Comment fonctionne le hachage dans la blockchain ?

Une fonction de hachage cryptographique, terme souvent utilisé dans le contexte du bitcoin et des crypto-monnaies, est la pierre angulaire de la technologie blockchain. Cette fonction mathématique prend une entrée, ou un « message », et la convertit en une chaîne de caractères de taille fixe, appelée « hachage ».

Le hachage, le processus d'application d'une fonction de hachage à une entrée, est un élément essentiel non seulement dans le protocole Bitcoin mais dans le cadre plus large de la sécurité de l'information. Dans la blockchain, ce processus implique généralement de convertir les données d'un bloc en un hachage qui est ensuite stocké dans ce bloc.

Ce mécanisme est vital pour maintenir la sécurité et l’intégrité de la blockchain. En comprenant le rôle du hachage, on obtient un aperçu des aspects fondamentaux de la technologie blockchain et de son importance à la fois dans le domaine de la crypto-monnaie et de la sécurité de l'information.

Qu'est-ce qu'une fonction de hachage dans les crypto-monnaies ?

Fondamentalement, une fonction de hachage est une opération mathématique qui accepte une entrée de n'importe quelle taille, la traite et produit une sortie d'une taille fixe, appelée hachage. Cette transformation est cohérente : quelle que soit la longueur de l'entrée – qu'il s'agisse d'une seule lettre, d'un mot, d'une phrase ou d'un livre entier – le hachage, souvent appelé résumé, conserve une longueur constante.

Cette fonctionnalité des fonctions de hachage est largement utilisée dans le domaine de la sécurité des informations, notamment pour la protection des mots de passe. Lorsque vous créez un compte sur un site Web, votre mot de passe est transformé par une fonction de hachage, ce qui donne lieu à un résumé de hachage qui est ensuite stocké par le service. Lors de la connexion, le mot de passe que vous saisissez subit la même fonction de hachage et le hachage résultant est comparé à celui stocké pour vérifier votre identité.

Cette méthode améliore la sécurité car même si un pirate informatique accède à la base de données avec ces résumés de hachage, déchiffrer le mot de passe d'origine à partir du hachage est extrêmement difficile. Cela est dû à la conception de la fonction de hachage, qui rend impossible, sur le plan informatique, l'inverse du processus ou la recherche de deux entrées différentes produisant la même sortie de hachage (une propriété connue sous le nom de résistance aux collisions).

De plus, les systèmes modernes mettent souvent en œuvre le « salting », une technique dans laquelle une valeur unique est ajoutée au mot de passe avant le hachage. Cela garantit que même des mots de passe identiques aboutissent à des hachages différents, ce qui complique encore davantage les tentatives des pirates informatiques d'utiliser des tables précalculées (comme les tables arc-en-ciel) pour déchiffrer les mots de passe. Ce mécanisme de sécurité robuste fait partie intégrante de la protection des données des utilisateurs sur diverses plateformes en ligne.

Fonctions clés du hachage

Le hachage, un aspect fondamental de la technologie blockchain, remplit plusieurs fonctions essentielles :

Amélioration de la sécurité : les fonctions de hachage sont conçues pour être des opérations à sens unique, ce qui rend extrêmement difficile le retour à l'entrée d'origine de son hachage. Cette caractéristique est cruciale dans la blockchain, car la modification des données au sein d'un bloc modifie son hachage. Ainsi, toute modification devient évidente, préservant ainsi l'intégrité de la blockchain. Cette nature unidirectionnelle du hachage dissuade toute falsification potentielle des données, préservant ainsi la fiabilité de la blockchain.

Faciliter la vérification des données : les hachages jouent un rôle déterminant dans la vérification de l'authenticité des données de la blockchain. En comparant le hachage d'un bloc avec le hachage référencé dans le bloc suivant, il est possible de confirmer l'intégrité des données. Dans des réseaux comme Bitcoin, chaque bloc inclut le hachage du bloc précédent, créant ainsi une chaîne interdépendante. Toute tentative de modification des données précédentes perturbe cette chaîne, invalidant les hachages ultérieurs et alertant le réseau d'une falsification potentielle.

Agissant comme des pointeurs de bloc : les hachages fonctionnent également comme des pointeurs au sein de la blockchain. En stockant le hachage d'un bloc dans le bloc suivant, un lien séquentiel est établi. Cette méthode de liaison forme la structure de la blockchain, où chaque bloc est interconnecté via son hachage unique, garantissant une chaîne de données chronologique et ininterrompue.

