هش در بلاک چین چگونه کار می کند؟

تابع هش رمزنگاری، اصطلاحی که اغلب در زمینه بیت کوین و ارزهای دیجیتال شنیده می شود، سنگ بنای فناوری بلاک چین است. این تابع ریاضی یک ورودی یا یک «پیام» می گیرد و آن را به یک رشته کاراکتر با اندازه ثابت تبدیل می کند که به «هش» معروف است.

هش کردن، فرآیند اعمال یک تابع هش به یک ورودی، یک عنصر حیاتی نه تنها در پروتکل بیت کوین بلکه در حوزه وسیع‌تر امنیت اطلاعات است. در بلاک چین، این فرآیند معمولاً شامل تبدیل داده‌های درون یک بلوک به یک هش است که سپس در آن بلوک ذخیره می‌شود.

این مکانیسم برای حفظ امنیت و یکپارچگی بلاک چین حیاتی است. با درک نقش هش، بینشی در مورد جنبه های اساسی فناوری بلاک چین و اهمیت آن در حوزه ارزهای دیجیتال و امنیت اطلاعات به دست می آید.

تابع هش در ارزهای دیجیتال چیست؟

تابع هش اساساً یک عملیات ریاضی است که ورودی با هر اندازه ای را می پذیرد، آن را پردازش می کند و خروجی با اندازه ثابت تولید می کند که به نام هش شناخته می شود. این تغییر شکل ثابت است: صرف نظر از طول ورودی - چه یک حرف، یک کلمه، یک جمله یا یک کتاب کامل - هش که اغلب به عنوان خلاصه از آن یاد می‌شود، طول ثابتی را حفظ می‌کند.

این ویژگی توابع هش به طور گسترده ای در امنیت اطلاعات، به ویژه در حفاظت از رمزهای عبور استفاده می شود. هنگامی که یک حساب کاربری در یک وب سایت ثبت می کنید، رمز عبور شما توسط یک تابع هش تبدیل می شود و در نتیجه یک خلاصه هش ایجاد می شود که سپس توسط سرویس ذخیره می شود. پس از ورود به سیستم، رمز عبوری که وارد می‌کنید دارای همان عملکرد هش می‌شود و هش حاصل با رمز ذخیره شده مقایسه می‌شود تا هویت شما تأیید شود.

این روش امنیت را افزایش می‌دهد زیرا حتی اگر هکر با این هش‌ها به پایگاه داده دسترسی پیدا کند، رمزگشایی رمز عبور اصلی از هش بسیار چالش برانگیز است. این به دلیل طراحی تابع هش است که از نظر محاسباتی معکوس کردن فرآیند یا یافتن دو ورودی متفاوت که خروجی هش یکسانی را تولید می کنند (ویژگی به نام مقاومت در برابر برخورد) غیر ممکن می سازد.

علاوه بر این، سیستم‌های مدرن اغلب «salting» را پیاده‌سازی می‌کنند، تکنیکی که در آن یک مقدار منحصر به فرد به رمز عبور قبل از هش اضافه می‌شود. این تضمین می‌کند که حتی گذرواژه‌های یکسان نیز منجر به هش‌های مختلف می‌شود و تلاش هکرها برای استفاده از جداول از پیش محاسبه‌شده (مانند جداول رنگین کمان) برای شکستن رمزهای عبور را پیچیده‌تر می‌کند. این مکانیزم امنیتی قوی در محافظت از داده‌های کاربر در پلتفرم‌های مختلف آنلاین ضروری است.

عملکردهای کلیدی هش کردن

هشینگ، یک جنبه اساسی از فناوری بلاک چین، چندین عملکرد حیاتی را انجام می دهد:

افزایش امنیت : توابع هش به گونه‌ای طراحی شده‌اند که عملیات یک طرفه باشند، و بازگشت به ورودی اصلی از هش آن را بسیار دشوار می‌سازد. این ویژگی در بلاک چین بسیار مهم است، زیرا تغییر داده‌های درون یک بلوک باعث تغییر هش آن می‌شود. در نتیجه، هرگونه تغییر آشکار می شود و از یکپارچگی بلاک چین محافظت می کند. این ماهیت یک طرفه هش کردن، از دستکاری داده‌های بالقوه جلوگیری می‌کند و قابلیت اعتماد بلاک چین را حفظ می‌کند.

