Python 3.x 中如何使用hashlib模块进行哈希算法计算-猿码集

1. 概述

哈希算法是一种将任意大小的数据映射到较小的固定大小值的过程。哈希值通常用于数据存储和快速数据比对以及防篡改保密等场景。Python提供了hashlib模块，该模块为各种哈希算法提供了安全性，性能和中性。

2. hashlib模块的主要功能

hashlib模块主要包括以下功能：

2.1 消息摘要

哈希算法中的消息摘要是指将任意长度的二进制或文本数据经过哈希算法处理后得到的一段固定长度的数据。hashlib模块提供的消息摘要算法包括MD5、SHA1、SHA224、SHA256、SHA384、SHA512等。对于同一数据，常见的哈希算法计算出来的摘要值都是不同的。

2.2 文件摘要

除了能对文本数据进行哈希算法计算外，hashlib模块还能对文件进行摘要处理。该功能通常用于验证文件的完整性，以及防止文件被篡改。

2.3 安全密码存储

hashlib模块还提供了对用户密码进行哈希算法计算存储的功能，以提高密码的安全性。存储哈希值而非明文密码可防止用户密码在存储和传输过程中被劫持或破解。

3. hashlib模块的常用方法

hashlib模块提供了有很多方法可以使用，包括下面的一些方法与函数：

3.1 hashlib.new(name[, data])

创建并返回一个新的hash对象。name是哈希算法的名称，例如“md5”，“sha1”，“sha224”，“sha256”，“sha384”或者“sha512”。data是可选的数据缓冲区，用于向哈希对象添加初始数据。

注：该方法可以直接创建哈希对象，也可以通过“类名.update()”方法向哈希对象中添加数据。

import hashlib
# 直接创建哈希对象
md5 = hashlib.new('md5', b'hello')
print(md5.hexdigest())
# 使用类名.update()方法添加数据
sha1 = hashlib.sha1()
sha1.update(b'hello')
print(sha1.hexdigest())

3.2 hashlib.hash_name([data])

该方法是hashlib.new()的快捷方式。

import hashlib
md5 = hashlib.md5(b'hello')
print(md5.hexdigest())

3.3 hashlib.algorithm_name()

该方法是指定哈希算法的快捷方式。例如：hashlib.sha256()。

3.4 haahlib.hash_name().update(data)

向哈希对象中添加数据。data可以是二进制数据或ASCII文本数据。

import hashlib
md5 = hashlib.md5()
md5.update(b'hello')
print(md5.hexdigest())

3.5 hashlib.hash_name().digest()

返回哈希对象的摘要值。返回值是一个二进制字符串。

import hashlib
md5 = hashlib.md5(b'hello')
print(md5.digest())

3.6 hashlib.hash_name().hexdigest()

返回哈希对象的摘要值。返回值是一个十六进制字符串。

import hashlib
md5 = hashlib.md5(b'hello')
print(md5.hexdigest())

3.7 hashlib.pbkdf2_hmac(hash_name, password, salt, iterations, dklen=None)

该方法用于计算密码的PBKDF2哈希值。PBKDF为嵌入式系统等环境开发提供了最佳的可行解决方案。方法中需要指定哈希算法的名称，密码，salt，iteration以及可选的输出位数。

import hashlib
password = b'security'
salt = b'some_salt'
iterations = 100
dklen = 32
# 计算PBKDF2哈希值
pbkdf2_hash = hashlib.pbkdf2_hmac('sha256', password, salt, iterations, dklen)
print(pbkdf2_hash.hex())

4. hashlib模块的使用示例

4.1 哈希算法

对数据使用哈希算法计算得到消息摘要。

import hashlib
data = b'hello'
# 计算MD5摘要值
md5 = hashlib.md5(data).hexdigest()
print(md5)
# 计算SHA1摘要值
sha1 = hashlib.sha1(data).hexdigest()
print(sha1)
# 计算SHA256摘要值
sha256 = hashlib.sha256(data).hexdigest()
print(sha256)

4.2 文件哈希

对文件使用哈希算法计算得到消息摘要。

import hashlib
# 打开文件
with open('data.txt', 'rb') as f:
    # 计算该文件的MD5哈希值
    print(hashlib.md5(f.read()).hexdigest())
    # 计算该文件的SHA1哈希值
    f.seek(0)
    print(hashlib.sha1(f.read()).hexdigest())

4.3 安全密码存储

对用户输入的密码使用哈希算法计算得到哈希值，将其用于存储密码。下面通过几段代码演示如何对密码进行哈希存储。

4.3.1 存储用户密码

import hashlib
password = b'security'
# 加盐
salt = b'some_salt' + password
# 添加salt之后的登录密码
salted_password = salt + password
# 计算存储的哈希值
hash = hashlib.sha256(salted_password).hexdigest()
print(hash)

4.3.2 验证用户密码

import hashlib
# 待验证的密码
password = b'security'
# 加盐
salt = b'some_salt' + password
# 添加salt之后的登录密码
salted_password = salt + password
# 计算待验证密码的哈希值
hash = hashlib.sha256(salted_password).hexdigest()
# 验证用户密码
if hash == hashlib.sha256(salt + password).hexdigest():
    print('登录成功')
else:
    print('密码错误')

总结

hashlib模块可以帮助Python开发者实现数据的哈希算法计算、文件摘要处理以及安全密码存储等操作。在实现更安全的软件系统时，哈希算法是一种重要的工具之一，了解hashlib模块的基本方法以及使用方式，有助于开发者更深入地理解哈希算法在应用开发中的角色与作用。

Python 3.x 中如何使用hashlib模块进行哈希算法计算