Prise en charge des mécanismes de consensus : dans les réseaux blockchain utilisant des mécanismes de consensus de preuve de travail (PoW), comme Bitcoin, le hachage est essentiel. Les mineurs doivent résoudre des énigmes complexes liées au hachage pour valider et ajouter de nouveaux blocs à la blockchain. La difficulté de ces énigmes est réglable, régulant le taux de création de nouveaux blocs et maintenant la stabilité du réseau. Ce processus garantit une méthode décentralisée et démocratique de validation des transactions et de maintenance de la blockchain.

Dans l’ensemble, le hachage n’est pas seulement une fonctionnalité de sécurité ; il s'agit d'un outil aux multiples facettes qui sous-tend la fonctionnalité, l'intégrité et la fiabilité des réseaux blockchain. En permettant un stockage de données sécurisé, vérifiable et interconnecté, le hachage est indispensable au fonctionnement efficace et fiable des systèmes blockchain.

Comment fonctionne généralement le hachage ?

Le processus de hachage fait partie intégrante de la sécurité et de l'intégrité des données et comprend plusieurs étapes clés :

Traitement des entrées via l'algorithme de hachage : le hachage commence par les données d'entrée, qui peuvent aller d'une chaîne de texte à un fichier ou une série de transactions au sein d'une blockchain. Cette entrée subit un traitement par un algorithme de hachage, qui applique diverses opérations mathématiques et logiques. Ces opérations peuvent inclure des transformations mathématiques, des opérations au niveau du bit et des fonctions logiques, transformant l'entrée en hachage.

Création d'un hachage unique sous forme d'empreinte numérique : le résultat de ce processus est un hachage, semblable à une empreinte numérique de l'entrée d'origine. Ce hachage, souvent une chaîne de caractères hexadécimaux, est de longueur fixe et varie en fonction de l'algorithme choisi. Le nœud du hachage réside dans sa nature fonctionnelle à sens unique, ce qui rend extrêmement difficile la rétro-ingénierie de l'entrée originale du hachage. Cette caractéristique est vitale dans des scénarios comme la blockchain, où la modification des données d'un bloc modifie son hachage, signalant ainsi une manipulation potentielle des données.

Stockage du hachage en tant que signature numérique : une fois généré, le hachage est stocké avec les données dans un bloc, agissant comme une signature numérique qui vérifie l'intégrité des données. Lorsque la récupération des données est nécessaire, le recalcul du hachage et sa mise en correspondance avec le hachage stocké confirme l'absence de falsification.

Au-delà de ces étapes, les algorithmes de hachage jouent un rôle central dans d’autres applications de sécurité :

Systèmes d'authentification par mot de passe : dans de tels systèmes, le mot de passe d'un utilisateur est haché puis comparé au hachage stocké du mot de passe correct. Une correspondance accorde l'accès, garantissant que même si une base de données de mots de passe est compromise, les mots de passe réels restent masqués en raison de la complexité d'inverser le hachage.

Essentiellement, le hachage constitue un outil fondamental pour garantir la sécurité et l’intégrité des données dans diverses applications, des transactions blockchain à la protection par mot de passe. Son caractère unidirectionnel et la complexité des opérations impliquées en font une méthode robuste de sauvegarde des informations numériques.

Méthodes de hachage populaires répandues dans les systèmes blockchain

La technologie Blockchain utilise une variété d’algorithmes de hachage, chacun ayant des caractéristiques distinctes, pour garantir la sécurité et l’intégrité des données. Certains des algorithmes de hachage les plus remarquables utilisés dans la blockchain sont :

SHA-256 (Secure Hash Algorithm 256-bit) : Développé par la National Security Agency (NSA) en 2001, SHA-256 est un algorithme de hachage important dans la sphère blockchain. Il génère une chaîne de 64 caractères, formant un hachage de 256 bits. Ses fonctionnalités de sécurité robustes en ont fait un choix populaire dans de nombreuses crypto-monnaies, y compris Bitcoin.

Scrypt : Scrypt est une fonction de dérivation de clé conçue pour être plus gourmande en mémoire que les autres algorithmes. Ce besoin accru en mémoire le rend plus résistant aux attaques utilisant du matériel spécialisé. Scrypt est utilisé dans diverses crypto-monnaies, dont le Litecoin, améliorant leur sécurité contre les menaces matérielles.

