[資安概念] 001 淺談 Hash（雜湊）：原理、應用、駭客攻擊手法與防禦策略

以下內容將以淺顯易懂的方式，帶大家認識「雜湊（Hash）」的觀念、它在日常應用中的角色、駭客常見的攻擊手法、常見的攻擊工具，以及如何有效地防範這些攻擊。適合對網路安全或加密機制剛入門的新手朋友。

1. 什麼是 Hash（雜湊）？

Hash（中文常譯為「雜湊」或「雜湊函式」）是一種「將任意長度的輸入資料，透過數學運算壓縮成一段固定長度雜湊值」的函式。

固定長度輸出：不管輸入是 1 Byte 或是幾百 MB 的檔案，雜湊函式都會輸出固定長度的結果。例如，SHA-256 不論輸入多長，都會輸出 256 bits（64 個 16 進位字元）長度的雜湊值。
雪崩效應：只要輸入有微小的變更，例如把大寫的 “A” 改成小寫的 “a”，輸出結果就會有巨大的改變，難以從輸出推回原本的輸入。
判斷資料完整性：如果對同一份資料使用同一種雜湊函式，會得到相同的雜湊值。因此可以用來檢查資料在傳遞或儲存過程中，是否被竄改。

為什麼雜湊值可以用來驗證完整性？

A 把文字「APPLE」用 SHA-1 算出來的雜湊值給 B（例如 d0be2dc421be4fcd0172e5afceea3970e2f3d940）。
B 拿到 A 給的明文「APPLE」後，也用同樣的 SHA-1 算一次。如果結果和 A 提供的雜湊值一樣，就表示這段文字沒有在傳送過程中被改動。
如果資料中任何一個字元被更動了，雜湊值就會完全不同，B 一對照就能發現問題。

2. 一般情況什麼時候使用 Hash？

檔案完整性驗證
- 例如下載作業系統的映像檔（ISO）時，官方會提供雜湊值（如 MD5、SHA-256），讓使用者下載後核對，確認檔案在下載過程中未被竄改。
密碼儲存
- 很多網站不會直接儲存使用者的明文密碼，而是儲存加了鹽（Salt）後的雜湊值，讓駭客即使拿到資料庫，也難以輕易取得使用者的真正密碼。
數位簽章 / 數位憑證
- 傳送重要文件時，會先對文件雜湊後，再用私鑰對雜湊值進行加密。接收者用公鑰解密這段加密雜湊值，再和自己計算出的雜湊值比對，如果相同，就能確認文件的完整性和發送者的身份。

結合雜湊函式與非對稱加密

若透過公鑰與私鑰來「簽章」這份雜湊值，可讓接收者驗證訊息未被篡改，也確保只有正確的私鑰持有者能產生這段簽章，達到「身分確認」與「資料完整」的雙重保護。

3. 駭客會怎麼攻擊 Hash？

字典攻擊（Dictionary Attack）
- 駭客收集常見或曾流出的密碼字典（例如 123456、password、qwerty…），逐一丟進雜湊函式和資料庫中的雜湊值比對。
暴力破解（Brute Force Attack）
- 駭客嘗試所有可能的字串組合，一直算雜湊值直到猜到正確結果。
彩虹表攻擊（Rainbow Table Attack）
- 先離線生成巨大的「字串 → 雜湊值」對照表，遇到雜湊值時，可以直接在表中搜尋對應原文，大幅縮短破解時間。
碰撞攻擊（Collision Attack）
- 特意找到兩份不同的資料卻能產生相同雜湊值。如果某雜湊演算法設計不良或強度不足，駭客就可能利用這種方法在文件中做隱匿的修改而不被察覺。

4. 有哪些常見的攻擊工具？

Hashcat
- 目前相當流行且強大的雜湊值破解工具，支援 CPU、GPU 加速，能進行字典攻擊、暴力攻擊、彩虹表攻擊等。
John the Ripper
- 老牌的密碼破解工具，支援多種作業系統與多種雜湊演算法，也可搭配字典檔來加速破解。
RainbowCrack
- 專門使用彩虹表來進行攻擊的工具，能快速對大量雜湊值進行比對。
其他線上 / 雜湊查詢平台
- 一些網站收集龐大的雜湊資料庫，只要輸入雜湊值就能查詢是否對應到已知的明文字串。

5. 如何有效防禦？

對密碼使用 Salt（加鹽）與適合的加密雜湊演算法
- 若只單純將密碼做雜湊，駭客可用預先產生的彩虹表或字典檔直接對比。
- 在密碼前或後加入一段隨機字串（Salt），即使使用者密碼相同，最終雜湊結果也會不同，可顯著提升破解難度。
- 選擇安全的演算法（如 bcrypt、scrypt、PBKDF2、Argon2 等），這些演算法天生就會讓計算變慢或需要更多資源，暴力破解難度更高。
定期更新雜湊演算法與系統
- 不要使用已知有漏洞或容易產生碰撞的舊算法（例如 MD5、SHA-1）。
- 使用較新、碰撞風險小且經過安全審計的演算法（如 SHA-256、SHA-3、或上述提到的專門密碼雜湊演算法）。
限制登入嘗試次數、實施多因素驗證（MFA）
- 如果駭客無法無限制地嘗試各種密碼，就能降低暴力攻擊成功機率；
- 多因素驗證（例如用手機 OTP、硬體金鑰）也能在雜湊被洩漏時，提供第二道保護。
公鑰 / 私鑰機制加上雜湊加密簽章
- 在需要證明訊息來自特定身份的情境下，使用私鑰簽章雜湊值、接收方用公鑰驗證，可防止中間人竄改或假冒。
建立安全的傳輸環境（如使用 SSL/TLS）
- 資料在傳輸過程中也需要被加密，避免通訊內容被攔截與竄改。
- 雜湊是用來驗證完整性的，但如果整段資料用明文傳送，中間人攔截並改動內容，就失去了加密通信的保護。

小結

Hash（雜湊）是用來「判斷資料完整性」與「驗證身分」的重要工具：它把任意長度的輸入，透過特定的數學函式，壓縮為固定長度的雜湊值。
在實務上，常用於檔案完整性驗證、密碼儲存、數位簽章 / 憑證等場合。
駭客攻擊常採用字典攻擊、暴力破解、彩虹表攻擊、碰撞攻擊等手段。
常見攻擊工具包含 Hashcat、John the Ripper、RainbowCrack 等。
防禦策略除了選擇安全的雜湊演算法，也要加鹽（Salt）、限制登入嘗試次數、採用多因素驗證、多用公私鑰簽章及保護通訊環境等方法，才能降低被駭客攻擊得手的機率。

希望這篇簡介能幫助新手朋友快速了解 Hash 的概念、應用情境和安全注意事項，進而在日常開發與安全設計中更遊刃有餘。

參考資料

Python 中的 Hash 函數使用範例

# Linux下可用指令
 $printf "Hello, world!" | md5sum 6cd3556deb0da54bca060b4c39479839 -$  printf "Hello, world!" | sha256sum
315f5bdb76d078c43b8ac0064e4a0164612b1fce77c869345bfc94c75894edd3  -

# Python2
import hashlib

print hashlib.md5('Hello, world!').hexdigest()
# 6cd3556deb0da54bca060b4c39479839

print hashlib.sha256('Hello, world!').hexdigest()
# 315f5bdb76d078c43b8ac0064e4a0164612b1fce77c869345bfc94c75894edd3

# Python3 要記得在字串前加 b
import hashlib

print(hashlib.md5(b'Hello, world!').hexdigest())
print(hashlib.sha256(b'Hello, world!').hexdigest())