Jak działa hashowanie w Blockchain?

Kryptograficzna funkcja skrótu, termin często słyszany w kontekście bitcoinów i kryptowalut, jest kamieniem węgielnym technologii blockchain. Ta funkcja matematyczna pobiera dane wejściowe, czyli „wiadomość”, i konwertuje ją na ciąg znaków o stałym rozmiarze, zwany „haszem”.

Haszowanie, czyli proces stosowania funkcji skrótu na wejściu, jest krytycznym elementem nie tylko w protokole bitcoin, ale w szerszym zakresie bezpieczeństwa informacji. W łańcuchu bloków proces ten zazwyczaj obejmuje konwersję danych w bloku na skrót, który jest następnie przechowywany w tym bloku.

Mechanizm ten jest niezbędny do utrzymania bezpieczeństwa i integralności blockchainu. Rozumiejąc rolę hashowania, można uzyskać wgląd w podstawowe aspekty technologii blockchain i jej znaczenie zarówno w sferze kryptowalut, jak i bezpieczeństwa informacji.

Co to jest funkcja skrótu w kryptowalutach?

Zasadniczo funkcja skrótu jest operacją matematyczną, która przyjmuje dane wejściowe o dowolnym rozmiarze, przetwarza je i generuje wynik o stałym rozmiarze, zwany skrótem. Ta transformacja jest spójna: niezależnie od długości danych wejściowych – pojedynczej litery, słowa, zdania czy całej książki – skrót, często nazywany skrótem, utrzymuje stałą długość.

Ta funkcja funkcji skrótu jest szeroko stosowana w bezpieczeństwie informacji, szczególnie w zabezpieczaniu haseł. Kiedy rejestrujesz konto na stronie internetowej, Twoje hasło jest przekształcane przez funkcję skrótu, w wyniku czego powstaje skrót skrótu, który jest następnie przechowywany przez usługę. Po zalogowaniu wprowadzone hasło podlega tej samej funkcji skrótu, a wynikowy skrót jest porównywany z przechowywanym w celu sprawdzenia Twojej tożsamości.

Ta metoda zwiększa bezpieczeństwo, ponieważ nawet jeśli haker uzyska dostęp do bazy danych za pomocą skrótów skrótu, odszyfrowanie oryginalnego hasła z skrótu jest niezwykle trudne. Wynika to z konstrukcji funkcji mieszającej, która sprawia, że odwrócenie procesu lub znalezienie dwóch różnych danych wejściowych, które dają taki sam wynik mieszający, jest niewykonalne obliczeniowo (właściwość znana jako odporność na kolizje).

Ponadto nowoczesne systemy często wdrażają „solenie”, technikę polegającą na dodawaniu unikalnej wartości do hasła przed haszowaniem. Dzięki temu nawet identyczne hasła dają różne skróty, co jeszcze bardziej komplikuje próby wykorzystania przez hakerów wstępnie obliczonych tabel (takich jak tablice Rainbow) do złamania haseł. Ten solidny mechanizm bezpieczeństwa odgrywa kluczową rolę w ochronie danych użytkowników na różnych platformach internetowych.

Kluczowe funkcje hashowania

Haszowanie, podstawowy aspekt technologii blockchain, spełnia kilka kluczowych funkcji:

Zwiększanie bezpieczeństwa : funkcje skrótu są zaprojektowane jako operacje jednokierunkowe, co sprawia, że powrót do oryginalnych danych wejściowych z ich skrótu jest niezwykle trudny. Ta cecha jest kluczowa w blockchainie, ponieważ zmiana danych w bloku powoduje zmianę jego skrótu. W rezultacie każda modyfikacja staje się oczywista, chroniąc integralność blockchainu. Ten jednokierunkowy charakter mieszania zapobiega potencjalnemu manipulowaniu danymi, utrzymując wiarygodność łańcucha bloków.

Ułatwienie weryfikacji danych : Hashe odgrywają zasadniczą rolę w weryfikacji autentyczności danych blockchain. Porównując hash bloku z hashem, do którego odwołuje się kolejny blok, można potwierdzić integralność danych. W sieciach takich jak Bitcoin każdy blok zawiera skrót poprzedniego bloku, tworząc współzależny łańcuch. Jakakolwiek próba zmiany poprzednich danych zakłóca ten łańcuch, unieważniając kolejne skróty i ostrzegając sieć o potencjalnym manipulacji.

Działając jako wskaźniki blokowe : Hashe działają również jako wskaźniki w łańcuchu blokowym. Zapisując skrót bloku w następnym bloku, ustanawiane jest łącze sekwencyjne. Ta metoda łączenia tworzy strukturę łańcucha bloków, w którym każdy blok jest połączony poprzez swój unikalny skrót, zapewniając chronologiczny i nieprzerwany łańcuch danych.

