Что такое хеширование блокчейн

Хеширование в блокчейне: руководство для начинающих

Технология блокчейн произвела революцию в том, как мы храним, передаем и проверяем данные. Одним из ключевых механизмов блокчейна является хеширование, которое представляет собой математическую функцию, используемую для обеспечения целостности данных.

В этом руководстве мы рассмотрим основы хеширования, объясним, как оно работает в блокчейне, а также исследуем его преимущества и потенциальные недостатки. К концу этой статьи у вас будет четкое представление о хешировании в блокчейне и его важности в цифровых транзакциях.

Что такое хеширование

Хеширование — это математическая функция, которая преобразует входные данные любого объема в строку символов фиксированного размера, называемую хеш. Каждый хеш уникален, и любое изменение во входных данных приведет к получению другого хеша.

Хеширование — это односторонняя функция, которая не может быть обращена вспять. Следовательно, извлечь исходные данные из хеша невозможно. Алгоритмы хеширования обычно используются в информатике для проверки данных и цифровых подписей, а также для хранения паролей. В блокчейне хеширование используется для обеспечения целостности данных и транзакций.

Как работает хеширование

Алгоритм хеширования превращает набор входных данных любого размера в выходные данные фиксированного размера, называемые хешем. Этот процесс включает в себя несколько этапов:

1. Входные данные обрабатываются с помощью алгоритма хеширования, который генерирует хеш фиксированной длины.
2. Каждый хеш уникален, и любое изменение во входных данных приведет к получению абсолютно другого хеша.
3. Выходной хеш — это последовательность символов и цифр, представляющих входные данные.
4. Затем хеш сохраняется в блокчейне в качестве уникального идентификатора входных данных.

Примеры алгоритмов хеширования

Существует множество различных алгоритмов хеширования, каждый из которых имеет свои плюсы и минусы. Наиболее популярные алгоритмы хеширования это:

1. SHA-256 (Secure Hash Algorithm 256-bit): это наиболее часто используемый алгоритм хеширования. Он генерирует 256-битный хеш фиксированной длины и известен своей безопасностью и скоростью.
2. Scrypt: этот алгоритм используется в таких криптовалютах, как Litecoin и Dogecoin. Он разработан таким образом, чтобы потреблять больше памяти, чем SHA-256, что делает его менее восприимчивым к атакам на основе ASIC.
3. Ethash: этот алгоритм используется в блокчейне Ethereum и разработан таким образом, чтобы быть устойчивым к ASIC. Он требует больше памяти и вычислительной мощности, что затрудняет майнинг с помощью специализированного оборудования.
4. Blake2b: этот быстрый и эффективный алгоритм хеширования генерирует хеш фиксированной длины длиной до 512 бит. Он используется в таких криптовалютах, ориентированных на конфиденциальность, как Grin и Beam.
5. SHA-3 (Secure Hash Algorithm 3): этот алгоритм хеширования является преемником SHA-2 и был разработан для обеспечения лучшей защиты от атак. Он генерирует фиксированный хеш длиной до 512 бит.

Это лишь несколько примеров из множества существующих алгоритмов хеширования. Выбор алгоритма хеширования зависит от конкретных потребностей блокчейна, таких как безопасность, скорость и устойчивость к атакам.

Как хеширование используется в блокчейне

Хеширование является важнейшим компонентом технологии блокчейн, обеспечивающим безопасность транзакций и защиту от несанкционированного доступа. На блокчейне у хеширования есть несколько применений:

