000, 20), PHP_EOL;
// e27156f9a6e2c55f3b72

hmac 只需要一個(gè)密鑰就可以了，hash_hkdf() 則是增加了返回長(zhǎng)度、應(yīng)用程序/特定于上下文的信息字符串、以及鹽值三個(gè)參數(shù)，而且加密后的內(nèi)容是二進(jìn)制的加密內(nèi)容，是不是感覺(jué)很高大上！而 hash_pbkdf2() 則是增加了鹽值、迭代次數(shù)和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度三個(gè)參數(shù)，也是一個(gè)能用于密碼加密的好幫手。但是相對(duì)來(lái)說(shuō)，它們的使用要更復(fù)雜一些，如果是對(duì)安全性要求非常高的密碼就可以使用這兩種函數(shù)。

hash_equals() 函數(shù)進(jìn)行 Hash 對(duì)比

PHP 中還為我們提供了一個(gè)對(duì)比 Hash 值是否相等的函數(shù)。有的小伙伴要問(wèn)了，既然返回的是字符串形式的摘要信息，直接 === 不就可以了嘛，為啥還要一個(gè)專門的函數(shù)來(lái)比較呢？別急，我們先看下代碼。

// hash_equals 比較函數(shù)

$v1 = hash('md5', '測(cè)試對(duì)比');
$v2 = hash('md5', '測(cè)試對(duì)比');
$v3 = hash('md5', '測(cè)試對(duì)比1');

// 比較兩個(gè)字符串，無(wú)論它們是否相等，本函數(shù)的時(shí)間消耗是恒定的
// 本函數(shù)可以用在需要防止時(shí)序攻擊的字符串比較場(chǎng)景中， 例如，可以用在比較 crypt() 密碼哈希值的場(chǎng)景
var_dump(hash_equals($v1, $v2));
var_dump(hash_equals($v1, $v3));
// bool(true)
// bool(false)

我在注釋中已經(jīng)寫得很清楚了，hash_equals() 函數(shù)主要是可以防止時(shí)序攻擊。一般來(lái)說(shuō)，這個(gè)時(shí)序攻擊就是根據(jù)你的系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)判斷你的系統(tǒng)中使用了什么函數(shù)或者功能，這都是非常厲害的黑客高手玩的東西。比如說(shuō)，我們比較用戶密碼的時(shí)候，假設(shè)是一位一位的進(jìn)行比較，那么如果第一個(gè)字符錯(cuò)了信息很快就會(huì)返回，而如果比較到最后一個(gè)才錯(cuò)的時(shí)候，程序運(yùn)行時(shí)間就會(huì)長(zhǎng)很多，黑客就可以根據(jù)這個(gè)時(shí)長(zhǎng)來(lái)判斷當(dāng)前暴力破解的內(nèi)容是否一步步達(dá)到目標(biāo)，也讓破解難度逐步下降。(普通的字符串比較 === 就是基于位移的)。而 hash_equals() 則是不管怎么比較，相同的 Hash 算法長(zhǎng)度的內(nèi)容返回的時(shí)間都是相同的。OpenSSL 、 OpenSSH 等軟件都曾出現(xiàn)過(guò)這種類似的時(shí)序攻擊漏洞！

當(dāng)然，這個(gè)我們只做了解即可，同樣也是對(duì)于安全性有特殊要求的一些項(xiàng)目，就可以使用這個(gè)函數(shù)來(lái)避免出現(xiàn)這種時(shí)序攻擊的漏洞提高系統(tǒng)安全性。

增量 Hash 操作

最后我們要學(xué)習(xí)的是一套增量 Hash 的操作函數(shù)。其實(shí)對(duì)于字符串來(lái)說(shuō)，大部分情況下我們直接將字符串拼接好再 Hash 就可以了，并不太需要增量 Hash 的能力。但是如果是對(duì)于多個(gè)文件或者讀寫流來(lái)說(shuō)，想要獲得多文件的 Hash 值，就可以使用這一套增量 Hash 函數(shù)來(lái)進(jìn)行操作了。

// 增量 HASH

$fp = tmpfile();
fwrite($fp, '初始化一個(gè)流文件');
rewind($fp);

$h1 = hash_init('md5'); // 開(kāi)始增量 Hash
hash_update($h1, '測(cè)試增量'); // 普通字符串
hash_update_file($h1, './create-phar.php'); // 文件
hash_update_stream($h1, $fp); // 流
$v1 = hash_final($h1); // 結(jié)束 Hash 返回結(jié)果
echo $v1, PHP_EOL;
// 373df6cc50a1d7cd53608208e91be1e7

$h2 = hash_init('md5', HASH_HMAC, 'secret'); // 使用 HMAC 算法的增量 HASH
hash_update($h2, '測(cè)試增量');
hash_update_file($h2, './create-phar.php');
hash_update_stream($h2, $fp);
$v2 = hash_final($h2);
echo $v2, PHP_EOL;
// 34857ee5d8b573f6ee9ee20723470ea4

我們使用 hash_init() 來(lái)獲得一個(gè)增量 Hash 操作句柄并指定好加密算法。然后使用 hash_update() 添加字符串、使用 hash_update_file() 增加文件內(nèi)容，使用 hash_update_stream() 來(lái)增加流內(nèi)容，最后使用 hash_final() 結(jié)束句柄操作進(jìn)行 Hash 計(jì)算并返回結(jié)果值。得到的結(jié)果值就是包含字符串、文件和流內(nèi)容一起 Hash 的結(jié)果。

總結(jié)

說(shuō)實(shí)話，在沒(méi)有學(xué)習(xí)今天的內(nèi)容之前，我也一直以為 PHP 里面只有 md5 和 sha1 這兩種 Hash 算法呢。這回真是大開(kāi)了眼界，我們不僅擁有豐富的算法庫(kù)，而且還有很多方便的操作函數(shù)能夠幫助我們方便的使用這些算法，不多說(shuō)了，學(xué)習(xí)繼續(xù)！

測(cè)試代碼：

https://github.com/zhangyue0503/dev-blog/blob/master/php/202007/source/PHP%E7%9A%84Hash%E4%BF%A1%E6%81%AF%E6%91%98%E8%A6%81%E6%89%A9%E5%B1%95%E6%A1%86%E6%9E%B6.php

參考文檔：

https://www./manual/zh/book.hash.php

https://www.zhihu.com/question/20156213

https://baike.baidu.com/item/%E6%97%B6%E5%BA%8F%E6%94%BB%E5%87%BB/17882818?fr=aladdin