Python hashlib模块详细讲解使用方法

1. 前言

Python中的 hashlib 模块提供了多个加密算法，包括常用的MD5、SHA-1、SHA-224、SHA-256、SHA-384和SHA-512等，可以用于字符串的哈希运算和消息摘要的生成。 本文将详细讲解 hashlib 模块的使用方法，包括哈希运算的基本概念、模块结构、常用方法及应用示例等。

2. 基本概念

2.1 哈希运算

哈希运算是一种将任意长度的消息压缩到固定长度输出的算法，常用于数据校验、数字签名等安全领域。其核心思想是将原始数据映射到固定长度的哈希值，即“指纹”，即使原始数据稍有变化，其哈希值也会发生巨大改变，保证了哈希值的唯一性和不可逆性。

2.2 哈希算法

哈希算法是实现哈希运算的具体算法，常见的哈希算法包括MD5、SHA-1、SHA-224、SHA-256、SHA-384和SHA-512等，每个算法都有其特定的哈希值大小和操作方式。Python中的 hashlib 模块实现了这些常用的哈希算法。

3. 模块结构

hashlib 模块的结构如下：

hashlib
├── md5.py
├── sha1.py
├── sha224.py
├── sha256.py
├── sha384.py
├── sha512.py
├── __init__.py
└── _hashlib.py

其中各个算法的实现均位于各个子模块中，而 init.py 文件主要提供了便于使用的常用方法。

4. 常用方法

4.1 构造对象

hashlib 模块提供的算法对象可以通过如下的方式进行构造：

import hashlib

# 构造md5算法对象
md5_object = hashlib.md5()

# 构造sha1算法对象
sha1_object = hashlib.sha1()

# 构造sha256算法对象
sha256_object = hashlib.sha256()

# 构造sha512算法对象
sha512_object = hashlib.sha512()

4.2 添加数据

一般情况下，我们需要对一段文本或数据进行哈希运算。一般先通过构造算法对象，然后通过添加数据来对数据进行哈希运算。

import hashlib

md5_object = hashlib.md5()
md5_object.update('hello, world'.encode('utf-8'))

需要注意的是，update 方法只能接受一个 bytes 类型的参数，而非字符串类型。

4.3 获取哈希值

在添加数据后，就可以通过 hexdigest() 方法获取消息摘要的十六进制表示：

import hashlib

md5_object = hashlib.md5()
md5_object.update('hello, world'.encode('utf-8'))

print(md5_object.hexdigest())

输出结果：

10a4b5c1fdbe8a2614c2d97a0b4b6fb1

4.4 其他方法

在 hashlib 模块中，还有一些其他方法，例如 digest()、digest_size 和 block_size 等，可以通过查看官方文档进行了解，这里不作详细介绍。

5. 应用示例

5.1 基本示例

下面是一个基本的哈希运算示例，计算一个文件的 sha256 指纹：

import hashlib

filename = 'example.txt'
with open(filename, 'rb') as f:
    sha256_object = hashlib.sha256()
    while True:
        data = f.read(4096)
        if not data:
            break
        sha256_object.update(data)

    print(sha256_object.hexdigest())

5.2 数据加盐

实际使用中，为了增加哈希运算的安全性，一般采用数据加盐的方式。下面是一个实现的示例：

import hashlib

password = 'password'
salt = 'random_salt'

# 加盐
new_password = password + salt

# 计算指纹
sha256_object = hashlib.sha256()
sha256_object.update(new_password.encode('utf-8'))
password_digest = sha256_object.hexdigest()

print(password_digest)

上述示例中，我们通过字符串拼接的方式添加了一个随机的盐值，在计算哈希值时将其一起加入。这种方式可以防止彩虹表等攻击方式。