1. Хеширование транзакций: каждая транзакция в блокчейне представлена в виде уникального хеша, который служит ее идентификатором. Этот хеш создается путем обработки данных транзакции с помощью алгоритма хеширования, создающего хеш фиксированной длины. Затем этот хеш включается в следующий блок, создавая блок, защищенный криптографической хеш-функцией.
2. Хеширование блоков: каждый блок в блокчейне имеет уникальный хэш, который служит его идентификатором. Хэш блока создается путем обработки данных блока с помощью алгоритма хеширования, создающего хэш фиксированной длины. Этот хэш включает в себя хэш транзакции предыдущего блока, создавая цепочку блоков, защищенных функцией криптографического хеширования.
3. Майнинг:майнинг — это процесс добавления новых блоков в блокчейн. Майнеры соревнуются в решении сложных математических задач, требующих больших вычислительных мощностей. Первый майнер, решивший задачу, получает возможность добавить новый блок в блокчейн и получает за это вознаграждение в криптовалюте . Решение задачи называется “nonce” (одноразовый номер), и оно включается в заголовок блока вместе с данными. Затем заголовок хэшируется, и полученный хэш должен соответствовать определенному уровню сложности, установленному сетью. Этот процесс гарантирует, что новые блоки защищены от несанкционированного доступа.

Преимущества хеширования в блокчейне

Хеширование имеет решающее значение в блокчейне, обеспечивая безопасный и защищенный от несанкционированного доступа способ хранения и проверки данных. Вот некоторые преимущества хеширования в блокчейне:

1. Улучшенная безопасность: алгоритмы хеширования, используемые в блокчейне, предназначены для обеспечения безопасности и противодействия атакам. Хеширование обеспечивает одностороннюю функцию, что делает практически невозможным получение вводных данных из хэша. Это затрудняет изменение данных в блокчейне для хакеров.
2. Защита от несанкционированного доступа к данным: хеширование обеспечивает защиту от несанкционированного доступа к данным на блокчейне. Любая попытка изменить данные в блоке или транзакции приведет к получению другого хэша, что нарушает цепочку и сигнализирует о несанкционированном доступе к данным. Это делает практически невозможным изменение данных, записанных в блокчейне.
3. Упрощение проверки данных: хеширование обеспечивает надежный метод проверки целостности данных в блокчейне. Ноды в блокчейне могут независимо проверять хэш каждого блока в цепочке, гарантируя, что данные не были изменены. Это позволяет проверять целостность блокчейна без необходимости в централизованном органе управления.
4. Неизменяемое хранение данных: хеширование гарантирует, что данные, хранящиеся в блокчейне, неизменяемы. Как только данные добавляются в блокчейн, они больше не могут быть изменены или удалены, что обеспечивает их целостность.
5. Повышенная эффективность: хеширование обеспечивает эффективное хранение и извлечение данных в блокчейне. Каждый блок и транзакция имеет уникальный хэш, что значительно упрощает поиск информации в блокчейне.

У хеширования множество преимуществ. Хеширование обеспечивает повышенную безопасность, защиту от подделки информации, облегчает проверку данных и повышает эффективность. Эти преимущества делают технологию блокчейн надежным решением для цифровых транзакций.

Распространенные методы хеширования

Существует несколько распространенных методов хеширования, используемых в технологии блокчейн.

Proof of Work (PoW)

Proof of Work — это алгоритм консенсуса, используемый в блокчейнах для проверки транзакций и создания новых блоков. Этот процесс включает в себя «соревнование» майнеров за решение сложных математических задач с помощью вычислительных мощностей. Первый майнер, решивший задачу, получает возможность добавить новый блок в блокчейн и получает за это вознаграждение в криптовалюте.

Чтобы решить задачу, майнеры используют свои вычислительные мощности для хэширования заголовка блока, который включает в себя данные блока и nonce. Nonce (одноразовый номер) — это случайное значение, добавляемое в заголовок блока для создания нового хэша. Затем заголовок хэшируется, и полученный хэш должен соответствовать определенному уровню сложности, установленному сетью. Уровень сложности регулярно корректируется, чтобы гарантировать, что блоки добавляются в блокчейн с одинаковой частотой.

Алгоритм PoW разработан таким образом, чтобы быть ресурсоемким, что затрудняет обман системы.

