Come funziona l'hashing nella Blockchain?

Una funzione di hash crittografico, un termine spesso sentito nel contesto di bitcoin e criptovalute, è una pietra angolare della tecnologia blockchain. Questa funzione matematica accetta un input, o un "messaggio", e lo converte in una stringa di caratteri di dimensione fissa, nota come "hash".

L'hashing, il processo di applicazione di una funzione hash a un input, è un elemento critico non solo nel protocollo bitcoin ma nell'ambito più ampio della sicurezza delle informazioni. Nella blockchain, questo processo comporta in genere la conversione dei dati all'interno di un blocco in un hash che viene quindi archiviato in quel blocco.

Questo meccanismo è vitale per mantenere la sicurezza e l’integrità della blockchain. Comprendendo il ruolo dell'hashing, si acquisiscono informazioni sugli aspetti fondamentali della tecnologia blockchain e sul suo significato sia nel regno delle criptovalute che nella sicurezza delle informazioni.

Cos'è una funzione hash nelle criptovalute?

Una funzione hash, fondamentalmente, è un'operazione matematica che accetta input di qualsiasi dimensione, lo elabora e produce un output di dimensione fissa, noto come hash. Questa trasformazione è coerente: indipendentemente dalla lunghezza dell’input – che si tratti di una singola lettera, una parola, una frase o un intero libro – l’hash, spesso definito digest, mantiene una lunghezza costante.

Questa caratteristica delle funzioni hash è ampiamente utilizzata nella sicurezza delle informazioni, in particolare nella salvaguardia delle password. Quando registri un account su un sito web, la tua password viene trasformata da una funzione hash, risultando in un hash digest che viene poi archiviato dal servizio. Al momento dell'accesso, la password inserita viene sottoposta alla stessa funzione hash e l'hash risultante viene confrontato con quello memorizzato per verificare la tua identità.

Questo metodo migliora la sicurezza perché anche se un hacker riesce ad accedere al database con questi hash digest, decifrare la password originale dall'hash è estremamente difficile. Ciò è dovuto alla progettazione della funzione hash, che rende computazionalmente impossibile invertire il processo o trovare due input diversi che producono lo stesso output hash (una proprietà nota come resistenza alle collisioni).

Inoltre, i sistemi moderni spesso implementano il "salting", una tecnica in cui un valore univoco viene aggiunto alla password prima dell'hashing. Ciò garantisce che anche password identiche risultino in hash diversi, complicando ulteriormente i tentativi degli hacker di utilizzare tabelle precalcolate (come le tabelle arcobaleno) per decifrare le password. Questo robusto meccanismo di sicurezza è parte integrante della protezione dei dati degli utenti su varie piattaforme online.

Funzioni chiave dell'hashing

L'hashing, un aspetto fondamentale della tecnologia blockchain, svolge diverse funzioni critiche:

Miglioramento della sicurezza : le funzioni hash sono progettate per essere operazioni unidirezionali, rendendo estremamente difficile tornare indietro all'input originale dal suo hash. Questa caratteristica è cruciale nella blockchain, poiché l’alterazione dei dati all’interno di un blocco ne modifica l’hash. Di conseguenza, qualsiasi modifica diventa evidente, salvaguardando l'integrità della blockchain. Questa natura unidirezionale dell’hashing scoraggia potenziali manomissioni dei dati, mantenendo l’affidabilità della blockchain.

Facilitare la verifica dei dati : gli hash sono fondamentali per verificare l'autenticità dei dati blockchain. Confrontando l'hash di un blocco con l'hash a cui si fa riferimento nel blocco successivo, è possibile confermare l'integrità dei dati. Nelle reti come Bitcoin, ogni blocco include l'hash del blocco precedente, creando una catena interdipendente. Qualsiasi tentativo di alterare i dati precedenti interrompe questa catena, invalidando gli hash successivi e avvisando la rete di potenziali manomissioni.

Fungere da puntatori a blocchi : gli hash funzionano anche come puntatori all'interno della blockchain. Memorizzando l'hash di un blocco nel blocco successivo, viene stabilito un collegamento sequenziale. Questo metodo di collegamento costituisce la struttura della blockchain, in cui ogni blocco è interconnesso tramite il suo hash univoco, garantendo una catena di dati cronologica e ininterrotta.

