¿Cómo funciona el hash en Blockchain?

Una función hash criptográfica, un término que se escucha a menudo en el contexto de bitcoin y las criptomonedas, es una piedra angular de la tecnología blockchain. Esta función matemática toma una entrada, o un "mensaje", y la convierte en una cadena de caracteres de tamaño fijo, conocida como "hash".

Hashing, el proceso de aplicar una función hash a una entrada, es un elemento crítico no sólo en el protocolo bitcoin sino en el ámbito más amplio de la seguridad de la información. En blockchain, este proceso normalmente implica convertir los datos dentro de un bloque en un hash que luego se almacena en ese bloque.

Este mecanismo es vital para mantener la seguridad y la integridad de la cadena de bloques. Al comprender el papel del hash, se obtiene una visión de los aspectos fundamentales de la tecnología blockchain y su importancia tanto en el ámbito de las criptomonedas como en el de la seguridad de la información.

¿Qué es una función hash en las criptomonedas?

Una función hash, fundamentalmente, es una operación matemática que acepta entradas de cualquier tamaño, las procesa y produce una salida de un tamaño fijo, conocida como hash. Esta transformación es consistente: no importa la longitud de la entrada (ya sea una sola letra, una palabra, una oración o un libro completo), el hash, a menudo denominado resumen, mantiene una longitud constante.

Esta característica de las funciones hash se utiliza ampliamente en la seguridad de la información, particularmente en la protección de contraseñas. Cuando registra una cuenta en un sitio web, su contraseña se transforma mediante una función hash, lo que da como resultado un resumen hash que luego el servicio almacena. Al iniciar sesión, la contraseña que ingresa se somete a la misma función hash y el hash resultante se compara con el almacenado para verificar su identidad.

Este método mejora la seguridad porque incluso si un pirata informático obtiene acceso a la base de datos con estos resúmenes de hash, descifrar la contraseña original del hash es extremadamente difícil. Esto se debe al diseño de la función hash, que hace computacionalmente inviable revertir el proceso o encontrar dos entradas diferentes que produzcan la misma salida hash (una propiedad conocida como resistencia a la colisión).

Además, los sistemas modernos suelen implementar la "salación", una técnica en la que se añade un valor único a la contraseña antes del hash. Esto garantiza que incluso contraseñas idénticas den como resultado hashes diferentes, lo que complica aún más los intentos de los piratas informáticos de utilizar tablas precalculadas (como tablas de arcoíris) para descifrar las contraseñas. Este sólido mecanismo de seguridad es integral para proteger los datos de los usuarios en varias plataformas en línea.

Funciones clave del hash

Hashing, un aspecto fundamental de la tecnología blockchain, cumple varias funciones críticas:

Mejora de la seguridad : las funciones hash están diseñadas para ser operaciones unidireccionales, lo que hace que sea extremadamente difícil retroceder hasta la entrada original de su hash. Esta característica es crucial en blockchain, ya que alterar los datos dentro de un bloque cambia su hash. En consecuencia, cualquier modificación se vuelve evidente, salvaguardando la integridad de la blockchain. Esta naturaleza unidireccional del hash disuade la posible manipulación de datos, manteniendo la confiabilidad de la cadena de bloques.

Facilitar la verificación de datos : los hashes son fundamentales para verificar la autenticidad de los datos de blockchain. Al comparar el hash de un bloque con el hash al que se hace referencia en el bloque siguiente, es posible confirmar la integridad de los datos. En redes como Bitcoin, cada bloque incluye el hash del bloque anterior, creando una cadena interdependiente. Cualquier intento de alterar datos anteriores interrumpe esta cadena, invalidando los hashes posteriores y alertando a la red sobre posibles manipulaciones.

Actuando como punteros de bloque : los hashes también funcionan como punteros dentro de la cadena de bloques. Al almacenar el hash de un bloque en el siguiente bloque, se establece un enlace secuencial. Este método de vinculación forma la estructura de la cadena de bloques, donde cada bloque está interconectado a través de su hash único, asegurando una cadena de datos cronológica e ininterrumpida.