Proof of Stake (PoS)

Proof of Stake — это алгоритм консенсуса, используемый в блокчейнах для проверки транзакций и создания новых блоков. В отличие от PoW, который требует от майнеров решения сложных математических задач, PoS требует, чтобы валидаторы удерживали определенное количество криптовалюты в стейкинге. Валидаторы выбираются для создания новых блоков на основе их суммы стейкинга. Шансы стать валидатором пропорциональны сумме стейкинга пользователей.

Валидаторы предоставляют свою криптовалюту в качестве обеспечения, чтобы получить доступ к подтверждению транзакций и созданию новых блоков. Если будет установлено, что валидатор действует вопреки интересам сети, например, пытается создавать недействительные блоки, то его сумма в стейкинге аннулируется.

PoS разработан таким образом, чтобы быть более энергоэффективным, чем PoW, поскольку он не требует такого же объема вычислительной мощности. Он также призван снизить централизацию мощностей майнинга криптовалют в нескольких крупных пулах майнинга , поскольку любой желающий может участвовать в сети в качестве валидатора.

Proof of Authority (PoA)

Proof of Authority — это алгоритм консенсуса, используемый в блокчейнах для проверки транзакций и создания новых блоков. В PoA валидаторы выбираются на основе их репутации, а не вычислительной мощности или суммы в стейкинге. Как правило, валидаторы являются известными и пользующимися доверием членами сообщества или организации.

Чтобы проверять транзакции и создавать новые блоки, валидаторы должны подтверждать свои полномочия, подписывая блоки особым закрытым ключом. Использование идентификационных данных и репутации делает алгоритм PoA менее уязвимым для атак, по сравнению с другими алгоритмами консенсуса, но также делает его более централизованным.

Потенциальные недостатки хеширования

Хотя хеширование и является важнейшим компонентом технологии «блокчейн», у него есть свои минусы. Вот некоторые из потенциальных недостатков хеширования:

1. Коллизионные атаки: существует, вероятность (хоть и малая), что два разных входных значения приведут к созданию одного и того же хэш-значения. Такое происшествие называется коллизией. Злоумышленник может воспользоваться этим недостатком для создания мошеннических транзакций или изменения данных в блокчейне.
2. Централизация: использование алгоритма консенсуса Proof of Work приводит к централизации мощностей майнинга криптовалют в нескольких пулах майнинга . Такая централизация может поставить под угрозу безопасность блокчейна, если один пул или группа пулов получит контроль над более чем 50% хэш-мощностей сети.
3. Атака 51%:атака 51% — это тип атаки, при котором отдельный субъект или группа получает контроль над более чем 50% хэш-мощностей сети, что позволяет им манипулировать транзакциями и проводить атаки двойной траты.

Хеширование делает блокчейн безопасной и надежной системой

Хеширование — это важнейший элемент блокчейна, обеспечивающий безопасный и защищенный от несанкционированного доступа способ хранения и проверки данных. Хеширование используется для создания уникальных идентификаторов каждой транзакции и блока с целью проверки целостности данных и защиты их от несанкционированного доступа.

У хеширования есть такие недостатки, как коллизионные атаки и централизация, однако продолжающиеся работы по совершенствованию методов хеширования и безопасности блокчейна призваны устранить эти недостатки.

Часто задаваемые вопросы

Приведите пример блокчейн-хеша

Хеш блокчейна — это уникальный идентификатор, представляющий блокчейн или транзакцию. В пример можно привести алгоритм хеширования SHA-256, используемый в Bitcoin, который создает 256-битный хеш для каждого блока.

Что такое Hash 256 в блокчейне?

Hash 256 — это тип криптографического алгоритма хеширования, используемого в блокчейне. Он создает уникальный 256-битный хеш фиксированной длины, который идентифицирует блок или транзакцию в блокчейне. Обычно он используется в биткоине и других криптовалютах.

Какие алгоритмы хеширования используются в блокчейнах?

Блокчейны используют различные алгоритмы криптографического хеширования, например, SHA-256 и Scrypt, для создания уникальных идентификаторов каждого блока и транзакции. Эти алгоритмы хеширования разработаны таким образом, чтобы быть безопасными и защищенными от несанкционированного доступа.