Wspieranie mechanizmów konsensusu : W sieciach blockchain wykorzystujących mechanizmy konsensusu typu „proof-of-work” (PoW), takie jak Bitcoin, haszowanie ma kluczowe znaczenie. Górnicy muszą rozwiązywać złożone łamigłówki związane z hashowaniem, aby zweryfikować i dodać nowe bloki do łańcucha bloków. Trudność tych łamigłówek można regulować, regulując tempo tworzenia nowych bloków i utrzymując stabilność sieci. Proces ten zapewnia zdecentralizowaną i demokratyczną metodę zatwierdzania transakcji i utrzymywania blockchainu.

Ogólnie rzecz biorąc, haszowanie to nie tylko funkcja bezpieczeństwa; to wieloaspektowe narzędzie, które leży u podstaw funkcjonalności, integralności i niezawodności sieci blockchain. Umożliwiając bezpieczne, weryfikowalne i powiązane przechowywanie danych, hashowanie jest niezbędne w wydajnym i godnym zaufania działaniu systemów blockchain.

Jak ogólnie działa haszowanie?

Proces mieszania jest integralną częścią bezpieczeństwa i integralności danych i składa się z kilku kluczowych etapów:

Przetwarzanie danych wejściowych za pomocą algorytmu mieszania : mieszanie rozpoczyna się od danych wejściowych, którymi może być dowolny tekst, od ciągu tekstowego po plik lub serię transakcji w łańcuchu bloków. Dane wejściowe są przetwarzane przez algorytm mieszający, który stosuje różne operacje matematyczne i logiczne. Operacje te mogą obejmować przekształcenia matematyczne, operacje bitowe i funkcje logiczne, przekształcające dane wejściowe w skrót.

Tworzenie unikalnego skrótu jako cyfrowego odcisku palca : Wynikiem tego procesu jest skrót, podobny do cyfrowego odcisku palca oryginalnego wejścia. Ten skrót, często ciąg znaków szesnastkowych, ma stałą długość i zmienia się w zależności od wybranego algorytmu. Istota mieszania leży w jego jednokierunkowym charakterze funkcji, co sprawia, że inżynieria wsteczna oryginalnych danych wejściowych z skrótu jest niezwykle trudna. Ta cecha jest niezbędna w scenariuszach takich jak blockchain, gdzie zmiana danych w bloku powoduje zmianę jego skrótu, sygnalizując w ten sposób potencjalną manipulację danymi.

Przechowywanie skrótu jako podpisu cyfrowego : Po wygenerowaniu skrót jest przechowywany wraz z danymi w bloku, działając jako podpis cyfrowy weryfikujący integralność danych. Gdy konieczne jest pobranie danych, ponowne obliczenie skrótu i dopasowanie go do zapisanego skrótu potwierdza brak manipulacji.

Poza tymi krokami algorytmy mieszające odgrywają kluczową rolę w innych aplikacjach zabezpieczających:

Systemy uwierzytelniania hasłem: w takich systemach hasło użytkownika jest szyfrowane, a następnie porównywane z przechowywanym skrótem prawidłowego hasła. Dopasowanie zapewnia dostęp, zapewniając, że nawet w przypadku naruszenia bezpieczeństwa bazy danych haseł rzeczywiste hasła pozostaną ukryte ze względu na złożoność odwracania skrótu.

Zasadniczo haszowanie służy jako podstawowe narzędzie zapewniające bezpieczeństwo i integralność danych w różnych aplikacjach, od transakcji typu blockchain po ochronę hasłem. Jej jednokierunkowy charakter i złożoność operacji sprawiają, że jest to solidna metoda ochrony informacji cyfrowych.

Popularne metody haszujące powszechnie stosowane w systemach blockchain

Technologia Blockchain wykorzystuje różnorodne algorytmy mieszające, każdy o innej charakterystyce, aby zapewnić bezpieczeństwo i integralność danych. Niektóre z najbardziej znanych algorytmów mieszających stosowanych w blockchain to:

SHA-256 (256-bitowy algorytm bezpiecznego skrótu) : opracowany przez Agencję Bezpieczeństwa Narodowego (NSA) w 2001 roku, SHA-256 jest wiodącym algorytmem haszującym w sferze blockchain. Generuje ciąg 64-znakowy, tworząc 256-bitowy skrót. Solidne funkcje bezpieczeństwa sprawiły, że jest to popularny wybór w przypadku wielu kryptowalut, w tym Bitcoina.

Scrypt : Scrypt to funkcja wyprowadzania klucza, zaprojektowana tak, aby wymagała więcej pamięci niż inne algorytmy. To zwiększone zapotrzebowanie na pamięć czyni ją bardziej odporną na ataki przy użyciu specjalistycznego sprzętu. Scrypt jest stosowany w różnych kryptowalutach, w tym w Litecoinie, zwiększając ich bezpieczeństwo przed zagrożeniami sprzętowymi.

Ethash : Dostosowany do blockchainu Ethereum, Ethash to algorytm mieszający wymagający dużej pamięci. Został zaprojektowany tak, aby był odporny na kopacze ASIC (Application-Specific Integrated Circuit), które są wysoce wyspecjalizowanym sprzętem zaprojektowanym do wydajnego wydobywania kryptowalut. Projekt Ethash ma na celu demokratyzację procesu wydobywczego, czyniąc go dostępnym dla szerszego grona uczestników.