تسهیل تأیید داده‌ها : هش‌ها در تأیید صحت داده‌های بلاک چین بسیار مفید هستند. با مقایسه هش یک بلوک با هش ارجاع شده در بلوک بعدی، می توان یکپارچگی داده را تأیید کرد. در شبکه هایی مانند بیت کوین، هر بلوک شامل هش بلوک قبلی است که یک زنجیره وابسته به هم ایجاد می کند. هر گونه تلاش برای تغییر داده های قبلی این زنجیره را مختل می کند، هش های بعدی را باطل می کند و شبکه را از دستکاری احتمالی آگاه می کند.

عمل به عنوان Block Pointers : هش ها همچنین به عنوان اشاره گر در زنجیره بلوک عمل می کنند. با ذخیره سازی هش یک بلوک در بلوک زیر، یک پیوند متوالی ایجاد می شود. این روش پیوند ساختار زنجیره بلاک را تشکیل می دهد، جایی که هر بلوک از طریق هش منحصر به فرد خود به هم متصل می شود و زنجیره زمانی و ناگسستنی از داده ها را تضمین می کند.

حمایت از مکانیسم‌های اجماع : در شبکه‌های بلاک چین که از مکانیسم‌های اجماع اثبات کار (PoW) استفاده می‌کنند، مانند بیت‌کوین، هش کردن بسیار مهم است. ماینرها باید پازل های پیچیده مرتبط با هش را برای اعتبارسنجی و اضافه کردن بلوک های جدید به بلاک چین حل کنند. سختی این پازل ها قابل تنظیم است، سرعت ایجاد بلوک جدید را تنظیم می کند و پایداری شبکه را حفظ می کند. این فرآیند یک روش غیرمتمرکز و دموکراتیک را برای اعتبارسنجی تراکنش‌ها و حفظ بلاک چین تضمین می‌کند.

به طور کلی، هش کردن فقط یک ویژگی امنیتی نیست. این یک ابزار چند وجهی است که زیربنای عملکرد، یکپارچگی و قابلیت اطمینان شبکه های بلاک چین است. با فعال کردن ذخیره‌سازی داده‌های ایمن، قابل تأیید و مرتبط، هش کردن در عملکرد کارآمد و قابل اعتماد سیستم‌های بلاک چین ضروری است.

هش کردن به طور کلی چگونه کار می کند؟

فرآیند هش برای امنیت و یکپارچگی داده ها یکپارچه است و از چندین مرحله کلیدی تشکیل شده است:

پردازش ورودی از طریق الگوریتم درهم سازی : هش با داده های ورودی شروع می شود، که می تواند هر چیزی از یک رشته متنی گرفته تا یک فایل یا مجموعه ای از تراکنش ها در یک زنجیره بلوکی باشد. این ورودی توسط یک الگوریتم هش پردازش می شود که عملیات ریاضی و منطقی مختلفی را اعمال می کند. این عملیات ممکن است شامل تبدیل های ریاضی، عملیات بیتی و توابع منطقی باشد که ورودی را به هش تبدیل می کند.

ایجاد یک هش منحصر به فرد به عنوان اثر انگشت دیجیتال : نتیجه این فرآیند یک هش است، شبیه به اثر انگشت دیجیتالی ورودی اصلی. این هش، اغلب رشته‌ای از کاراکترهای هگزا دسیمال است، طول آن ثابت است و بر اساس الگوریتم انتخابی متفاوت است. هسته هش در ماهیت عملکرد یک طرفه آن نهفته است، که مهندسی معکوس ورودی اصلی از هش را بسیار چالش برانگیز می کند. این ویژگی در سناریوهایی مانند بلاک چین، که در آن تغییر داده ها در یک بلوک، هش آن را تغییر می دهد، حیاتی است و در نتیجه دستکاری داده های بالقوه را علامت گذاری می کند.

ذخیره سازی هش به عنوان یک امضای دیجیتال : پس از تولید، هش در کنار داده ها در یک بلوک ذخیره می شود و به عنوان یک امضای دیجیتالی عمل می کند که یکپارچگی داده ها را تأیید می کند. هنگامی که بازیابی داده ها ضروری است، محاسبه مجدد هش و تطبیق آن با هش ذخیره شده، عدم دستکاری را تأیید می کند.

