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一、數(shù)據(jù)摘要算法概述
數(shù)據(jù)摘要算法是密碼學(xué)算法中非常重要的一個(gè)分支，它通過對(duì)所有數(shù)據(jù)提取指紋信息以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)簽名、數(shù)據(jù)完整性校驗(yàn)等功能，由于其不可逆性，有時(shí)候會(huì)被用做敏感信息的加密。數(shù)據(jù)摘要算法也被稱為哈希（Hash）算法或散列算法。
常用的數(shù)據(jù)摘要算法主要以下幾大類：
1、CRC8、CRC16、CRC32
CRC（Cyclic Redundancy Check，循環(huán)冗余校驗(yàn)）算法出現(xiàn)時(shí)間較長(zhǎng)，應(yīng)用也十分廣泛，尤其是通訊領(lǐng)域，現(xiàn)在應(yīng)用最多的就是 CRC32 算法，它產(chǎn)生一個(gè)4字節(jié)（32位）的校驗(yàn)值，一般是以8位十六進(jìn)制數(shù)，如FA 12 CD 45等。CRC算法的優(yōu)點(diǎn)在于簡(jiǎn)便、速度快，嚴(yán)格的來說，CRC更應(yīng)該被稱為數(shù)據(jù)校驗(yàn)算法，但其功能與數(shù)據(jù)摘要算法類似，因此也作為測(cè)試的可選算法。
在 WinRAR、WinZIP 等軟件中，也是以 CRC32 作為文件校驗(yàn)算法的。一般常見的簡(jiǎn)單文件校驗(yàn)（Simple File Verify – SFV）也是以 CRC32算法為基礎(chǔ)，它通過生成一個(gè)后綴名為 .SFV 的文本文件，這樣可以任何時(shí)候可以將文件內(nèi)容 CRC32運(yùn)算的結(jié)果與 .SFV 文件中的值對(duì)比來確定此文件的完整性。
與 SFV 相關(guān)工具軟件有很多，如MagicSFV、MooSFV等。
2、MD2 、MD4、MD5
這是應(yīng)用非常廣泛的一個(gè)算法家族，尤其是 MD5（Message-Digest Algorithm 5，消息摘要算法版本5），它由MD2、MD3、MD4發(fā)展而來，由Ron Rivest（RSA公司）在1992年提出，目前被廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)完整性校驗(yàn)、數(shù)據(jù)（消息）摘要、數(shù)據(jù)加密等。MD2、MD4、MD5 都產(chǎn)生16字節(jié)（128位）的校驗(yàn)值，一般用32位十六進(jìn)制數(shù)表示。MD2的算法較慢但相對(duì)安全，MD4速度很快，但安全性下降，MD5比MD4更安全、速度更快。
目前在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行大文件傳輸時(shí)，都要得用MD5算法產(chǎn)生一個(gè)與文件匹配的、存儲(chǔ)MD5值的文本文件（后綴名為 .md5或.md5sum），這樣接收者在接收到文件后，就可以利用與 SFV 類似的方法來檢查文件完整性，目前絕大多數(shù)大型軟件公司或開源組織都是以這種方式來校驗(yàn)數(shù)據(jù)完整性，而且部分操作系統(tǒng)也使用此算法來對(duì)用戶密碼進(jìn)行加密，另外，它也是目前計(jì)算機(jī)犯罪中數(shù)據(jù)取證的最常用算法。
與MD5 相關(guān)的工具有很多，如 WinMD5等。
3、SHA1、SHA256、SHA384、SHA512
SHA（Secure Hash Algorithm）是由美國(guó)專門制定密碼算法的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)—— 美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院（NIST）制定的，SHA系列算法的摘要長(zhǎng)度分別為：SHA為20字節(jié)（160位）、SHA256為32字節(jié)（256位）、 SHA384為48字節(jié)（384位）、SHA512為64字節(jié)（512位），由于它產(chǎn)生的數(shù)據(jù)摘要的長(zhǎng)度更長(zhǎng)，因此更難以發(fā)生碰撞，因此也更為安全，它是未來數(shù)據(jù)摘要算法的發(fā)展方向。由于SHA系列算法的數(shù)據(jù)摘要長(zhǎng)度較長(zhǎng)，因此其運(yùn)算速度與MD5相比，也相對(duì)較慢。
