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抗碰撞性

Collision resistance

高效对手找到两个不同输入具有相同哈希值的概率可忽略。

条目类型
定义

形式陈述

哈希族 Hk 抗碰撞,若随机选参数或密钥 k 后,任意概率多项式时间对手输出 xxHk(x)=Hk(x) 的概率可忽略。它允许对手同时选择两条消息,通常强于对固定目标的第二原像抗性。有限输出空间必然存在碰撞,安全只要求高效找不到。

直觉

抗碰撞要求攻击者难以找到任意两个不同输入具有相同哈希,而不是给定一个输入后再找第二原像。压缩到有限输出空间必会把某些输入映到同一摘要,碰撞在数学上不可避免;安全性只要求这些碰撞藏得足够深,让现实算法在可行计算内找不到。对理想 n bit 哈希,生日现象把通用碰撞攻击复杂度降到约 2n/2,因此输出位数需按该平方根安全级别选择。

例子与边界

生日攻击使理想 n bit 哈希的碰撞成本约为 2n/2;对 256 bit 理想哈希,通用生日碰撞工作量约 2128,远小于前像搜索的 2256。MD5 已可实用构造碰撞,所以不能再用于需要抗碰撞的签名、证书或内容承诺。碰撞抗性不自动蕴含伪随机性或抗长度扩展,也不保证对低熵口令的原像安全。

仅检查两个随机文件哈希不同不能证明函数抗碰撞;攻击者会专门构造输入。抗碰撞也不意味着 MAC 安全,因为无密钥哈希任何人都能计算;密码存储主要依赖抗离线猜测与盐,而不只是碰撞性质。

推论与应用

抗碰撞性是 密码哈希函数 的核心目标之一,与前像、第二原像性质区分,并支撑内容完整性、数字签名 的 hash-then-sign、Merkle 树和 承诺方案,防止同一摘要被解释为两份内容。

参考资料
  • Jonathan Katz and Yehuda Lindell, Introduction to Modern Cryptography, 3rd ed., CRC Press, 2020,Chs. 2–12。
  • Oded Goldreich, Foundations of Cryptography, Vol. 1, Cambridge University Press, 2001,Chs. 1–4。
关系图谱4 个相邻概念 · 1 类关系

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