فراتر از این مراحل، الگوریتم‌های هش نقشی اساسی در سایر برنامه‌های امنیتی دارند:

سیستم های احراز هویت رمز عبور: در چنین سیستم هایی، رمز عبور کاربر هش می شود و سپس با هش ذخیره شده رمز عبور صحیح مقایسه می شود. یک تطابق به شما اجازه دسترسی می دهد و تضمین می کند که حتی اگر پایگاه داده رمز عبور به خطر بیفتد، رمزهای عبور واقعی به دلیل پیچیدگی معکوس کردن هش پنهان می مانند.

در اصل، هش کردن به عنوان یک ابزار اساسی برای تضمین امنیت و یکپارچگی داده ها در برنامه های مختلف، از تراکنش های زنجیره بلوکی گرفته تا حفاظت از رمز عبور، عمل می کند. ماهیت یک طرفه آن و پیچیدگی عملیات درگیر آن را به روشی قوی برای حفاظت از اطلاعات دیجیتال تبدیل کرده است.

روش های هش محبوب رایج در سیستم های بلاک چین

فناوری بلاک چین از انواع الگوریتم های هش استفاده می کند که هر کدام دارای ویژگی های متمایز هستند تا امنیت و یکپارچگی داده ها را تضمین کنند. برخی از برجسته ترین الگوریتم های هش مورد استفاده در بلاک چین عبارتند از:

SHA-256 (الگوریتم هش ایمن 256 بیتی) : SHA-256 که توسط آژانس امنیت ملی (NSA) در سال 2001 توسعه یافت، یک الگوریتم هش برجسته در حوزه بلاک چین است. این یک رشته 64 کاراکتری تولید می کند که یک هش 256 بیتی را تشکیل می دهد. ویژگی های امنیتی قوی آن، آن را به یک انتخاب محبوب در بسیاری از ارزهای رمزنگاری شده از جمله بیت کوین تبدیل کرده است.

رمزگذاری : رمزگذاری یک تابع مشتق کلید است که به گونه‌ای طراحی شده است که نسبت به سایر الگوریتم‌ها حافظه فشرده‌تری داشته باشد. این افزایش نیاز به حافظه باعث می شود که در برابر حملات با استفاده از سخت افزار تخصصی مقاوم تر شود. Scrypt در ارزهای دیجیتال مختلف از جمله Litecoin استفاده می شود و امنیت آنها را در برابر تهدیدات مبتنی بر سخت افزار افزایش می دهد.

Ethash : Ethash که برای بلاک چین اتریوم طراحی شده است، یک الگوریتم هش سخت حافظه است. این مهندسی شده است که در برابر ماینرهای ASIC (مدار مجتمع ویژه برنامه) که سخت افزار بسیار تخصصی طراحی شده برای استخراج کارآمد ارزهای دیجیتال هستند، مقاوم باشد. هدف طراحی Ethash دموکراتیک کردن فرآیند استخراج است و آن را برای طیف گسترده‌تری از شرکت‌کنندگان در دسترس قرار می‌دهد.

Equihash : Equihash یکی دیگر از الگوریتم های هش محدود به حافظه است که به دلیل مقاومت در برابر استخراج ASIC شناخته شده است. این ارز توسط چندین ارز دیجیتال مانند Zcash برای ارتقای چشم‌انداز استخراج منصفانه‌تر که در آن سخت‌افزار تخصصی مزیت کمتری ارائه می‌دهد، استفاده می‌شود.

در اصل، در حالی که این الگوریتم ها در رویکرد و ویژگی های خاص خود متفاوت هستند، همه آنها یک هدف مشترک دارند: تبدیل یک ورودی به یک هش با اندازه ثابت. این هش به عنوان یک اثر انگشت دیجیتال منحصر به فرد ورودی عمل می کند و نقش مهمی در حفظ امنیت و صحت تراکنش ها و داده های بلاک چین ایفا می کند.

