Hashing ใน Blockchain ทำงานอย่างไร?

ฟังก์ชันแฮชสำหรับการเข้ารหัส ซึ่งเป็นคำที่มักได้ยินในบริบทของบิทคอยน์และสกุลเงินดิจิทัล ถือเป็นรากฐานสำคัญของเทคโนโลยีบล็อกเชน ฟังก์ชันทางคณิตศาสตร์นี้รับอินพุตหรือ "ข้อความ" แล้วแปลงเป็นสตริงอักขระที่มีขนาดคงที่ เรียกว่า "แฮช"

การแฮชเป็นกระบวนการใช้ฟังก์ชันแฮชกับอินพุต ถือเป็นองค์ประกอบที่สำคัญไม่เพียงแต่ในโปรโตคอลบิตคอยน์เท่านั้น แต่ยังอยู่ในขอบเขตความปลอดภัยของข้อมูลที่กว้างขึ้นอีกด้วย ในบล็อกเชน กระบวนการนี้มักจะเกี่ยวข้องกับการแปลงข้อมูลภายในบล็อกให้เป็นแฮชที่ถูกจัดเก็บไว้ในบล็อกนั้น

กลไกนี้มีความสำคัญต่อการรักษาความปลอดภัยและความสมบูรณ์ของบล็อคเชน ด้วยการทำความเข้าใจบทบาทของการแฮช เราจะเข้าใจถึงแง่มุมพื้นฐานของเทคโนโลยีบล็อกเชนและความสำคัญของเทคโนโลยีทั้งในขอบเขตของสกุลเงินดิจิทัลและความปลอดภัยของข้อมูล

ฟังก์ชั่นแฮชใน cryptocurrencies คืออะไร?

โดยพื้นฐานแล้ว ฟังก์ชันแฮชคือการดำเนินการทางคณิตศาสตร์ที่รับอินพุตทุกขนาด ประมวลผล และสร้างเอาต์พุตในขนาดคงที่ เรียกว่าแฮช การเปลี่ยนแปลงนี้มีความสอดคล้อง: ไม่ว่าอินพุตจะมีความยาวเท่าใด ไม่ว่าจะเป็นตัวอักษรตัวเดียว คำ ประโยค หรือหนังสือทั้งเล่ม แฮชซึ่งมักเรียกว่าไดเจสต์จะคงความยาวไว้คงที่

คุณลักษณะของฟังก์ชันแฮชนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการรักษาความปลอดภัยข้อมูล โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการป้องกันรหัสผ่าน เมื่อคุณลงทะเบียนบัญชีบนเว็บไซต์ รหัสผ่านของคุณจะถูกแปลงโดยฟังก์ชันแฮช ส่งผลให้มีแฮชไดเจสต์ที่บริการจัดเก็บไว้ เมื่อเข้าสู่ระบบ รหัสผ่านที่คุณป้อนจะผ่านฟังก์ชันแฮชเดียวกัน และแฮชที่ได้ผลลัพธ์จะถูกเปรียบเทียบกับแฮชที่เก็บไว้เพื่อยืนยันตัวตนของคุณ

วิธีการนี้ช่วยเพิ่มความปลอดภัย เนื่องจากแม้ว่าแฮกเกอร์จะสามารถเข้าถึงฐานข้อมูลด้วยข้อมูลแฮชเหล่านี้ การถอดรหัสรหัสผ่านเดิมจากแฮชนั้นเป็นเรื่องที่ท้าทายอย่างยิ่ง นี่เป็นเพราะการออกแบบฟังก์ชันแฮช ซึ่งทำให้ไม่สามารถคำนวณย้อนกลับกระบวนการหรือค้นหาอินพุตที่แตกต่างกันสองตัวที่สร้างเอาต์พุตแฮชเดียวกัน (คุณสมบัติที่เรียกว่าความต้านทานการชนกัน)

นอกจากนี้ ระบบสมัยใหม่มักใช้ 'การเติมเกลือ' ซึ่งเป็นเทคนิคที่มีการเพิ่มค่าเฉพาะลงในรหัสผ่านก่อนที่จะแฮช สิ่งนี้ทำให้แน่ใจได้ว่าแม้แต่รหัสผ่านที่เหมือนกันก็ส่งผลให้เกิดแฮชที่แตกต่างกัน ทำให้แฮกเกอร์พยายามใช้ตารางที่คำนวณไว้ล่วงหน้า (เช่น ตารางสายรุ้ง) เพื่อถอดรหัสรหัสผ่านที่ซับซ้อนยิ่งขึ้น กลไกการรักษาความปลอดภัยที่แข็งแกร่งนี้เป็นส่วนสำคัญในการปกป้องข้อมูลผู้ใช้บนแพลตฟอร์มออนไลน์ต่างๆ

