ハッシュ関数（hash function）は、情報技術やセキュリティの分野で極めて重要な役割を果たします。
この関数は、任意の長さの入力データから固定長の出力値を生成するため、データの比較や検索を効率化します。
本記事では、ハッシュ関数の基本概念、特性、暗号学的ハッシュ関数との違い、そして最新の規格について詳しく解説します。
ハッシュ関数の基本
ハッシュ関数の定義
ハッシュ関数は、入力データに一定の計算手順を適用し、あらかじめ決められた固定長の出力値を生成する関数です。
生成された出力値は「ハッシュ値」（hash value）と呼ばれ、同じ入力からは必ず同じハッシュ値が得られます。
例えば、文字列「Hello」をハッシュ関数に入力すると、常に同じハッシュ値が返されます。
ハッシュ値の特性
ハッシュ関数の特徴として、以下の点が挙げられます：
- 固定長の出力: どのような長さの入力でも、一定の長さのハッシュ値が生成されます。通常、この長さは数バイトから数十バイト程度です。
- 復元不可能性: ハッシュ値は元のデータの特徴を表す短い符号であり、出力値から入力データを完全に復元することはできません。この特性により、データの改竄や破損の検知に利用されます。
ハッシュ関数の応用
データ比較の効率化
ハッシュ関数を利用することで、複数の大容量ファイルの内容が同一であるかを瞬時に比較できます。
全てのデータを照合するのではなく、各ファイルのハッシュ値を計算し、その結果を比較することで処理時間を大幅に短縮します。
暗号学的ハッシュ関数
暗号学的ハッシュ関数（cryptographic hash function）は、セキュリティ用途に特化したハッシュ関数です。
これには以下の特性があります：
- 弱衝突耐性: ある特定の出力値を得るための入力を効率的に見つけることが困難です。
- 強衝突耐性: 同じ出力値を持つ異なる入力を容易に見つけられない特性です。
これにより、ハッシュ値としてパスワードを保存することで、元の情報がなくても認証を行うことが可能になります。
もし攻撃者がハッシュ値を盗み取っても、元のパスワードを復元することはできません。
ハッシュ関数の標準規格
よく知られたハッシュ関数
1990年代に考案されたMD5（Message Digest 5）やSHA-1（Secure Hash Algorithm 1）は、長年にわたり多くの分野で利用されてきました。
しかし、これらの規格はセキュリティ上の脆弱性が指摘されており、2010年代には新しい規格への移行が推奨されています。
- SHA-2: SHA-1の後継として開発され、より長いハッシュ値（224ビット、256ビット、384ビット、512ビット）を提供します。
- SHA-3: 最新のハッシュアルゴリズムであり、セキュリティをさらに強化した設計となっています。
まとめ
ハッシュ関数は、データの効率的な比較やセキュリティを確保するために不可欠な技術です。
特に、暗号学的ハッシュ関数はパスワードの保護やデジタル署名の安全性を支えています。
MD5やSHA-1といった古い規格から新しいSHA-2やSHA-3への移行が進んでおり、今後もハッシュ関数の重要性は増す一方です。