Как в блокчейне генерируется хеш блока?

Хеш каждого блока генерируется путем обработки данных блока с помощью алгоритма хеширования, например, SHA-256. Получаемый хеш включает в себя хеш предыдущего блока, создавая связь между ними. Так создается цепочка взаимосвязанных блоков, которая защищена функцией криптографического хеширования, гарантируя, что данные в блокчейне безопасны и защищены от несанкционированного доступа.

Шифрование в блокчейне: на пальцах

Нередко люди воспринимают блокчейн как что-то сложное для понимания. На самом деле основная идея технологии проста. Чтобы разобраться с принципом работы блокчейна, следует начать с криптографии.

В материале мы на примерах покажем как с помощью криптографических алгоритмов шифруются данные. После прочтения вы станете лучше понимать как устроен блокчейн, в чем его уникальность и почему он считается анонимным.

Зачем шифровать данные в блокчейне

Благодаря алгоритмам шифрования, технология блокчейн считается наиболее безопасной разновидностью одноранговых сетей. Для начала разберемся, зачем в блокчейне что-то шифровать.

В традиционной архитектуре «клиент-сервер» за безопасность отвечает сервер. Он выполняет следующие функции:

1. Обеспечивает доступ пользователей к данным. Сервер хранит логины и пароли своих клиентов. Он должен проверить пользователя, прежде чем дать ему доступ к сети. Данный процесс называется аутентификация.
2. Следит за сохранностью данных. Сервер не дает злоумышленникам получить доступ к личным данным пользователей. Другими словами, сервер гарантирует конфиденциальность.
3. Контролирует изменение данных. Сервер не дает пользователям удалять данные друг друга. Прежде чем вступить в силу, любое изменение согласуется с сервером. Таким образом поддерживается целостность данных.

Так как в блокчейне сервера отсутствуют, то для этих целей применяют криптографию. Криптографические алгоритмы шифрования позволяют выполнять описанные функции без постороннего вмешательства.

Криптография — совокупность алгоритмов шифрования информации для обеспечения аутентификации, конфиденциальности и целостности данных.

Криптография была известна задолго до появления блокчейна. Чтобы понять, как алгоритмы шифрования выполняют функции сервера, рассмотрим реальный исторический пример.

В середине 1650-х голландский ученый Христиан Гюйгенс обнаружил кольца Сатурна. Он не был уверен в правильности своих наблюдений, поэтому решил все перепроверить. Пока он занимался проверкой, его могли опередить другие ученые. Поэтому в одной из своих работ ученый написал сообщение:

Позже Христиан Гюйгенс перепроверил все данные и был готов рассказать об открытии. Он раскрыл, что в шифре содержались буквы исходной фразы, расставленные по алфавиту. Сама фраза была следующей:

Annulo cingitur, tenui plano, nusquam cohaerente, ad eclipticam inclinato

«Окружен кольцом тонким, плоским, нигде не подвешенным, наклоненным к эклиптике»

Расстановка букв по алфавиту — один из алгоритмов шифрования. Гюйгенсу удалось зафиксировать свое открытие и не выдавать его конкурентам. Другими словами, алгоритм заменил сервер: сохранил данные в конфиденциальности без сторонней помощи.

В приведенном примере важно выбрать правильный алгоритм шифрования. Криптография отвечает на вопрос, какой использовать алгоритм шифрования для той или иной цели.

Почему выбрали алгоритм с хеш-функциями

Давайте представим себя на месте разработчиков блокчейна. Нам нужно найти идеальный алгоритм шифрования для того, чтобы осуществлять функции сервера в блокчейне. Сформулируем критерии:

1. Нужен такой тип математических функций, который легко шифрует информацию без возможности расшифровки.

