Pythonで理解するハッシュ化の基礎

ハッシュ化とは？

ハッシュ化とは、入力したデータ（文字列や数字）を一定のルール（ハッシュ関数）に基づいて変換し、「ハッシュ値」という固定長の値にすることです。

同じ入力には同じハッシュ値が出ます。
少しでも違う入力だと、まったく異なる値になります。
基本的には、元のデータを復元することはできません。

ハッシュ化のサンプルコード（簡易版）

サンプルコード

def simple_hash(text, hash_size=1024):
    hash_value = 0
    for char in text:
        # 文字のASCIIコードを利用
        hash_value = (hash_value * 31 + ord(char)) % hash_size
    return hash_value

# 使用例
print(simple_hash("Hello"))
print(simple_hash("World"))
print(simple_hash("Hello World"))

コードの解説（初心者向け）

ord(char) で文字を数値（ASCIIコード）に変換します。例：'A' は 65 です。
31 は素数で、データのばらつきを良くするために使用します。
% hash_size は、最終的なハッシュ値を一定の範囲内に収めるための計算（割り算の余り）です。

ハッシュ化のサンプルコード（複雑版）

サンプルコード

def custom_hash(text, hash_size=65536):
    hash_value = 0xABCDEF
    for char in text:
        hash_value ^= ord(char)  # XOR演算
        hash_value = (hash_value << 5) | (hash_value >> 27)  # ビットローテーション
        hash_value &= 0xFFFFFFFF  # 32ビットに制限
    return hash_value % hash_size

# 使用例
print(custom_hash("Hello"))
print(custom_hash("World"))
print(custom_hash("Hello World"))

コードの解説（初心者向け）

^ はXOR（エックスオア）演算で、「同じなら0、異なれば1」を返す計算です。入力データを変えると結果が大きく変化しやすくなります。
<<, >> はビットローテーションで、データを左右に回転させることで、値の多様性を高めています。
% hash_size は値を一定の範囲に収めるために使用します。

素数（31）を使う理由

素数をハッシュ関数に使用すると、データの値が均等に散らばりやすくなります。31がよく使われる理由は、計算効率が良く、経験的にデータが適度に分散することが分かっているからです。

ハッシュ化と暗号化の違い

ハッシュ化と暗号化は混同されがちですが、実は異なる性質を持っています。

項目	ハッシュ化	暗号化
特徴	一方向（戻せない）	双方向（戻せる）
復元可能?	❌ 基本的に不可能	⭕️ 鍵を使って復号可能
用途例	パスワード保存、データ検証	データの安全な通信、保存

暗号化のサンプルコード（Pythonの例）

from cryptography.fernet import Fernet

# 鍵を生成
key = Fernet.generate_key()
cipher = Fernet(key)

# 暗号化する
encrypted = cipher.encrypt(b"Hello World")
print(encrypted)

# 復号する（元に戻す）
decrypted = cipher.decrypt(encrypted)
print(decrypted.decode())

まとめ

ハッシュ化は、データを復元不可能な固定長の値に変換します。
シンプルな実装でもハッシュ関数の概念を理解できます。
実際の用途に応じて、ハッシュ化と暗号化を正しく使い分けることが大切です。