Хеш-функції – Все, що вам потрібно знати про цю критичну техніку

У криптографії та блокчейні хешування – це більше ніж просто технічний термін – це фундамент, який тримає системи разом. Але що це насправді?

Що робить хеш-функція?

Хеш-функція — це математичний алгоритм, який перетворює дані довільного розміру в вихідні дані фіксованої довжини. Уявіть собі це як інструмент, який завжди генерує відбиток пальця однакового розміру, незалежно від того, скільки інформації ви вводите.

Існує два основних типи хеш-функцій: звичайні та криптографічні. Останні є тим, що просуває блокчейни та системи безпеки вперед. Центральною властивістю цих функцій є те, що вони детерміновані – однаковий вхід завжди генерує один і той же вихід. Ніякої варіації, ніякого сюрпризу.

Але ось що дійсно цікаво: криптографічні хеш-функції розроблені як односторонні функції. Це означає, що створити хеш з вхідних даних просто, але майже неможливо піти назад – відновити оригінал лише з хеша. Вам знадобляться мільйони років обчислювальної потужності, щоб хоча б спробувати.

Як це працює на практиці?

Візьміть SHA-256, який використовується в Bitcoin. Ця хеш-функція завжди генерує вихідні дані розміром 256 біт. Якщо ви пропустите слово “Bitcoin” через неї, ви отримаєте результат. Просто змініть одну літеру на “bitcoin”, і весь результат зміниться драматично – незважаючи на те, що вхідні дані майже ідентичні.

Ось приклад:

• Вхідні дані: “Bitcoin” → Вихідні дані: c6047f944b970d40c98bdf66dedfb86191c0f867b4d6fdbb76efad1e107efc41
• Вхідні дані: “bitcoin” → Вихідні дані: 6b88c08733550c7e2e7e9f39b8d5b3e2c1a8d5f6g7h8i9j0k1l2m3n4o5p6q7

SHA-256 є частиною групи SHA-2. Існують також SHA-1 та інші варіанти, але наразі лише SHA-2 та SHA-3 вважаються достатньо безпечними для сучасних застосувань.

Чому хешування так важливе?

Хеш-функції вирішують основну проблему: як перевірити, що величезна кількість даних не була змінена, не зберігаючи все? Відповідь: ви використовуєте хеш.

Маленький хеш може представляти один гігабайт даних. Якщо хтось змінить навіть один біт оригіналу, хеш стане зовсім іншим. Це робить неможливим шахрайство без викриття.

У Bitcoin хешування використовується всюди:

• Щоб зв'язати транзакції разом
• Щоб створити дерево Меркла в блоках
• Щоб зв'язати блоки в ланцюгу
• Щоб забезпечити, що все залишиться незмінним

Три стовпи безпеки

Робуста криптографічна хеш-функція повинна мати три властивості:

Стійкість до колізій: Практично неможливо знайти два різні вхідні дані, які виробляють однаковий хеш. Теоретично колізії завжди існують – можливостей для вхідних даних безліч, але виходи обмежені. Але безпечна хеш-функція робить це настільки складним, що це займе більше часу, ніж вік всесвіту.

Устойчивість до прообразів: Знаючи хеш, ви не можете працювати назад, щоб знайти оригінал. Це те, що робить односпрямовані функції цінними для паролів та аутентифікації.

Друга стійкість до колізій: Ви не можете знайти абсолютно нове повідомлення, яке генерує такий же хеш, як інше відоме повідомлення. Це десь між іншими двома властивостями в складності.

Майнинг: Там, де хешування зустрічає економіку

Біткоїн-майнінг - це місце, де хешування дійсно показує свою силу. Майнерам потрібно знайти хеш-значення для свого кандидатного блоку, яке починається з певної кількості нулів. Це називається відповідністю складності.

Немає жодного шляху – потрібно просто пробувати вхідні дані за вхідними даними, поки не вийде. Якщо загальна обчислювальна потужність мережі (hashhastigheten) зростає, складність автоматично коригується, щоб генерація блоків залишалася приблизно раз на десять хвилин.

Цікаво, що майнерам не потрібно знаходити унікальні колізії. Існує багато дійсних рішень для блоку – будь-яке, що відповідає критеріям складності, підходить. Перший, хто досягне мети, виграє.

Цей процес робить Bitcoin надійним. Чим більше обчислювальної потужності виділено мережі, тим безпечніше вона стає. І оскільки видобуток є економічно дорогим, це погана ідея намагатися обманути.

Завершальні думки

Хешування – це не просто технічна цікавинка – це основа технології блокчейн. Разом з криптографією хеш-функції забезпечують як безпеку, так і перевірку на масштабі, який в іншому випадку був би неможливим. Незалежно від того, цікавитесь ви Bitcoin, Ethereum чи будь-яким іншим блокчейн-протоколом, майже напевно потужні хеш-функції працюють за лаштунками і утримують систему разом.