หน้าที่สำคัญของการแฮช

Hashing ซึ่งเป็นลักษณะพื้นฐานของเทคโนโลยีบล็อกเชน ทำหน้าที่สำคัญหลายประการ:

การปรับปรุงความปลอดภัย : ฟังก์ชันแฮชได้รับการออกแบบให้เป็นการดำเนินการทางเดียว ทำให้เป็นเรื่องยากอย่างยิ่งที่จะย้อนกลับไปที่อินพุตดั้งเดิมจากแฮช คุณลักษณะนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในบล็อกเชน เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงข้อมูลภายในบล็อกจะเปลี่ยนแฮชของมัน ด้วยเหตุนี้ การเปลี่ยนแปลงใด ๆ จะปรากฏชัดเจน เพื่อปกป้องความสมบูรณ์ของบล็อคเชน ลักษณะของการแฮชทางเดียวนี้จะยับยั้งการปลอมแปลงข้อมูลที่อาจเกิดขึ้น และรักษาความน่าเชื่อถือของบล็อกเชน

อำนวยความสะดวกในการตรวจสอบข้อมูล : แฮชเป็นเครื่องมือในการตรวจสอบความถูกต้องของข้อมูลบล็อกเชน ด้วยการเปรียบเทียบแฮชของบล็อกกับแฮชที่อ้างอิงในบล็อกถัดไป คุณสามารถยืนยันความสมบูรณ์ของข้อมูลได้ ในเครือข่ายเช่น Bitcoin แต่ละบล็อกจะมีแฮชของบล็อกก่อนหน้า ทำให้เกิดห่วงโซ่ที่พึ่งพาซึ่งกันและกัน ความพยายามใดๆ ในการเปลี่ยนแปลงข้อมูลก่อนหน้านี้จะขัดขวางห่วงโซ่นี้ ทำให้แฮชที่ตามมาเป็นโมฆะ และแจ้งเตือนเครือข่ายถึงการปลอมแปลงที่อาจเกิดขึ้น

ทำหน้าที่เป็นตัวชี้บล็อก : แฮชยังทำหน้าที่เป็นตัวชี้ภายในบล็อกเชนด้วย โดยการจัดเก็บแฮชของบล็อกไว้ในบล็อกต่อไปนี้ ลิงก์ตามลำดับจะถูกสร้างขึ้น วิธีการเชื่อมโยงนี้จะสร้างโครงสร้างของบล็อกเชน โดยแต่ละบล็อกจะเชื่อมต่อถึงกันผ่านแฮชที่เป็นเอกลักษณ์ ทำให้มั่นใจได้ถึงสายข้อมูลตามลำดับเวลาและไม่ขาดตอน

สนับสนุนกลไกฉันทามติ : ในเครือข่ายบล็อกเชนที่ใช้ กลไกฉันทามติ Proof-of-Work (PoW) เช่น Bitcoin การแฮชเป็นสิ่งสำคัญ นักขุดจะต้องไขปริศนาที่เกี่ยวข้องกับแฮชที่ซับซ้อนเพื่อตรวจสอบและเพิ่มบล็อกใหม่ให้กับบล็อกเชน ความยากของปริศนาเหล่านี้สามารถปรับได้ โดยควบคุมอัตราการสร้างบล็อกใหม่และรักษาเสถียรภาพของเครือข่าย กระบวนการนี้ทำให้มั่นใจได้ถึงวิธีการกระจายอำนาจและเป็นประชาธิปไตยในการตรวจสอบธุรกรรมและการบำรุงรักษาบล็อคเชน

โดยรวมแล้ว การแฮชไม่ได้เป็นเพียงคุณลักษณะด้านความปลอดภัยเท่านั้น เป็นเครื่องมือที่หลากหลายซึ่งสนับสนุนการทำงาน ความสมบูรณ์ และความน่าเชื่อถือของเครือข่ายบล็อกเชน ด้วยการเปิดใช้งานการจัดเก็บข้อมูลที่ปลอดภัย ตรวจสอบได้ และเชื่อมโยงถึงกัน การแฮชจึงเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ในการดำเนินการที่มีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้ของระบบบล็อกเชน

โดยทั่วไปการแฮชทำงานอย่างไร

กระบวนการแฮชเป็นส่วนสำคัญของความปลอดภัยและความสมบูรณ์ของข้อมูล ซึ่งประกอบด้วยขั้นตอนสำคัญหลายขั้นตอน:

การประมวลผลอินพุตผ่านอัลกอริธึมแฮชชิ่ง : การแฮชเริ่มต้นด้วยข้อมูลอินพุตซึ่งอาจเป็นอะไรก็ได้ตั้งแต่สตริงข้อความไปจนถึงไฟล์หรือชุดของธุรกรรมภายในบล็อกเชน อินพุตนี้ผ่านการประมวลผลโดยอัลกอริธึมการแปลงแป้นพิมพ์ ซึ่งใช้การดำเนินการทางคณิตศาสตร์และตรรกะต่างๆ การดำเนินการเหล่านี้อาจรวมถึงการแปลงทางคณิตศาสตร์ การดำเนินการระดับบิต และฟังก์ชันลอจิคัล โดยการแปลงอินพุตให้เป็นแฮช

การสร้างแฮชที่ไม่ซ้ำใครเป็นลายนิ้วมือดิจิทัล : ผลลัพธ์ของกระบวนการนี้คือแฮช ซึ่งคล้ายกับลายนิ้วมือดิจิทัลของอินพุตดั้งเดิม แฮชนี้ ซึ่งมักเป็นสตริงอักขระเลขฐานสิบหก มีความยาวคงที่และแตกต่างกันไปตามอัลกอริธึมที่เลือก จุดสำคัญของการแฮชนั้นอยู่ที่ลักษณะของฟังก์ชันทางเดียว ทำให้เป็นเรื่องยากอย่างยิ่งที่จะวิศวกรรมย้อนกลับอินพุตดั้งเดิมจากแฮช คุณลักษณะนี้มีความสำคัญในสถานการณ์เช่นบล็อกเชน ซึ่งการเปลี่ยนแปลงข้อมูลในบล็อกจะเปลี่ยนแฮชของมัน ดังนั้นจึงเป็นการแจ้งถึงการจัดการข้อมูลที่อาจเกิดขึ้น

การจัดเก็บแฮชเป็นลายเซ็นดิจิทัล : เมื่อสร้างขึ้นแล้ว แฮชจะถูกเก็บไว้ข้างข้อมูลภายในบล็อก โดยทำหน้าที่เป็นลายเซ็นดิจิทัลที่ตรวจสอบความสมบูรณ์ของข้อมูล เมื่อจำเป็นต้องดึงข้อมูล การคำนวณแฮชใหม่และจับคู่กับแฮชที่เก็บไว้จะเป็นการยืนยันว่าไม่มีการดัดแปลง

นอกเหนือจากขั้นตอนเหล่านี้ อัลกอริธึมการแฮชยังมีบทบาทสำคัญในแอปพลิเคชันความปลอดภัยอื่นๆ:

ระบบตรวจสอบรหัสผ่าน: ในระบบดังกล่าว รหัสผ่านของผู้ใช้จะถูกแฮช แล้วเปรียบเทียบกับแฮชที่เก็บไว้ของรหัสผ่านที่ถูกต้อง การจับคู่ให้สิทธิ์การเข้าถึง เพื่อให้แน่ใจว่าแม้ว่าฐานข้อมูลรหัสผ่านจะถูกบุกรุก รหัสผ่านจริงจะยังคงถูกปกปิดเนื่องจากความซับซ้อนของการย้อนกลับแฮช

โดยพื้นฐานแล้ว การแฮชทำหน้าที่เป็นเครื่องมือพื้นฐานในการรับรองความปลอดภัยและความสมบูรณ์ของข้อมูลในแอปพลิเคชันต่างๆ ตั้งแต่ธุรกรรมบล็อกเชนไปจนถึงการป้องกันด้วยรหัสผ่าน ลักษณะทางเดียวและความซับซ้อนของการดำเนินการที่เกี่ยวข้องทำให้เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการปกป้องข้อมูลดิจิทัล

วิธีการแฮชยอดนิยมแพร่หลายในระบบบล็อกเชน

เทคโนโลยีบล็อคเชนใช้อัลกอริธึมแฮชที่หลากหลาย ซึ่งแต่ละอัลกอริธึมมีลักษณะเฉพาะที่แตกต่างกัน เพื่อให้มั่นใจในความปลอดภัยของข้อมูลและความสมบูรณ์ อัลกอริธึมการแฮชที่โดดเด่นที่สุดบางส่วนที่ใช้ในบล็อกเชน ได้แก่:

SHA-256 (อัลกอริทึมแฮชที่ปลอดภัย 256 บิต) : พัฒนาโดยสำนักงานความมั่นคงแห่งชาติ (NSA) ในปี 2544 SHA-256 เป็นอัลกอริทึมแฮชที่โดดเด่นในทรงกลมบล็อกเชน มันสร้างสตริง 64 อักขระ สร้างแฮช 256 บิต คุณสมบัติด้านความปลอดภัยที่แข็งแกร่งทำให้เป็นตัวเลือกยอดนิยมในสกุลเงินดิจิทัลจำนวนมาก รวมถึง Bitcoin

Scrypt : Scrypt เป็นฟังก์ชันการรับคีย์ที่ออกแบบมาให้ใช้หน่วยความจำมากกว่าอัลกอริธึมอื่นๆ ความต้องการหน่วยความจำที่เพิ่มขึ้นนี้ทำให้ทนทานต่อการโจมตีโดยใช้ฮาร์ดแวร์พิเศษได้มากขึ้น Scrypt ถูกนำมาใช้ในสกุลเงินดิจิทัลต่างๆ รวมถึง Litecoin ซึ่งช่วยเพิ่มความปลอดภัยจากภัยคุกคามจากฮาร์ดแวร์

Ethash : ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับ Ethereum blockchain Ethash เป็นอัลกอริธึมการแฮชที่ต้องใช้หน่วยความจำมาก ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมให้ทนทานต่อตัวขุด ASIC (Application-Specific Integrated Circuit) ซึ่งเป็นฮาร์ดแวร์เฉพาะทางสูงที่ออกแบบมาเพื่อการขุดสกุลเงินดิจิตอลที่มีประสิทธิภาพ การออกแบบของ Ethash มีเป้าหมายเพื่อทำให้กระบวนการขุดเป็นประชาธิปไตย ทำให้ผู้เข้าร่วมสามารถเข้าถึงได้ในวงกว้างขึ้น

Equihash : Equihash เป็นอีกหนึ่งอัลกอริธึมการแฮชที่ผูกกับหน่วยความจำซึ่งเป็นที่รู้จักในเรื่องความต้านทานต่อการขุด ASIC มันถูกใช้โดยสกุลเงินดิจิทัลหลายสกุล เช่น Zcash เพื่อส่งเสริมภูมิทัศน์การขุดที่เท่าเทียมกันมากขึ้น โดยที่ฮาร์ดแวร์พิเศษจะให้ข้อได้เปรียบน้อยกว่า

โดยพื้นฐานแล้ว แม้ว่าอัลกอริธึมเหล่านี้จะแตกต่างกันในแนวทางและคุณสมบัติเฉพาะ แต่อัลกอริธึมทั้งหมดมีจุดประสงค์ร่วมกัน นั่นคือ เพื่อแปลงอินพุตให้เป็นแฮชที่มีขนาดคงที่ แฮชนี้ทำหน้าที่เป็นลายนิ้วมือดิจิทัลที่เป็นเอกลักษณ์ของอินพุต ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการรักษาความปลอดภัยและความถูกต้องของธุรกรรมและข้อมูลบล็อกเชน

ในการแฮช การต้านทานการชนเป็นลักษณะสำคัญ

ในการแฮช การชนกันหมายถึงการเกิดขึ้นที่อินพุตที่แตกต่างกันสองตัวสร้างเอาต์พุตแฮชเดียวกัน ตามทฤษฎี สิ่งนี้เป็นไปได้เนื่องจากชุดของเอาต์พุตแฮชที่เป็นไปได้ทั้งหมดนั้นมีจำกัด ในขณะที่ชุดของอินพุตที่เป็นไปได้นั้นไม่มีที่สิ้นสุด อย่างไรก็ตาม ความน่าจะเป็นของการชนกันในทางปฏิบัตินั้นมีน้อยมาก ทำให้อัลกอริธึมการแฮชสามารถต้านทานเหตุการณ์ดังกล่าวได้ แม้จะไม่ได้รับการยกเว้นโดยสิ้นเชิงก็ตาม

จากตัวอย่างของ SHA-256 ที่ใช้ในบล็อกเชนของ Bitcoin มันสร้างแฮชที่มีความยาว 256 บิต นี่แปลเป็นชุดแฮชที่ไม่ซ้ำกันที่เป็นไปได้ 2^256 ชุด ซึ่งเป็นตัวเลขที่กว้างใหญ่จนยากที่จะเข้าใจ เพื่อให้เข้าใจในมุมมองนี้ 2^256 เทียบได้คร่าวๆ กับจำนวนอะตอมในจักรวาลที่สังเกตได้