در هش، مقاومت در برابر برخورد یک ویژگی کلیدی است

در هش، برخورد به اتفاقی اطلاق می شود که در آن دو ورودی مجزا خروجی هش یکسانی تولید می کنند. از نظر تئوری، این امکان پذیر است زیرا مجموعه تمام خروجی های هش ممکن محدود است، در حالی که مجموعه ورودی های بالقوه نامحدود است. با این حال، احتمال وقوع یک برخورد در عمل بسیار کم است و الگوریتم‌های هش را در برابر چنین اتفاقاتی مقاوم می‌کند، اگرچه کاملاً مصون نیست.

با در نظر گرفتن مثال SHA-256 که در بلاک چین بیت کوین استفاده می شود، هش هایی به طول 256 بیت تولید می کند. این به 2^256 ترکیب هش منحصر به فرد ممکن ترجمه می شود، عددی که به قدری زیاد است که درک آن سخت است. برای درک این موضوع، 2^256 تقریباً با تعداد اتم‌های موجود در جهان قابل مشاهده قابل مقایسه است.

وقتی تعداد ورودی‌ها از مجموع هش‌های منحصربه‌فرد ممکن بیشتر شود، از نظر تئوری، حداقل دو ورودی یک هش را ایجاد می‌کنند که منجر به برخورد می‌شود. اما در واقعیت، تعداد نجومی ترکیبات منحصر به فرد در SHA-256 احتمال عملی مواجهه با چنین برخوردی را ناچیز می کند.

این تعداد بی‌شمار خروجی‌های بالقوه، هش را از قابل بهره‌برداری محافظت می‌کند. مقیاس بزرگ این اعداد احتمال بسیار کم برخورد را تضمین می کند و به امنیت و قابلیت اطمینان هش در فناوری بلاک چین کمک می کند. علیرغم امکان تئوری، خطرات عملی چنین رخدادهایی در الگوریتم‌های هش خوب طراحی شده مانند SHA-256 بی‌نهایت کوچک است و اثربخشی آن‌ها را در امنیت تراکنش‌های دیجیتال و یکپارچگی داده‌ها در سیستم‌های بلاک چین تقویت می‌کند.

توابع هش به گونه ای طراحی شده اند که غیرقابل معکوس باشند

معکوس کردن یک تابع هش برای اطمینان از ورودی اصلی آن یک کار فوق العاده چالش برانگیز است که با فناوری فعلی غیرممکن است. اساساً توابع هش به گونه ای طراحی شده اند که فرآیندهای یک طرفه باشند. با توجه به یک خروجی، استنباط ورودی اصلی که آن را تولید کرده است، عملا غیرممکن است.

روش اولیه برای تلاش برای این معکوس کردن، به عنوان نیروی بی رحم شناخته می شود، که شامل آزمایش سیستماتیک هر رشته ممکن تا زمانی که به طور تصادفی به رشته صحیح برسد، می باشد. با این حال، عملی بودن این رویکرد بسیار مشکوک است. توان محاسباتی مورد نیاز برای اجرای چنین عملیاتی فراتر از توانایی های پیشرفته ترین ابررایانه هاست.

به عنوان مثال، IBM Summit را در نظر بگیرید، یکی از قدرتمندترین ابررایانه های جهان، که قادر به انجام چندین تریلیون محاسبه در ثانیه است. حتی با وجود این قدرت پردازشی عظیم، Summit به زمان زیادی نیاز دارد، احتمالاً سال‌ها، و مقدار حیرت‌انگیز انرژی برای مهندسی معکوس موفقیت‌آمیز یک هش واحد. این سناریو غیرعملی بودن و تقریباً غیرممکن بودن هش‌های معکوس را نشان می‌دهد، به ویژه آنهایی که به پیچیدگی SHA-256 در فناوری‌های بلاک چین استفاده می‌شوند.

این مشکل ذاتی جنبه امنیتی هش در برنامه های رمزنگاری را تقویت می کند. این تضمین می‌کند که داده‌های حساس، پس از هش کردن، حتی در برابر پیچیده‌ترین تلاش‌ها برای رمزگشایی ایمن باقی می‌مانند و توابع هش را به سنگ بنای پروتکل‌های امنیت سایبری مدرن و یکپارچگی بلاک چین تبدیل می‌کنند.