Como funciona o hash no Blockchain?

Uma função hash criptográfica, um termo frequentemente ouvido no contexto de bitcoin e criptomoedas, é a base da tecnologia blockchain. Essa função matemática pega uma entrada, ou uma “mensagem”, e a converte em uma sequência de caracteres de tamanho fixo, conhecida como “hash”.

Hashing, o processo de aplicação de uma função hash a uma entrada, é um elemento crítico não apenas no protocolo bitcoin, mas no escopo mais amplo da segurança da informação. No blockchain, esse processo normalmente envolve a conversão dos dados de um bloco em um hash que é então armazenado nesse bloco.

Este mecanismo é vital para manter a segurança e integridade do blockchain. Ao compreender o papel do hashing, obtém-se uma visão sobre os aspectos fundamentais da tecnologia blockchain e sua importância tanto no domínio da criptomoeda quanto na segurança da informação.

O que é uma função hash em criptomoedas?

Uma função hash, fundamentalmente, é uma operação matemática que aceita entradas de qualquer tamanho, processa-as e produz uma saída de tamanho fixo, conhecida como hash. Essa transformação é consistente: não importa o comprimento da entrada – seja uma única letra, uma palavra, uma frase ou um livro inteiro – o hash, muitas vezes chamado de resumo, mantém um comprimento constante.

Esse recurso das funções hash é amplamente utilizado na segurança da informação, principalmente na proteção de senhas. Quando você registra uma conta em um site, sua senha é transformada por uma função hash, resultando em um resumo de hash que é então armazenado pelo serviço. Ao fazer login, a senha inserida passa pela mesma função hash, e o hash resultante é comparado ao armazenado para verificar sua identidade.

Esse método aumenta a segurança porque mesmo que um hacker obtenha acesso ao banco de dados com esses resumos de hash, decifrar a senha original do hash é extremamente desafiador. Isso se deve ao design da função hash, que torna computacionalmente inviável reverter o processo ou encontrar duas entradas diferentes que produzam a mesma saída hash (uma propriedade conhecida como resistência à colisão).

Além disso, os sistemas modernos geralmente implementam 'salting', uma técnica em que um valor exclusivo é adicionado à senha antes do hash. Isso garante que mesmo senhas idênticas resultem em hashes diferentes, complicando ainda mais as tentativas dos hackers de usar tabelas pré-computadas (como tabelas arco-íris) para quebrar as senhas. Este mecanismo de segurança robusto é essencial para proteger os dados do usuário em várias plataformas online.

Principais funções do hash

Hashing, um aspecto fundamental da tecnologia blockchain, desempenha diversas funções críticas:

Aprimorando a segurança : As funções hash são projetadas para serem operações unidirecionais, tornando extremamente desafiador voltar à entrada original de seu hash. Essa característica é crucial no blockchain, pois alterar os dados dentro de um bloco altera seu hash. Consequentemente, qualquer modificação torna-se evidente, salvaguardando a integridade da blockchain. Essa natureza unilateral do hash impede a possível adulteração de dados, mantendo a confiabilidade do blockchain.

Facilitando a verificação de dados : Hashes são fundamentais para verificar a autenticidade dos dados do blockchain. Ao comparar o hash de um bloco com o hash referenciado no bloco subsequente, é possível confirmar a integridade dos dados. Em redes como o Bitcoin, cada bloco inclui o hash do bloco anterior, criando uma cadeia interdependente. Qualquer tentativa de alterar dados anteriores interrompe esta cadeia, invalidando hashes subsequentes e alertando a rede sobre possíveis adulterações.

Atuando como ponteiros de bloco : Hashes também funcionam como ponteiros dentro do blockchain. Ao armazenar o hash de um bloco no bloco seguinte, um link sequencial é estabelecido. Este método de ligação forma a estrutura do blockchain, onde cada bloco é interligado através de seu hash único, garantindo uma cadeia de dados cronológica e ininterrupta.

