通过python利用哈希值实现比较两个文件的一致性

我不是女神ヾ 2022-06-04 00:46 148阅读 0赞

# 背景 #

近来学习到python的内置函数hash(),深入发现通过python的哈希值可以做很多的事情，最典型的可能就是文件加密了，在我们现实生活中大约有如下一些用途：

*  加密网站注册用户的密码。
 *  网站用户上传图片 / 文件后，计算出MD5值作为文件名。（MD5可以保证唯一性）
 *  key-value数据库中使用MD5值作为key。
 *  比较两个文件是否相同。（大家在下载一些资源的时候，就会发现网站提供了MD5值，就是用来检测文件是否被篡改）  
    **本文就是通过python简单实现如何比较两个文件是否相等？**

# 实现原理 #

[散列函数][Link 1]（或散列算法，又称哈希函数，英语：Hash Function）是一种从任何一种数据中创建小的数字“指纹”的方法。散列函数把消息或数据压缩成摘要，使得数据量变小，将数据的格式固定下来。该函数将数据打乱混合，重新创建一个叫做散列值（hash values，hash codes，hash sums，或hashes）的指纹。散列值通常用一个短的随机字母和数字组成的字符串来代表。好的散列函数在输入域中很少出现散列冲突。在散列表和数据处理中，不抑制冲突来区别数据，会使得数据库记录更难找到。  
**加密散列函数**，是散列函数的一种。它被认为是一种单向函数，也就是说极其难以由散列函数输出的結果，回推输入的资料是什么。这样的单向函数被称为“现代密码学的驮马”。这种散列函数的输入资料，通常被称为讯息（message），而它的输出结果，经常被称为讯息摘要（message digest）或摘要（digest）。它的过程如下：  
![加密散列函数原理][SouthEast]

# 具体实现 #

## MD5 ##

MD5的全称是Message-Digest Algorithm 5（信息-摘要算法）。128位长度。目前MD5是一种不可逆算法。具有很高的安全性。它对应任何字符串都可以加密成一段唯一的固定长度的代码。

## SHA1 ##

SHA1的全称是Secure Hash Algorithm(安全哈希算法) 。SHA1基于MD5，加密后的数据长度更长,它对长度小于264的输入，产生长度为160bit的散列值。比MD5多32位。  
因此，比MD5更加安全，但SHA1的运算速度就比MD5要慢了。

我们将演示**使用MD5散列算法来hash文件**。 我们不会一次性提取全部文件数据，因为一些文件非常大，会很消耗内存甚至一次性放不下。将文件分割成小块读取将使处理过程高效地使用内存。  
在Python中内置的 hashlib 模块就包括了 md5 和 sha1 算法。而且使用起来也极为方便，我们使用md5算法来实现我们比较文件一致性的功能，我们会使用update()方法来对这个对象填充任意的字符串。在任何时候你都可以使用digest()或hexdigest()方法问它要目前为止填充的字符串的摘要。我们需要了解以下几个函数：

**hash.update(arg)**

用字符串arg更新哈希对象。重复的调用等同于单次调用所有参数的连接：m.update(a); m.update(b) 相当于m.update(a+b)。

**hash.digest()**

返回目前为止传递给update()方法的字符串的摘要。它是一个具有digest_size个字节的字符串，其中可能包含非ASCII 字符，包括空字节。

**hash.hexdigest()**

类似digest()，但是返回的摘要的字符串的长度翻倍，且只包含十六进制数字。这可用于在电子邮件或其它非二进制环境中安全交换数据。

## 代码 ##

# !/usr/bin/env python
    # -*- coding: utf-8 -*-
    # Time: 17-11-29 下午10:26
    # Author: sty
    # File: compare_file.py
    
    
    import hashlib
    
    def get_file_md5(f):
        m = hashlib.md5()
        while True:
            #如果不用二进制打开文件，则需要先编码
            #data = f.read(1024).encode('utf-8')
            data = f.read(1024)  #将文件分块读取
            if not data:
                break
            m.update(data)
        return m.hexdigest()
    
    #将file2文件写入改动了一个位数的数据
    txt1 = '你好么?我可以用下面这段代码验证一下：'
    txt2 = '你好么?我可以用下面这段代码验证一下：1'
    with open('1.txt', 'w', encoding='utf-8') as f1, open('2.txt', 'w', encoding='utf-8') as f2:
        f1.write(txt1)
        f2.write(txt2)
    
    with open('1.txt', 'rb') as f1, open('2.txt', 'rb') as f2:
        file1_md5 = get_file_md5(f1)
        file2_md5 = get_file_md5(f2)
        print('file1_md5:',file1_md5)
        print('file2_md5:',file2_md5)
        if file1_md5 != file2_md5:
            print('file has changed')
        else:
            print('file not changed')

在代码中，我们通过将两段字符串txt1,txt2来模拟文件的改动，分别写入1.txt,2.txt,然后我们将两个文件分别读取，计算它们的MD5值，通过比较MD5值便可以知道它们是否一致。  
**需要注意**：  
1.是文件打开方式一定要是二进制方式，既打开文件时使用b模式，否则Hash计算是基于文本的那将得到错误的文件Hash，如果不用’rb’去读的话，而用’r’去读的话，我们读取的是uncode的编码，然后我们将读取到的内容编码成’utf-8’，即encode(‘utf-8’),然后进行MD5计算也是可以的。  
2.为了避免读入的文件过大，我们是分块读取的。

# 参考资料： #

[http://www.cnblogs.com/thinkingfor/archive/2010/09/13/1824766.html][http_www.cnblogs.com_thinkingfor_archive_2010_09_13_1824766.html]  
[http://www.cnblogs.com/the4king/archive/2012/02/06/2340660.html][http_www.cnblogs.com_the4king_archive_2012_02_06_2340660.html]  
[http://usyiyi.cn/documents/python\_278/library/hashlib.html][http_usyiyi.cn_documents_python_278_library_hashlib.html]  
[https://www.wikiwand.com/zh/%E5%AF%86%E7%A2%BC%E9%9B%9C%E6%B9%8A%E5%87%BD%E6%95%B8][https_www.wikiwand.com_zh_E5_AF_86_E7_A2_BC_E9_9B_9C_E6_B9_8A_E5_87_BD_E6_95_B8]

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[Link 1]: https://www.wikiwand.com/zh-cn/%E6%95%A3%E5%88%97%E5%87%BD%E6%95%B8
[SouthEast]: /images/20220604/dd3efbda304948a2b0da9d6e01ce37d8.png
[http_www.cnblogs.com_thinkingfor_archive_2010_09_13_1824766.html]: http://www.cnblogs.com/thinkingfor/archive/2010/09/13/1824766.html
[http_www.cnblogs.com_the4king_archive_2012_02_06_2340660.html]: http://www.cnblogs.com/the4king/archive/2012/02/06/2340660.html
[http_usyiyi.cn_documents_python_278_library_hashlib.html]: http://usyiyi.cn/documents/python_278/library/hashlib.html
[https_www.wikiwand.com_zh_E5_AF_86_E7_A2_BC_E9_9B_9C_E6_B9_8A_E5_87_BD_E6_95_B8]: https://www.wikiwand.com/zh/%E5%AF%86%E7%A2%BC%E9%9B%9C%E6%B9%8A%E5%87%BD%E6%95%B8
[http_blog.csdn.net_sty945]: http://blog.csdn.net/sty945
[http_www.jianshu.com_u_1621b29625df]: http://www.jianshu.com/u/1621b29625df