Хеш-функции – Все, что вам нужно знать об этой критически важной технологии

В криптографии и блокчейне хеширование — это больше, чем просто технический термин — это основа, которая соединяет системы. Но что это на самом деле?

Что делает хеш-функция?

Хеш-функция — это математический алгоритм, который преобразует данные произвольного размера в выходные данные фиксированной длины. Рассматривайте это как инструмент, который всегда производит «отпечаток пальца» одинакового размера, независимо от того, сколько информации вы вводите.

Существует два основных типа хеш-функций: обычные и криптографические. Последние являются тем, что движет блокчейнами и системами безопасности вперед. Центральной характеристикой этих функций является то, что они детерминистичны — одинаковые входные данные всегда генерируют одинаковые выходные данные. Никакой вариации, никаких сюрпризов.

Но вот что действительно интересно: криптографические хеш-функции спроектированы как односторонние функции. Это означает, что создать хеш из входных данных легко, но почти невозможно пойти обратно — восстановить оригинал только по хешу. Вам потребуются миллионы лет вычислительной мощности, чтобы хоть попытаться.

Как это работает на практике?

Возьмите SHA-256, который используется в Bitcoin. Эта хеш-функция всегда производит 256-битный вывод. Если вы пропустите слово “Bitcoin” через неё, то получите результат. Измените всего одну букву на “bitcoin”, и весь результат изменитсяdramatically – несмотря на то, что входные данные почти идентичны.

Вот пример:

• Входные данные: “Bitcoin” → Выходные данные: c6047f944b970d40c98bdf66dedfb86191c0f867b4d6fdbb76efad1e107efc41
• Входные данные: “bitcoin” → Выходные данные: 6b88c08733550c7e2e7e9f39b8d5b3e2c1a8d5f6g7h8i9j0k1l2m3n4o5p6q7

SHA-256 является частью группы SHA-2. Существуют также SHA-1 и другие варианты, но в настоящее время только SHA-2 и SHA-3 считаются достаточно безопасными для современных приложений.

Почему хеширование так важно?

Хеш-функции решают основную проблему: как проверить, что огромный объем данных не был изменен, не храня при этом все данные? Ответ: вы используете хеш.

Небольшой хеш может представлять один гигабайт данных. Если кто-то изменит даже один бит оригинала, хеш станет совершенно другим. Это делает невозможным мошенничество без раскрытия.

В Биткойне хеширование используется повсюду:

• Чтобы связать транзакции вместе
• Для создания дерева Меркла в блоке
• Чтобы связать блоки в цепочку
• Чтобы убедиться, что всё остаётся неизменным

Три столпа безопасности

Надежная криптографическая хеш-функция должна обладать тремя свойствами:

Стойкость к коллизиям: Практически невозможно найти два разных входных данных, которые производят один и тот же хэш. Теоретически коллизии всегда существуют – существует бесконечное количество возможностей для входных данных, но ограниченное количество выходных. Однако безопасная хэш-функция делает это настолько сложным, что на это уйдет больше времени, чем возраст вселенной.

Предварительная стойкость: Учитывая хеш, вы не можете работать в обратном направлении, чтобы найти оригинал. Это то, что делает односторонние функции ценными для паролей и аутентификации.

Вторая стойкость к предобразованию: Вы не можете найти совершенно новое сообщение, которое производит такой же хэш, как и другое известное сообщение. Это находится где-то между двумя другими свойствами сложности.

Майнинг: Где хеширование встречается с экономикой

Биткойн-майнинг — это место, где хеширование действительно демонстрирует свою силу. Майнерам необходимо найти хеш-значение для своего кандидатного блока, которое начинается с определенного количества нулей. Это называется выполнением сложности.

Нет короткого пути – вам просто нужно пробовать ввод данных за вводом данных, пока вы не добьётесь успеха. Если общая вычислительная мощность сети (hashhastigheten) увеличивается, уровень сложности автоматически корректируется, чтобы генерация блоков оставалась примерно раз в десять минут.

Интересно, что майнерам не нужно находить уникальные коллизии. Существует множество допустимых решений для блока – любое, которое соответствует критериям сложности, подходит. Первый, кто достигнет цели, выигрывает.

Этот процесс делает Биткойн надежным. Чем больше вычислительной мощности выделяется в сеть, тем безопаснее она становится. И поскольку майнинг экономически затратен, это плохая идея — пытаться мошенничать.

Заключительные мысли

Хеширование — это не просто техническая курьезность — это основа технологии блокчейн. В сочетании с криптографией хеш-функции обеспечивают как безопасность, так и проверку на уровне, который в противном случае был бы невозможен. Независимо от того, интересуетесь ли вы Биткойном, Эфириумом или каким-либо другим блокчейн-протоколом, почти наверняка мощные хеш-функции работают за кулисами и поддерживают систему.