Mecanismos de consenso de apoyo : en las redes blockchain que emplean mecanismos de consenso de prueba de trabajo (PoW), como Bitcoin, el hash es fundamental. Los mineros deben resolver complejos acertijos relacionados con el hash para validar y agregar nuevos bloques a la cadena de bloques. La dificultad de estos acertijos es ajustable, regulando la tasa de creación de nuevos bloques y manteniendo la estabilidad de la red. Este proceso garantiza un método descentralizado y democrático para validar transacciones y mantener la cadena de bloques.

En general, el hash no es sólo una característica de seguridad; es una herramienta multifacética que sustenta la funcionalidad, integridad y confiabilidad de las redes blockchain. Al permitir el almacenamiento de datos seguro, verificable e interconectado, el hash es indispensable para el funcionamiento eficiente y confiable de los sistemas blockchain.

¿Cómo funciona generalmente el hashing?

El proceso de hash es fundamental para la seguridad e integridad de los datos y consta de varios pasos clave:

Procesamiento de entrada a través del algoritmo Hashing : el hash comienza con datos de entrada, que pueden ser cualquier cosa, desde una cadena de texto hasta un archivo o una serie de transacciones dentro de una cadena de bloques. Esta entrada se procesa mediante un algoritmo hash, que aplica varias operaciones matemáticas y lógicas. Estas operaciones pueden incluir transformaciones matemáticas, operaciones bit a bit y funciones lógicas, transformando la entrada en un hash.

Creación de un hash único como huella digital : el resultado de este proceso es un hash, similar a una huella digital de la entrada original. Este hash, a menudo una cadena de caracteres hexadecimales, tiene una longitud fija y varía según el algoritmo elegido. El quid del hashing radica en su naturaleza de función unidireccional, lo que hace que sea extremadamente difícil aplicar ingeniería inversa a la entrada original del hash. Esta característica es vital en escenarios como blockchain, donde la alteración de los datos en un bloque cambia su hash, señalando así una posible manipulación de datos.

Almacenamiento del hash como firma digital : una vez generado, el hash se almacena junto con los datos dentro de un bloque, actuando como una firma digital que verifica la integridad de los datos. Cuando es necesaria la recuperación de datos, volver a calcular el hash y compararlo con el hash almacenado confirma la ausencia de manipulación.

Más allá de estos pasos, los algoritmos hash desempeñan un papel fundamental en otras aplicaciones de seguridad:

Sistemas de autenticación de contraseñas: en dichos sistemas, la contraseña de un usuario se codifica y luego se compara con el hash almacenado de la contraseña correcta. Una coincidencia otorga acceso, lo que garantiza que incluso si una base de datos de contraseñas se ve comprometida, las contraseñas reales permanecen ocultas debido a la complejidad de revertir el hash.

En esencia, el hashing sirve como una herramienta fundamental para garantizar la seguridad e integridad de los datos en diversas aplicaciones, desde transacciones de blockchain hasta protección con contraseña. Su carácter unidireccional y la complejidad de las operaciones involucradas lo convierten en un método robusto para salvaguardar la información digital.

Métodos de hash populares que prevalecen en los sistemas blockchain

La tecnología Blockchain utiliza una variedad de algoritmos hash, cada uno con características distintas, para garantizar la seguridad e integridad de los datos. Algunos de los algoritmos hash más notables utilizados en blockchain son:

SHA-256 (Algoritmo Hash Seguro de 256 bits) : Desarrollado por la Agencia de Seguridad Nacional (NSA) en 2001, SHA-256 es un algoritmo hash destacado en la esfera blockchain. Genera una cadena de 64 caracteres, formando un hash de 256 bits. Sus sólidas características de seguridad la han convertido en una opción popular en muchas criptomonedas, incluido Bitcoin.

Scrypt : Scrypt es una función de derivación de claves diseñada para consumir más memoria que otros algoritmos. Este mayor requisito de memoria lo hace más resistente a los ataques que utilizan hardware especializado. Scrypt se emplea en varias criptomonedas, incluido Litecoin, lo que mejora su seguridad contra amenazas basadas en hardware.