เมื่อจำนวนอินพุตเกินแฮชที่ไม่ซ้ำกันที่เป็นไปได้ทั้งหมด ตามทฤษฎีแล้ว อินพุตอย่างน้อยสองอินพุตจะให้แฮชเดียวกัน ซึ่งนำไปสู่การชนกัน แต่ในความเป็นจริง จำนวนทางดาราศาสตร์ของการรวมกันที่ไม่ซ้ำกันใน SHA-256 ทำให้ความน่าจะเป็นในทางปฏิบัติของการชนดังกล่าวมีน้อยมาก

จำนวนเอาต์พุตที่เป็นไปได้จำนวนมหาศาลนี้ช่วยป้องกันแฮชจากการถูกเอารัดเอาเปรียบ ขนาดที่แท้จริงของตัวเลขเหล่านี้ทำให้มั่นใจได้ว่ามีโอกาสเกิดการชนกันต่ำมาก ซึ่งมีส่วนทำให้เกิดความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของการแฮชในเทคโนโลยีบล็อกเชน แม้จะมีความเป็นไปได้ทางทฤษฎี แต่ความเสี่ยงในทางปฏิบัติของเหตุการณ์ดังกล่าวในอัลกอริธึมแฮชที่ออกแบบมาอย่างดี เช่น SHA-256 นั้นมีขนาดเล็กมาก ซึ่งช่วยเสริมประสิทธิภาพในการรักษาความปลอดภัยธุรกรรมดิจิทัลและความสมบูรณ์ของข้อมูลในระบบบล็อกเชน

ฟังก์ชันแฮชได้รับการออกแบบให้ไม่สามารถแปลงกลับได้

การย้อนกลับฟังก์ชันแฮชเพื่อยืนยันอินพุตดั้งเดิมนั้นเป็นงานที่ท้าทายเป็นพิเศษ โดยมีขอบเขตที่เป็นไปไม่ได้ด้วยเทคโนโลยีในปัจจุบัน โดยพื้นฐานแล้ว ฟังก์ชันแฮชได้รับการออกแบบให้เป็นกระบวนการทางเดียว เมื่อพิจารณาถึงเอาท์พุตแล้ว แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะอนุมานอินพุตดั้งเดิมที่สร้างมันขึ้นมา

วิธีการหลักในการพยายามพลิกกลับนี้เรียกว่ากำลังเดรัจฉาน ซึ่งเกี่ยวข้องกับการพยายามทุกสายที่เป็นไปได้อย่างเป็นระบบจนกระทั่งสะดุดกับสายที่ถูกต้อง อย่างไรก็ตาม การปฏิบัติจริงของแนวทางนี้เป็นที่น่าสงสัยอย่างมาก พลังการคำนวณที่จำเป็นในการดำเนินการดังกล่าวนั้นอยู่นอกเหนือความสามารถของซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ล้ำสมัยที่สุด

ตัวอย่างเช่น ลองพิจารณา IBM Summit ซึ่งเป็นหนึ่งในซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังที่สุดในโลก ซึ่งสามารถดำเนินการคำนวณได้หลายล้านล้านครั้งต่อวินาที แม้ว่าจะมีพลังในการประมวลผลมหาศาล แต่ Summit ก็ต้องใช้เวลามากเกินไป ซึ่งอาจใช้เวลานานหลายปี และพลังงานจำนวนมหาศาลในการวิศวกรรมย้อนกลับแฮชเดียวให้สำเร็จ สถานการณ์นี้เน้นย้ำถึงความเป็นไปไม่ได้และความเป็นไปไม่ได้เลยที่จะย้อนกลับแฮช โดยเฉพาะอย่างยิ่งแฮชที่ซับซ้อนอย่าง SHA-256 ที่ใช้ในเทคโนโลยีบล็อกเชน

ความยากลำบากโดยธรรมชาตินี้ตอกย้ำด้านความปลอดภัยของการแฮชในแอปพลิเคชันการเข้ารหัส ช่วยให้มั่นใจได้ว่าข้อมูลที่ละเอียดอ่อนเมื่อถูกแฮชแล้ว จะยังคงปลอดภัยต่อแม้แต่ความพยายามถอดรหัสที่ซับซ้อนที่สุด ทำให้ฟังก์ชันแฮชเป็นรากฐานสำคัญของโปรโตคอลความปลอดภัยทางไซเบอร์สมัยใหม่และความสมบูรณ์ของบล็อกเชน