Это односторонние функции. Самый простой пример такой функции — умножение. Если мы знаем только ответ, то не можем однозначно сказать какие два числа были умножены. Например, число 6 может быть произведением разных чисел: 6 и 1, 2 и 3, 12 и 0,5 или даже 47,2440945 и 0,127.

1. Нужен такой тип односторонних функций, который превращает информацию произвольного размера в шифр определенной длины.

Это хеш-функции. Они преобразуют сообщения в хеши. Информацию в таком виде можно удобно и безопасно использовать в программировании.

Надпись maff.io с помощью хеш-функции SHA-1 превращается в последовательность из 40-а знаков

Сообщение может быть любого типа: текст, изображение, видео или звук. Чтобы с сообщением можно было проводить математические операции, его записывают в виде двоичного кода.

Логотип Maff с помощью хеш-функции SHA-256 превращается в последовательность из 64-х знаков

Хеш может состоять как из букв, так и из цифр. Какие цифры и буквы будут в хеше, а также сколько их будет, зависит от конкретной хеш-функции. Рассмотрим подробнее наиболее известную — SHA-256.

Как работает хеш-функция SHA-256

Она известна тем, что используется в блокчейне биткоина. SHA означает «безопасный алгоритм хеширования»‎, а число 256 — объем кэша в битах.

Работа хеш-функции SHA-256 напоминает создание отпечатков пальцев. Чтобы идентифицировать человека, не надо знать всю информацию о нем. Достаточно знать отпечаток его пальца. SHA-256 вычисляет такой «отпечаток» у текстов, видео, картинок, музыки и любого вида информации.

Если не углубляться в технические детали, алгоритм работы можно описать следующим образом:

1. На вход поступает сообщение — файл размером до 2 млн терабайт.
2. Выполняются математические преобразования.
3. На выходе получается хеш — 64-значное число.

Попробовать закодировать текст и посмотреть как работает хеш-функция можно онлайн. Для примера закодируем два сообщения: «Maff.io» и «maff.io». SHA-256 популярна, в том числе потому, что кодирует сообщения моментально.

Два сообщения «Maff.io» и «maff.io» после кодирования SHA-256 сильно отличаются своим хешем.

Первое, что бросается в глаза, то как сильно отличаются хеши. Даже небольшое изменение в сообщении меняет хеш настолько сильно, что невозможно заметить сходства между новым и старым значением. Хеш-функция SHA-256 гарантирует, что невозможно изменить сообщение, не меняя хеша.

Второе, на что следует обратить внимание — набор из букв и цифр в хеше. На самом деле это одно 64-значное число, просто записанное в шестнадцатеричной системе счисления. Чтобы найти два разных сообщения с одинаковым хешем, придется перебирать их миллионы лет.

Таким образом, если два сообщения имеют одинаковый хеш, то можно быть уверенным, что они одинаковые. Вот почему алгоритмы с хеш-функциями считаются таким надежным.

Пример работы: транзакции в блокчейне

Без хеш-функций существование блокчейна было бы невозможно. Блокчейн уникален тем, что гарантирует неизменность и анонимность хранимых данных. Это означает, что любые данные проверяются на подлинность, но при этом их никто не может увидеть. То есть, это если ломбард проверял золото, которое лежит в закрытом сейфе. Теперь покажем как в этом помогают хеш-функции.

Блокчейн регулярно обновляет данные, добавляя записи об изменениях — «транзакции». Именно при обновлении транзакционной информации любая система уязвима для атаки. Банки сглаживают этот риск с помощью строгого контроля за правами доступа пользователей. У блокчейна нет централизованного органа контроля, поэтому в работу вступают криптографические хеш-функции.

Транзакции и их хеши помещаются в блоки. Хеш в каждом новом блоке зависит от хеша в предыдущем. Таким образом, все когда-либо выполненные транзакции можно выразить одним числом — хешем последнего блока. Изменив даже одну транзакцию, изменятся все последующие хеши по цепочке и такая версия блокчейна будет считаться недействительной.

