Hash

是否存在雜湊等於自身的字元串?

  • June 23, 2020

我想知道是否有任何字元串的雜湊值等於它自己,所以——當使用任何(非特定)雜湊函式時——雜湊值等於那個字元串?

以便:

hash(x) = x

請注意,這不是任務或任何東西。我只是好奇,找不到任何具體的答案或參考。而且我不確定如何去向自己證明/反駁這一點!

我僅限於雜湊函式 $ H $ 具有一些固定大小的輸出 $ n\ge1 $ 位,接受一些字元串作為輸入,包括所有 $ n $ -位字元串;MD5 (resp. SHA-1, SHA-256) 是這種函式的一個例子 $ n=128 $ (分別。 $ n=160 $ , $ n=256 $ ).

是否存在解決方案 $ H(x)=x $ 取決於特定的雜湊函式。如果 $ H $ 是一個隨機函式(如 MD5、SHA-1 和 SHA-256 的目標),答案是肯定的,賠率旁邊 $ 63.2% $ 對於實際值 $ n $ .

更確切地說: $ H(x)=x $ 只有當 $ x $ 正好有 $ n $ 位。有 $ 2^n $ 的值 $ x $ 滿足後一個條件,並限制 $ H $ 對這樣的 $ x $ 有 $ (2^n)^{(2^n)} $ 不同的 $ H $ 函式,其中 $ (2^n-1)^{(2^n)} $ 這樣 $ H(x)=x $ 沒有解決辦法。因此,如果我們選擇一個 $ H $ 均勻隨機,機率正好 $ 1-{(2^n-1)^{(2^n)}\over(2^n)^{(2^n)}}=1-(1-2^{-n})^{(2^n)} $ 我們挑選的 $ H $ 這樣 $ H(x)=x $ 有解決辦法。作為 $ n $ 增加,這會很快收斂到 $ 1-1/e\approx0.632 $ (在哪裡 $ e\approx2.718 $ 是自然對數的底)。

這並不能說明 MD5 是否具有存在解決方案的屬性 $ \operatorname{MD5}(x)=x $ (這將是一個 128 位的位串 $ x $ )。我們能說的最好的就是它可能成立,機率約為 63%,但確定斷言是真還是假超出了我們目前的計算能力(我們擁有的最好方法是窮舉搜尋,如果答案是否定的需要 $ 2^{128} $ 雜湊;否則它仍然可能需要超過 $ 2^{126} $ 雜湊,這是遙不可及的)。

PHP 特定:如果md5($string) === $string有一些解決方案,那將是 32 個十六進制小寫字元的字元串;我們的雜湊值不一樣 $ 2^{128} $ 候選人如上所述,所以問題不等價,但可以調整推理,我們可以說的最好的情況是,很可能有一個解決方案,機率約為 63%。

此外,原始問題詢問是否存在這樣的字元串md5($string) == $string。要回答這個問題,我們必須考慮運算符在 PHP 中是如何==工作的,因為類型雜耍(它持有"0042" == "42", 和"20e2" == " +002000")。極有可能有一個解決方案(只要考慮一下 $ 2^{200} $ 由 200 個空格製表符和一個額外的 final組成的字元串0,我們預計大約 $ 31\cdot2^{72} $ 散列到"00000000000000000000000000000000", "000000000000000000000000000000e0".. "0e000000000000000000000000000000") 之一;但是我們不能展示一個。


定義散列函式很容易 $ H $ 這樣 $ H(x)=x $ 沒有解決方案:例如,定義 $$ H(x)=\begin{cases}x\oplus1&\text{if }\operatorname{MD5}(x)=x\\operatorname{MD5}(x)&\text{otherwise}\end{cases} $$


定義散列函式也很容易 $ H $ 這樣 $ H(x)=x $ 至少有一個解決方案:例如,選擇一些任意的 128 位常量,例如 $ k=\text{af5d2bc6c9181f76f3161f43f41f6aeb} $ , 並定義 $$ H(x)=\begin{cases}k&\text{if }x=k\\operatorname{MD5}(x)&\text{otherwise}\end{cases} $$


不可能有 $ x $ 這樣對於所有可能的雜湊函式 $ H $ , $ H(x)=x $ .

對立證明:假設存在這樣的 $ x $ , 一個函式 $ H $ 和 $ x $ 具有該屬性,並考慮功能 $ \tilde H $ 被定義為 $ \tilde H(x)=H(x)\oplus1 $ .

引用自:https://crypto.stackexchange.com/questions/19493