Supportare i meccanismi di consenso : nelle reti blockchain che impiegano meccanismi di consenso proof-of-work (PoW), come Bitcoin, l’hashing è fondamentale. I minatori devono risolvere complessi enigmi legati all'hash per convalidare e aggiungere nuovi blocchi alla blockchain. La difficoltà di questi enigmi è regolabile, regolando la velocità di creazione di nuovi blocchi e mantenendo la stabilità della rete. Questo processo garantisce un metodo decentralizzato e democratico per convalidare le transazioni e mantenere la blockchain.

Nel complesso, l'hashing non è solo una funzionalità di sicurezza; è uno strumento poliedrico che sostiene la funzionalità, l'integrità e l'affidabilità delle reti blockchain. Consentendo un’archiviazione dei dati sicura, verificabile e interconnessa, l’hashing è indispensabile per il funzionamento efficiente e affidabile dei sistemi blockchain.

Come funziona in generale l'hashing?

Il processo di hashing è parte integrante della sicurezza e dell'integrità dei dati ed è costituito da diversi passaggi chiave:

Elaborazione dell'input tramite l'algoritmo di hashing : l'hashing inizia con i dati di input, che potrebbero essere qualsiasi cosa, da una stringa di testo a un file o una serie di transazioni all'interno di una blockchain. Questo input viene elaborato da un algoritmo di hashing, che applica varie operazioni matematiche e logiche. Queste operazioni potrebbero includere trasformazioni matematiche, operazioni bit a bit e funzioni logiche, trasformando l'input in un hash.

Creazione di un hash unico come impronta digitale : il risultato di questo processo è un hash, simile a un'impronta digitale dell'input originale. Questo hash, spesso una stringa di caratteri esadecimali, ha una lunghezza fissa e varia in base all'algoritmo scelto. Il punto cruciale dell’hashing risiede nella sua natura di funzione unidirezionale, che rende estremamente difficile il reverse engineering dell’input originale dall’hash. Questa caratteristica è vitale in scenari come la blockchain, dove l’alterazione dei dati in un blocco ne modifica l’hash, segnalando così la potenziale manipolazione dei dati.

Memorizzazione dell'hash come firma digitale : una volta generato, l'hash viene archiviato insieme ai dati all'interno di un blocco, fungendo da firma digitale che verifica l'integrità dei dati. Quando è necessario il recupero dei dati, il ricalcolo dell'hash e la corrispondenza con l'hash archiviato conferma l'assenza di manomissioni.

Oltre a questi passaggi, gli algoritmi di hashing svolgono un ruolo fondamentale in altre applicazioni di sicurezza:

Sistemi di autenticazione tramite password: in tali sistemi, la password di un utente viene sottoposta ad hashing e quindi confrontata con l'hash memorizzato della password corretta. Una corrispondenza garantisce l'accesso, garantendo che anche se un database di password viene compromesso, le password effettive rimangono nascoste a causa della complessità dell'inversione dell'hash.

In sostanza, l’hashing funge da strumento fondamentale per garantire la sicurezza e l’integrità dei dati in varie applicazioni, dalle transazioni blockchain alla protezione tramite password. La sua natura unidirezionale e la complessità delle operazioni coinvolte lo rendono un metodo robusto per salvaguardare le informazioni digitali.

Metodi di hashing popolari prevalenti nei sistemi blockchain

La tecnologia Blockchain utilizza una varietà di algoritmi di hashing, ciascuno con caratteristiche distinte, per garantire la sicurezza e l'integrità dei dati. Alcuni degli algoritmi di hashing più importanti utilizzati nella blockchain sono:

SHA-256 (Secure Hash Algorithm 256-bit) : sviluppato dalla National Security Agency (NSA) nel 2001, SHA-256 è un importante algoritmo di hashing nella sfera blockchain. Genera una stringa di 64 caratteri, formando un hash di 256 bit. Le sue robuste funzionalità di sicurezza lo hanno reso una scelta popolare in molte criptovalute, incluso Bitcoin.

Scrypt : Scrypt è una funzione di derivazione della chiave progettata per utilizzare più memoria rispetto ad altri algoritmi. Questo maggiore fabbisogno di memoria lo rende più resistente agli attacchi che utilizzano hardware specializzato. Scrypt viene utilizzato in varie criptovalute, incluso Litecoin, migliorandone la sicurezza contro le minacce basate sull'hardware.