Ethash : Diseñado para la cadena de bloques Ethereum, Ethash es un algoritmo hash de memoria dura. Está diseñado para ser resistente a los mineros ASIC (circuito integrado de aplicación específica), que son hardware altamente especializado diseñado para la minería eficiente de criptomonedas. El diseño de Ethash tiene como objetivo democratizar el proceso minero, haciéndolo accesible a una gama más amplia de participantes.

Equihash : Equihash es otro algoritmo hash vinculado a la memoria conocido por su resistencia a la minería ASIC. Es utilizado por varias criptomonedas, como Zcash , para promover un panorama minero más equitativo donde el hardware especializado ofrece menos ventajas.

En esencia, si bien estos algoritmos difieren en su enfoque y propiedades específicas, todos comparten un propósito común: transformar una entrada en un hash de tamaño fijo. Este hash actúa como una huella digital única de la entrada, desempeñando un papel crucial en el mantenimiento de la seguridad y autenticidad de las transacciones y los datos de blockchain.

En el hashing, la resistencia a las colisiones es una característica clave

En hash, una colisión se refiere al caso en el que dos entradas distintas generan la misma salida hash. Teóricamente, esto es posible ya que el conjunto de todas las posibles salidas de hash es finito, mientras que el conjunto de entradas potenciales es infinito. Sin embargo, la probabilidad de que ocurra una colisión en la práctica es excepcionalmente baja, lo que hace que los algoritmos de hash sean resistentes, aunque no del todo inmunes, a tales sucesos.

Tomando el ejemplo de SHA-256, utilizado en la cadena de bloques de Bitcoin, produce hashes de 256 bits de longitud. Esto se traduce en 2^256 posibles combinaciones hash únicas, un número tan amplio que es difícil de comprender. Para poner esto en perspectiva, 2^256 es aproximadamente comparable al número de átomos en el universo observable.

Cuando el número de entradas excede el total de hashes únicos posibles, en teoría, al menos dos entradas producirán el mismo hash, lo que provocará una colisión. Pero en realidad, el número astronómico de combinaciones únicas en SHA-256 hace que la probabilidad práctica de encontrar tal colisión sea insignificante.

Esta inmensa cantidad de resultados potenciales evita que el hash sea explotable. La magnitud de estos números garantiza una probabilidad extremadamente baja de colisiones, lo que contribuye a la seguridad y confiabilidad del hash en la tecnología blockchain. A pesar de la posibilidad teórica, los riesgos prácticos de tales sucesos en algoritmos hash bien diseñados como SHA-256 son infinitamente pequeños, lo que refuerza su eficacia para asegurar las transacciones digitales y la integridad de los datos en los sistemas blockchain.

Las funciones hash están diseñadas para no ser reversibles

Revertir una función hash para determinar su entrada original es una tarea extraordinariamente desafiante, que roza lo imposible con la tecnología actual. Básicamente, las funciones hash están diseñadas para ser procesos unidireccionales. Dado un resultado, es prácticamente inviable deducir el insumo original que lo produjo.

El método principal para intentar esta reversión se conoce como fuerza bruta, que implica probar sistemáticamente todas las cuerdas posibles hasta encontrar la correcta. Sin embargo, la viabilidad de este enfoque es muy cuestionable. La potencia computacional necesaria para ejecutar tal operación está más allá de las capacidades incluso de las supercomputadoras más avanzadas.

Por ejemplo, consideremos IBM Summit, una de las supercomputadoras más poderosas del mundo, capaz de ejecutar varios billones de cálculos por segundo. Incluso con esta inmensa potencia de procesamiento, Summit necesitaría una cantidad exorbitante de tiempo, posiblemente de años, y una asombrosa cantidad de energía para realizar ingeniería inversa con éxito en un solo hash. Este escenario resalta la impracticabilidad y la casi imposibilidad de revertir hashes, especialmente aquellos tan complejos como SHA-256 utilizados en tecnologías blockchain.

Esta dificultad inherente refuerza el aspecto de seguridad del hash en aplicaciones criptográficas. Garantiza que los datos confidenciales, una vez procesados, permanezcan seguros incluso contra los intentos más sofisticados de descifrado, lo que convierte a las funciones hash en la piedra angular de los protocolos modernos de ciberseguridad y la integridad de blockchain.