ハッシュ関数 - この重要な技術について知っておくべきすべて

暗号学とブロックチェーンにおいて、ハッシングは単なる技術用語以上のものです。それはシステムを支える基盤です。しかし、実際にはそれは何なのでしょうか？

ハッシュ関数は何をしますか？

ハッシュ関数とは、任意のサイズのデータを固定長の出力に変換する数学的アルゴリズムです。入力する情報の量に関わらず、常に同じサイズの「指紋」を生成するツールと考えてください。

ハッシュ関数には主に2つのタイプがあります：従来型と暗号型です。後者はブロックチェーンやセキュリティシステムを推進するものです。これらの関数の中心的な特徴は、決定論的であることです。同じ入力は常に同じ出力を生成します。変動なし、驚きなし。

しかし、ここで本当に興味深いのは、暗号学的ハッシュ関数は一方向性関数として設計されているということです。これは、入力からハッシュを生成するのは簡単ですが、ハッシュから元のデータを復元するのはほぼ不可能であることを意味します。試みるためには何百万年ものコンピュータパワーが必要です。

実際にはどのように機能しますか？

SHA-256を取ると、これはビットコインで使用されています。このハッシュ関数は常に256ビットの出力を生成します。「Bitcoin」という単語を通して実行すると、結果が得られます。「bitcoin」に1文字だけ変更すると、全体の結果が劇的に変わります - 入力がほぼ同じであるにもかかわらず。

ここに例があります：

• 入力: “ビットコイン” → 出力: c6047f944b970d40c98bdf66dedfb86191c0f867b4d6fdbb76efad1e107efc41
• 入力: “bitcoin” → 出力: 6b88c08733550c7e2e7e9f39b8d5b3e2c1a8d5f6g7h8i9j0k1l2m3n4o5p6q7

SHA-256はSHA-2グループの一部です。他にもSHA-1やその他のバリアントがありますが、現在のところSHA-2とSHA-3のみが現代のアプリケーションに対して十分に安全と見なされています。

ハッシングはなぜ重要なのか？

ハッシュ関数は基本的な問題を解決します。それは、膨大なデータが操作されていないことを、すべてを保存せずにどのように検証するかです。答えは、ハッシュを使用することです。

小さなハッシュはギガバイトのデータを表すことができます。もし誰かがオリジナルのビットの1つを変更すると、ハッシュは全く異なるものになります。これにより、ばれることなく不正を行うことが不可能になります。

ビットコインでは、ハッシングが至る所で使用されています:

• トランザクションをリンクするために
• ブロック内にマークルツリーを作成するために
• チェーン内のブロックをリンクするために
• すべてが変わらないようにするために

3つのセキュリティの柱

堅牢な暗号ハッシュ関数は、3つの特性を持っている必要があります:

衝突耐性：異なる二つの入力が同じハッシュを生成することを実質的に不可能にするべきです。理論的には、衝突は常に存在します – 入力の可能性は無限にありますが、出力は限られています。しかし、安全なハッシュ関数はそれを非常に困難にするため、宇宙の年齢を超える時間がかかるでしょう。

前向き抵抗: ハッシュが与えられた場合、元の値を見つけるために逆算することはできません。これが、パスワードや認証に対して一方向関数が価値がある理由です。

第二の前方抵抗: 他の既知のメッセージと同じハッシュを生成する全く新しいメッセージを見つけることはできません。それは、難易度における他の二つの特性の間にあります。

マイニング: ハッシングが経済と出会う場所

ビットコインマイニングでは、ハッシングが本当にその力を発揮します。マイナーは、特定の数のゼロで始まる候補ブロックのハッシュ値を見つける必要があります。これを難易度をクリアすることと呼びます。

近道はありません。成功するまで、入力を試すしかありません。ネットワークの総計算能力(hashhastigheten)が増加すると、ブロック生成が約10分ごとになるように難易度が自動的に調整されます。

興味深いことに、マイナーはユニークな衝突を見つける必要はありません。ブロックには多くの有効な解決策があります - 難易度基準を満たすものであればどれでも機能します。最初にゴールに到達した者が勝ちます。

このプロセスはビットコインを強固にします。ネットワークに専念されるコンピュータの力が多ければ多いほど、それはより安全になります。そして、マイニングは経済的に高価であるため、欺くことを試みるのは悪いアイデアです。

最後の考え

ハッシュ化は単なる技術的な好奇心ではなく、ブロックチェーン技術の中核です。暗号技術と共に、ハッシュ関数は安全性と検証を可能にし、そうでなければ不可能なスケールで機能します。ビットコイン、イーサリアム、または他のブロックチェーンプロトコルに興味があるかどうかにかかわらず、強力なハッシュ関数が舞台裏で動作し、システムを支えていることはほぼ確実です。