Apoiando Mecanismos de Consenso : Em redes blockchain que empregam mecanismos de consenso de prova de trabalho (PoW), como o Bitcoin, o hashing é fundamental. Os mineradores devem resolver quebra-cabeças complexos relacionados ao hash para validar e adicionar novos blocos ao blockchain. A dificuldade desses quebra-cabeças é ajustável, regulando a taxa de criação de novos blocos e mantendo a estabilidade da rede. Este processo garante um método descentralizado e democrático de validação de transações e manutenção do blockchain.

No geral, o hash não é apenas um recurso de segurança; é uma ferramenta multifacetada que sustenta a funcionalidade, integridade e confiabilidade das redes blockchain. Ao permitir o armazenamento de dados seguro, verificável e interligado, o hashing é indispensável na operação eficiente e confiável dos sistemas blockchain.

Como o hash geralmente funciona?

O processo de hashing é essencial para a segurança e integridade dos dados, consistindo em várias etapas principais:

Processamento de entrada por meio do algoritmo de hash : o hash começa com dados de entrada, que podem ser qualquer coisa, desde uma string de texto até um arquivo ou uma série de transações dentro de um blockchain. Essa entrada é processada por um algoritmo hash, que aplica diversas operações matemáticas e lógicas. Essas operações podem incluir transformações matemáticas, operações bit a bit e funções lógicas, transformando a entrada em um hash.

Criando um Hash Único como uma Impressão Digital : O resultado desse processo é um hash, semelhante a uma impressão digital da entrada original. Esse hash, geralmente uma sequência de caracteres hexadecimais, tem comprimento fixo e varia de acordo com o algoritmo escolhido. O ponto crucial do hashing está em sua natureza de função unidirecional, tornando extremamente desafiador fazer engenharia reversa da entrada original do hash. Essa característica é vital em cenários como blockchain, onde a alteração dos dados em um bloco altera seu hash, sinalizando assim uma possível manipulação de dados.

Armazenando o Hash como Assinatura Digital : Uma vez gerado, o hash é armazenado junto com os dados dentro de um bloco, atuando como uma assinatura digital que verifica a integridade dos dados. Quando a recuperação de dados é necessária, recalcular o hash e combiná-lo com o hash armazenado confirma a ausência de adulteração.

Além dessas etapas, os algoritmos de hash desempenham um papel fundamental em outras aplicações de segurança:

Sistemas de autenticação de senha: Nesses sistemas, a senha de um usuário é criptografada e depois comparada com o hash armazenado da senha correta. Uma correspondência concede acesso, garantindo que mesmo que um banco de dados de senhas seja comprometido, as senhas reais permaneçam ocultas devido à complexidade de reversão do hash.

Em essência, o hashing serve como uma ferramenta fundamental para garantir a segurança e integridade dos dados em diversas aplicações, desde transações blockchain até proteção por senha. A sua natureza unidirecional e a complexidade das operações envolvidas fazem dele um método robusto para proteger a informação digital.

Métodos de hash populares predominantes em sistemas blockchain

A tecnologia Blockchain utiliza uma variedade de algoritmos de hash, cada um com características distintas, para garantir a segurança e integridade dos dados. Alguns dos algoritmos de hash mais notáveis usados em blockchain são:

SHA-256 (Algoritmo Hash Seguro de 256 bits) : Desenvolvido pela Agência de Segurança Nacional (NSA) em 2001, SHA-256 é um algoritmo de hash proeminente na esfera blockchain. Ele gera uma string de 64 caracteres, formando um hash de 256 bits. Seus recursos de segurança robustos tornaram-no uma escolha popular em muitas criptomoedas, incluindo Bitcoin.

Scrypt : Scrypt é uma função de derivação de chave projetada para consumir mais memória do que outros algoritmos. Esse aumento no requisito de memória o torna mais resistente a ataques que utilizam hardware especializado. Scrypt é empregado em diversas criptomoedas, incluindo Litecoin, aumentando sua segurança contra ameaças baseadas em hardware.