Equihash : Equihash to kolejny algorytm mieszający związany z pamięcią, znany ze swojej odporności na wydobywanie ASIC. Jest wykorzystywany przez kilka kryptowalut, takich jak Zcash , w celu promowania bardziej sprawiedliwego krajobrazu wydobywczego, w którym specjalistyczny sprzęt oferuje mniejsze korzyści.

Zasadniczo, chociaż algorytmy te różnią się podejściem i specyficznymi właściwościami, wszystkie mają wspólny cel: przekształcenie danych wejściowych w skrót o stałym rozmiarze. Ten skrót działa jak unikalny cyfrowy odcisk palca wejścia, odgrywając kluczową rolę w utrzymaniu bezpieczeństwa i autentyczności transakcji i danych blockchain.

W przypadku mieszania kluczową cechą jest odporność na kolizje

W przypadku mieszania kolizja odnosi się do wystąpienia, w którym dwa różne dane wejściowe generują ten sam wynik mieszania. Teoretycznie jest to możliwe, ponieważ zbiór wszystkich możliwych wyników mieszania jest skończony, natomiast zbiór potencjalnych wejść jest nieskończony. Jednakże prawdopodobieństwo wystąpienia kolizji w praktyce jest wyjątkowo niskie, co sprawia, że algorytmy mieszające są odporne, choć nie całkowicie, na takie zdarzenia.

Biorąc przykład SHA-256, używany w łańcuchu bloków Bitcoina, tworzy skróty o długości 256 bitów. Przekłada się to na 2^256 możliwych unikalnych kombinacji skrótów, liczbę tak ogromną, że trudno ją zrozumieć. Dla porównania, 2^256 jest w przybliżeniu porównywalne z liczbą atomów w obserwowalnym wszechświecie.

Gdy liczba wejść przekracza całkowitą liczbę możliwych unikalnych skrótów, teoretycznie co najmniej dwa wejścia dadzą ten sam skrót, co prowadzi do kolizji. Ale w rzeczywistości astronomiczna liczba unikalnych kombinacji w SHA-256 sprawia, że praktyczne prawdopodobieństwo wystąpienia takiej kolizji jest znikome.

Ta ogromna liczba potencjalnych wyników zabezpiecza haszowanie przed możliwością wykorzystania. Już sama skala tych liczb zapewnia wyjątkowo niskie prawdopodobieństwo kolizji, przyczyniając się do bezpieczeństwa i niezawodności hashowania w technologii blockchain. Pomimo teoretycznej możliwości, praktyczne ryzyko takich zdarzeń w dobrze zaprojektowanych algorytmach mieszających, takich jak SHA-256, jest nieskończenie małe, co wzmacnia ich skuteczność w zabezpieczaniu transakcji cyfrowych i integralności danych w systemach blockchain.

Funkcje mieszające zaprojektowano tak, aby nie były odwracalne

Odwrócenie funkcji skrótu w celu ustalenia jej pierwotnego wejścia jest niezwykle trudnym zadaniem, graniczącym z niemożliwością przy obecnej technologii. Zasadniczo funkcje skrótu są zaprojektowane jako procesy jednokierunkowe. Biorąc pod uwagę dane wyjściowe, praktycznie niewykonalne jest wydedukowanie oryginalnych danych wejściowych, które je wytworzyły.

Podstawową metodą próby tego odwrócenia jest brutalna siła, która polega na systematycznym wypróbowywaniu każdego możliwego ciągu, aż natkniesz się na ten właściwy. Jednak praktyczność tego podejścia jest wysoce wątpliwa. Moc obliczeniowa potrzebna do wykonania takiej operacji przekracza możliwości nawet najbardziej zaawansowanych superkomputerów.

Weźmy na przykład IBM Summit, jeden z najpotężniejszych superkomputerów na świecie, zdolny do wykonywania kilku bilionów obliczeń na sekundę. Nawet przy tak ogromnej mocy obliczeniowej Summit potrzebowałby ogromnej ilości czasu, prawdopodobnie obejmującej lata i oszałamiającej ilości energii, aby pomyślnie przeprowadzić inżynierię wsteczną pojedynczego skrótu. Ten scenariusz podkreśla niepraktyczność i prawie niemożność odwracania skrótów, szczególnie tych tak złożonych jak SHA-256 stosowanych w technologiach blockchain.

Ta nieodłączna trudność wzmacnia aspekt bezpieczeństwa mieszania w aplikacjach kryptograficznych. Zapewnia, że wrażliwe dane po zaszyfrowaniu pozostaną zabezpieczone przed nawet najbardziej wyrafinowanymi próbami odszyfrowania, dzięki czemu funkcje skrótu stanowią kamień węgielny nowoczesnych protokołów cyberbezpieczeństwa i integralności łańcucha bloków.

Pamiętaj, że Plisio oferuje również:

Twórz faktury Crypto za pomocą 2 kliknięć and Przyjmuj darowizny kryptowalutowe

12 integracje

6 biblioteki dla najpopularniejszych języków programowania

19 kryptowalut i 12 łańcuch bloków