目前SHA1的應(yīng)用較為廣泛，主要應(yīng)用于CA和數(shù)字證書中，另外在目前互聯(lián)網(wǎng)中流行的BT軟件中，也是使用SHA1來進(jìn)行文件校驗(yàn)的。
4、RIPEMD、PANAMA、TIGER、ADLER32 等
RIPEMD是Hans Dobbertin等3人在對(duì)MD4，MD5缺陷分析基礎(chǔ)上，于1996年提出來的，有4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)128、160、256和320，其對(duì)應(yīng)輸出長(zhǎng)度分別為16字節(jié)、20字節(jié)、32字節(jié)和40字節(jié)。
TIGER由Ross在1995年提出。Tiger號(hào)稱是最快的Hash算法，專門為64位機(jī)器做了優(yōu)化。
二、常用數(shù)據(jù)摘要算法的測(cè)試
1、測(cè)試方法
測(cè)試范圍 ：常見的數(shù)據(jù)校驗(yàn)、摘要算法，主要有 CRC32、MD5、SHA1、SHA256、SHA384、SHA512
樣本數(shù)據(jù) ：2G大小Vmware 虛擬機(jī)操作系統(tǒng)的磁盤文件，其中包含其中各種類型的文件，如二進(jìn)制文件和文本文件等。
軟件平臺(tái) ：Windows、.NET Framework 2.0
硬件平臺(tái) ：
機(jī)器A（SCSI Disk）：軟件配置 Windows 2000 + .Net Framework 2.0；硬件配置 CPU：4 （Xeon），2.8G，RAM：2G ，HD：70 GB SCSI
機(jī)器B（IDE Disk）：軟件配置 Windows 2003 + .Net Framework 2.0；硬件配置 CPU：1 （P4），2.8G，RAM：1G，HD：40 GB IDE
考慮到整個(gè)測(cè)試過程只是涉及到文件讀取與哈希值的計(jì)算，并無過多的與操作系統(tǒng)、軟件平臺(tái)、開發(fā)語言相關(guān)的操作，因此可以認(rèn)為上述測(cè)試方法的結(jié)果具有普遍性，即也適用于其它操作系統(tǒng)平臺(tái)（如Linux/Unix）或應(yīng)用語言/平臺(tái)（C、Java）。
2、測(cè)試結(jié)果
1）不同配置機(jī)器間的對(duì)比
在不同機(jī)器配置上的平均運(yùn)算結(jié)果如下表所示：
注1：配有SCSI磁盤的機(jī)器運(yùn)行時(shí)間反而比 IDE 磁盤時(shí)間長(zhǎng)，可能是由于前者具有較多的應(yīng)用負(fù)載造成的，如Oracle、WebSphere等，而且其OS為 Windows 2000，在之上運(yùn)行 .NET 應(yīng)用程序可能與 Windows 2003 的效率有所差別
注2：上述算法中，只有 CRC32 沒有包含在.NET Framework 中，而是使用C#單獨(dú)實(shí)現(xiàn)的，因此可能會(huì)對(duì)其測(cè)試結(jié)果帶來一些影響。
2）不同算法的CPU占用率比較
在不同的算法運(yùn)行時(shí)，在機(jī)器B上監(jiān)控其對(duì)于 CPU 的平均使用時(shí)間，結(jié)果如下表所示：
三、一些測(cè)試結(jié)論
數(shù)據(jù)摘要算法的處理是很快的，在一般配置的PC機(jī)上使用MD5算法，處理1G的文件數(shù)據(jù)只需20-30秒（有些專用設(shè)備聲稱達(dá) 3GB/秒），不會(huì)對(duì)應(yīng)用或機(jī)器帶來過多負(fù)載；
MD5、SHA1雖然被發(fā)現(xiàn)存在缺陷（碰撞），但在近幾年內(nèi)，仍然可以大量使用；
SHA256/384/512 的速度較慢，可以用于少量數(shù)據(jù)摘要，目前不適合用于大文件校驗(yàn)；
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