Ethash : Feito sob medida para o blockchain Ethereum, Ethash é um algoritmo de hash com muita memória. Ele foi projetado para ser resistente a mineradores ASIC (Circuito Integrado de Aplicação Específica), que são hardwares altamente especializados projetados para mineração eficiente de criptomoedas. O projeto de Ethash visa democratizar o processo de mineração, tornando-o acessível a uma gama mais ampla de participantes.

Equihash : Equihash é outro algoritmo de hash vinculado à memória conhecido por sua resistência à mineração ASIC. É utilizado por diversas criptomoedas, como o Zcash , para promover um cenário de mineração mais equitativo, onde hardware especializado oferece menos vantagens.

Em essência, embora esses algoritmos difiram em sua abordagem e propriedades específicas, todos eles compartilham um propósito comum: transformar uma entrada em um hash de tamanho fixo. Este hash atua como uma impressão digital única da entrada, desempenhando um papel crucial na manutenção da segurança e autenticidade das transações e dados da blockchain.

No hashing, a resistência à colisão é uma característica chave

No hashing, uma colisão refere-se à ocorrência em que duas entradas distintas geram a mesma saída hash. Teoricamente, isso é possível porque o conjunto de todas as saídas hash possíveis é finito, enquanto o conjunto de entradas potenciais é infinito. No entanto, a probabilidade de uma colisão acontecer na prática é excepcionalmente baixa, tornando os algoritmos de hash resistentes, embora não totalmente imunes, a tais ocorrências.

Tomando o exemplo do SHA-256, usado no blockchain do Bitcoin, ele produz hashes com 256 bits de comprimento. Isso se traduz em 2 ^ 256 combinações de hash únicas possíveis, um número tão vasto que é difícil de compreender. Para colocar isso em perspectiva, 2^256 é aproximadamente comparável ao número de átomos no universo observável.

Quando o número de entradas excede o total de hashes únicos possíveis, teoricamente, pelo menos duas entradas produzirão o mesmo hash, levando a uma colisão. Mas, na realidade, o número astronômico de combinações únicas no SHA-256 torna insignificante a probabilidade prática de encontrar tal colisão.

Este imenso número de resultados potenciais protege o hash de ser explorável. A grande escala desses números garante uma probabilidade extremamente baixa de colisões, contribuindo para a segurança e confiabilidade do hashing na tecnologia blockchain. Apesar da possibilidade teórica, os riscos práticos de tais ocorrências em algoritmos de hash bem projetados como o SHA-256 são infinitamente pequenos, reforçando sua eficácia na segurança de transações digitais e integridade de dados em sistemas blockchain.

Funções hash são projetadas para serem não invertíveis

Reverter uma função hash para verificar sua entrada original é uma tarefa extraordinariamente desafiadora, beirando o impossível com a tecnologia atual. Essencialmente, as funções hash são projetadas para serem processos unidirecionais. Dada uma saída, é virtualmente inviável deduzir a entrada original que a produziu.

O principal método para tentar essa reversão é conhecido como força bruta, que envolve tentar sistematicamente todas as cordas possíveis até encontrar a correta. No entanto, a praticidade desta abordagem é altamente questionável. O poder computacional necessário para executar tal operação está além das capacidades até mesmo dos supercomputadores mais avançados.

Por exemplo, consideremos o IBM Summit, um dos supercomputadores mais poderosos do mundo, capaz de executar vários biliões de cálculos por segundo. Mesmo com esse imenso poder de processamento, o Summit precisaria de uma quantidade exorbitante de tempo, possivelmente abrangendo anos, e uma quantidade impressionante de energia para fazer a engenharia reversa com sucesso de um único hash. Este cenário destaca a impraticabilidade e quase impossibilidade de reverter hashes, especialmente aqueles tão complexos como o SHA-256 usado em tecnologias blockchain.

Esta dificuldade inerente reforça o aspecto de segurança do hashing em aplicações criptográficas. Ele garante que os dados confidenciais, uma vez criptografados, permaneçam seguros até mesmo contra as tentativas mais sofisticadas de descriptografia, tornando as funções de hash uma pedra angular dos protocolos modernos de segurança cibernética e da integridade do blockchain.