Ethash : Conçu pour la blockchain Ethereum, Ethash est un algorithme de hachage à mémoire dure. Il est conçu pour résister aux mineurs ASIC (Application-Specific Integrated Circuit), qui sont du matériel hautement spécialisé conçu pour une extraction efficace de crypto-monnaie. La conception d'Ethash vise à démocratiser le processus minier, en le rendant accessible à un plus large éventail de participants.

Equihash : Equihash est un autre algorithme de hachage lié à la mémoire connu pour sa résistance au minage ASIC. Il est utilisé par plusieurs crypto-monnaies, telles que Zcash , pour promouvoir un paysage minier plus équitable où le matériel spécialisé offre moins d'avantages.

Essentiellement, bien que ces algorithmes diffèrent par leur approche et leurs propriétés spécifiques, ils partagent tous un objectif commun : transformer une entrée en un hachage de taille fixe. Ce hachage agit comme une empreinte numérique unique de l'entrée, jouant un rôle crucial dans le maintien de la sécurité et de l'authenticité des transactions et des données blockchain.

En hachage, la résistance aux collisions est une caractéristique clé

En hachage, une collision fait référence à l’occurrence où deux entrées distinctes génèrent la même sortie de hachage. Théoriquement, cela est possible puisque l’ensemble de toutes les sorties de hachage possibles est fini, alors que l’ensemble des entrées potentielles est infini. Cependant, la probabilité qu’une collision se produise dans la pratique est exceptionnellement faible, ce qui rend les algorithmes de hachage résistants, bien que pas totalement immunisés, contre de tels événements.

En prenant l'exemple du SHA-256, utilisé dans la blockchain de Bitcoin, il produit des hachages d'une longueur de 256 bits. Cela se traduit par 2^256 combinaisons de hachage uniques possibles, un nombre si vaste qu'il est difficile à comprendre. Pour mettre cela en perspective, 2 ^ 256 est à peu près comparable au nombre d'atomes dans l'univers observable.

Lorsque le nombre d'entrées dépasse le total de hachages uniques possibles, théoriquement, au moins deux entrées produiront le même hachage, conduisant à une collision. Mais en réalité, le nombre astronomique de combinaisons uniques dans SHA-256 rend négligeable la probabilité pratique de rencontrer une telle collision.

Cet immense nombre de résultats potentiels empêche le hachage d’être exploitable. L’ampleur de ces chiffres garantit une probabilité de collision extrêmement faible, contribuant ainsi à la sécurité et à la fiabilité du hachage dans la technologie blockchain. Malgré la possibilité théorique, les risques pratiques de tels événements dans des algorithmes de hachage bien conçus comme SHA-256 sont infinitésimaux, renforçant leur efficacité dans la sécurisation des transactions numériques et de l'intégrité des données dans les systèmes blockchain.

Les fonctions de hachage sont conçues pour être non inversibles

Inverser une fonction de hachage pour vérifier son entrée d'origine est une tâche extrêmement difficile, à la limite de l'impossible avec la technologie actuelle. Essentiellement, les fonctions de hachage sont conçues pour être des processus à sens unique. Étant donné un résultat, il est pratiquement impossible de déduire l’entrée originale qui l’a produit.

La principale méthode pour tenter cette inversion est connue sous le nom de force brute, qui consiste à essayer systématiquement toutes les chaînes possibles jusqu'à trouver la bonne. Cependant, la faisabilité de cette approche est très discutable. La puissance de calcul requise pour exécuter une telle opération dépasse les capacités des supercalculateurs, même les plus avancés.

Prenons par exemple IBM Summit, l'un des supercalculateurs les plus puissants au monde, capable d'exécuter plusieurs milliards de calculs par seconde. Même avec cette immense puissance de traitement, Summit aurait besoin d’un temps exorbitant, pouvant s’étendre sur des années, et d’une quantité stupéfiante d’énergie pour réussir la rétro-ingénierie d’un seul hachage. Ce scénario met en évidence l’impossibilité et la quasi-impossibilité d’inverser les hachages, en particulier ceux aussi complexes que SHA-256 utilisé dans les technologies blockchain.

Cette difficulté inhérente renforce l’aspect sécurité du hachage dans les applications cryptographiques. Il garantit que les données sensibles, une fois hachées, restent sécurisées contre les tentatives de décryptage les plus sophistiquées, faisant des fonctions de hachage la pierre angulaire des protocoles de cybersécurité modernes et de l'intégrité de la blockchain.