Ethash : personalizzato per la blockchain di Ethereum, Ethash è un algoritmo di hashing che richiede molta memoria. È progettato per resistere ai minatori ASIC (circuiti integrati specifici per l'applicazione), che sono hardware altamente specializzati progettati per un efficiente mining di criptovaluta. Il progetto di Ethash mira a democratizzare il processo di mining, rendendolo accessibile a una gamma più ampia di partecipanti.

Equihash : Equihash è un altro algoritmo di hashing legato alla memoria noto per la sua resistenza al mining ASIC. Viene utilizzato da diverse criptovalute, come Zcash , per promuovere un panorama minerario più equo in cui l'hardware specializzato offre meno vantaggi.

In sostanza, sebbene questi algoritmi differiscano nell’approccio e nelle proprietà specifiche, condividono tutti uno scopo comune: trasformare un input in un hash di dimensione fissa. Questo hash funge da impronta digitale unica dell'input, svolgendo un ruolo cruciale nel mantenere la sicurezza e l'autenticità delle transazioni e dei dati blockchain.

Nell'hashing, la resistenza alle collisioni è una caratteristica chiave

Nell'hashing, una collisione si riferisce al caso in cui due input distinti generano lo stesso output hash. In teoria, ciò è possibile poiché l’insieme di tutti i possibili output dell’hash è finito, mentre l’insieme dei potenziali input è infinito. Tuttavia, la probabilità che si verifichi una collisione nella pratica è eccezionalmente bassa, il che rende gli algoritmi di hashing resistenti, anche se non del tutto immuni, a tali eventi.

Prendendo l'esempio di SHA-256, utilizzato nella blockchain di Bitcoin, produce hash lunghi 256 bit. Ciò si traduce in 2^256 possibili combinazioni di hash uniche, un numero così vasto che è difficile da comprendere. Per metterlo in prospettiva, 2^256 è approssimativamente paragonabile al numero di atomi nell'universo osservabile.

Quando il numero di input supera il totale degli hash univoci possibili, in teoria almeno due input produrranno lo stesso hash, portando a una collisione. Ma in realtà, il numero astronomico di combinazioni uniche in SHA-256 rende trascurabile la probabilità pratica di incontrare una tale collisione.

Questo immenso numero di output potenziali impedisce che l’hashing sia sfruttabile. La vastità di questi numeri garantisce una probabilità estremamente bassa di collisioni, contribuendo alla sicurezza e all’affidabilità dell’hashing nella tecnologia blockchain. Nonostante la possibilità teorica, i rischi pratici di tali eventi in algoritmi di hashing ben progettati come SHA-256 sono infinitesimamente piccoli, rafforzando la loro efficacia nel proteggere le transazioni digitali e l’integrità dei dati nei sistemi blockchain.

Le funzioni di hashing sono progettate per essere non invertibili

Invertire una funzione hash per accertarne l’input originale è un compito straordinariamente impegnativo, al limite dell’impossibile con la tecnologia attuale. Essenzialmente, le funzioni hash sono progettate per essere processi unidirezionali. Dato un output, è praticamente impossibile dedurre l'input originale che lo ha prodotto.

Il metodo principale per tentare questa inversione è noto come forza bruta, che consiste nel provare sistematicamente ogni corda possibile fino a imbattersi in quella corretta. Tuttavia, la praticità di questo approccio è altamente discutibile. La potenza di calcolo richiesta per eseguire tale operazione va oltre le capacità anche dei supercomputer più avanzati.

Consideriamo ad esempio IBM Summit, uno dei supercomputer più potenti al mondo, in grado di eseguire migliaia di miliardi di calcoli al secondo. Anche con questa immensa potenza di elaborazione, Summit avrebbe bisogno di una quantità esorbitante di tempo, forse anni, e di un’incredibile quantità di energia per decodificare con successo un singolo hash. Questo scenario evidenzia l’impraticabilità e la quasi impossibilità di invertire gli hash, in particolare quelli complessi come SHA-256 utilizzato nelle tecnologie blockchain.

Questa difficoltà intrinseca rafforza l'aspetto della sicurezza dell'hashing nelle applicazioni crittografiche. Garantisce che i dati sensibili, una volta sottoposti ad hashing, rimangano sicuri anche contro i tentativi più sofisticati di decrittazione, rendendo le funzioni di hash una pietra angolare dei moderni protocolli di sicurezza informatica e dell'integrità della blockchain.

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