В списке транзакций заменили Tx2 на Tx0. Теперь хеш этого блока и всех последующих отличаются от действительной версии блокчейна

На использовании хеш-функций базируется весь принцип работы блокчейна. Хеши делают каждый блок похожим на деталь пазла. Изменить деталь незаметно не получится — целостность всего пазла нарушится. Аналогично и в блокчейне. Если изменится один блок, то придется методом перебора восстанавливать все последующие блоки. Чтобы осуществить такой перебор, не хватит никаких вычислительных мощностей.

Заключение

В статье мы рассказали о том, что криптографические алгоритмы шифрования применяются для обеспечения безопасности в блокчейне. Подробно рассмотрели использование хеш-функций и показали, что они являются основой технологии блокчейн.

Что такое Хэширование? Под капотом блокчейна

Простыми словами, хэширование означает ввод информации любой длины и размера в исходной строке и выдачу результата фиксированной длины заданной алгоритмом функции хэширования. В контексте криптовалют, таких как Биткоин, транзакции после хэширования на выходе выглядят как набор символов определённой алгоритмом длины (Биткоин использует SHA-256).

Input- вводимые данные, hash- хэш

Посмотрим, как работает процесс хэширования. Мы собираемся внести определенные данные. Для этого, мы будем использовать SHA-256 (безопасный алгоритм хэширования из семейства SHA-2, размером 256 бит).

Как видите, в случае SHA-256, независимо от того, насколько объёмные ваши вводимые данные (input), вывод всегда будет иметь фиксированную 256-битную длину. Это крайне необходимо, когда вы имеете дело с огромным количеством данных и транзакций. Таким образом, вместо того, чтобы помнить вводимые данные, которые могут быть огромными, вы можете просто запомнить хэш и отслеживать его. Прежде чем продолжать, необходимо познакомиться с различными свойствами функций хэширования и тем, как они реализуются в блокчейн.

Криптографические хэш-функции

Криптографическая хэш-функция — это специальный класс хэш-функций, который имеет различные свойства, необходимые для криптографии. Существуют определенные свойства, которые должна иметь криптографическая хэш-функция, чтобы считаться безопасной. Давайте разберемся с ними по очереди.

Свойство 1: Детерминированние
Это означает, что независимо от того, сколько раз вы анализируете определенный вход через хэш-функцию, вы всегда получите тот же результат. Это важно, потому что если вы будете получать разные хэши каждый раз, будет невозможно отслеживать ввод.

Свойство 2: Быстрое вычисление
Хэш-функция должна быть способна быстро возвращать хэш-вход. Если процесс не достаточно быстрый, система просто не будет эффективна.

Свойство 3: Сложность обратного вычисления
Сложность обратного вычисления означает, что с учетом H (A) невозможно определить A, где A – вводимые данные и H(А) – хэш. Обратите внимание на использование слова “невозможно” вместо слова “неосуществимо”. Мы уже знаем, что определить исходные данные по их хэш-значению можно. Возьмем пример.

Предположим, вы играете в кости, а итоговое число — это хэш числа, которое появляется из кости. Как вы сможете определить, что такое исходный номер? Просто все, что вам нужно сделать, — это найти хэши всех чисел от 1 до 6 и сравнить. Поскольку хэш-функции детерминированы, хэш конкретного номера всегда будет одним и тем же, поэтому вы можете просто сравнить хэши и узнать исходный номер.

Но это работает только тогда, когда данный объем данных очень мал. Что происходит, когда у вас есть огромный объем данных? Предположим, вы имеете дело с 128-битным хэшем. Единственный метод, с помощью которого вы должны найти исходные данные, — это метод «грубой силы». Метод «грубой силы» означает, что вам нужно выбрать случайный ввод, хэшировать его, а затем сравнить результат с исследуемым хэшем и повторить, пока не найдете совпадение.

Итак, что произойдет, если вы используете этот метод?

• Лучший сценарий: вы получаете свой ответ при первой же попытке. Вы действительно должны быть самым счастливым человеком в мире, чтобы это произошло. Вероятность такого события ничтожна.
• Худший сценарий: вы получаете ответ после 2 ^ 128 — 1 раз. Это означает, что вы найдете свой ответ в конце всех вычислений данных (один шанс из 340282366920938463463374607431768211456)
• Средний сценарий: вы найдете его где-то посередине, поэтому в основном после 2 ^ 128/2 = 2 ^ 127 попыток. Иными словами, это огромное количество.

Свойство 4: Небольшие изменения в вводимых данных изменяют хэш
Даже если вы внесете небольшие изменения в исходные данные, изменения, которые будут отражены в хэше, будут огромными. Давайте проверим с помощью SHA-256:

Видите? Даже если вы только что изменили регистр первой буквы, обратите внимание, насколько это повлияло на выходной хэш. Это необходимая функция, так как свойство хэширования приводит к одному из основных качеств блокчейна – его неизменности (подробнее об этом позже).

Свойство 5: Коллизионная устойчивость
Учитывая два разных типа исходных данных A и B, где H (A) и H (B) являются их соответствующими хэшами, для H (A) не может быть равен H (B). Это означает, что, по большей части, каждый вход будет иметь свой собственный уникальный хэш. Почему мы сказали «по большей части»? Давайте поговорим об интересной концепции под названием «Парадокс дня рождения».

Что такое парадокс дня рождения?
Если вы случайно встречаете незнакомца на улице, шанс, что у вас совпадут даты дней рождений, очень мал. Фактически, если предположить, что все дни года имеют такую же вероятность дня рождения, шансы другого человека, разделяющего ваш день рождения, составляют 1/365 или 0,27%. Другими словами, он действительно низкий.

Однако, к примеру, если собрать 20-30 человек в одной комнате, шансы двух людей, разделяющих тот же день, резко вырастает. На самом деле, шанс для 2 человек 50-50, разделяющих тот же день рождения при таком раскладе.

Как это применяется в хэшировании?
Предположим, у вас есть 128-битный хэш, который имеет 2 ^ 128 различных вероятностей. Используя парадокс дня рождения, у вас есть 50% шанс разбить коллизионную устойчивость sqrt (2 ^ 128) = 2 ^ 64.

Как вы заметили, намного легче разрушить коллизионную устойчивость, нежели найти обратное вычисление хэша. Для этого обычно требуется много времени. Итак, если вы используете такую функцию, как SHA-256, можно с уверенностью предположить, что если H (A) = H (B), то A = B.

Свойство 6: Головоломка
Свойства Головоломки имеет сильнейшее воздействие на темы касающиеся криптовалют (об этом позже, когда мы углубимся в крипто схемы). Сначала давайте определим свойство, после чего мы подробно рассмотрим каждый термин.

Для каждого выхода «Y», если k выбран из распределения с высокой мин-энтропией, невозможно найти вводные данные x такие, что H (k | x) = Y.

Вероятно, это, выше вашего понимания! Но все в порядке, давайте теперь разберемся с этим определением.

В чем смысл «высокой мин-энтропии»?
Это означает, что распределение, из которого выбрано значение, рассредоточено так, что мы выбираем случайное значение, имеющее незначительную вероятность. В принципе, если вам сказали выбрать число от 1 до 5, это низкое распределение мин-энтропии. Однако, если бы вы выбрали число от 1 до бесконечности, это — высокое распределение мин-энтропии.

Что значит «к|х»?
«|» обозначает конкатенацию. Конкатенация означает объединение двух строк. Например. Если бы я объединила «голубое» и «небо», то результатом было бы «голубоенебо».
Итак, давайте вернемся к определению.

Предположим, у вас есть выходное значение «Y». Если вы выбираете случайное значение «К», невозможно найти значение X, такое, что хэш конкатенации из K и X, выдаст в результате Y.

Еще раз обратите внимание на слово «невозможно», но не исключено, потому что люди занимаются этим постоянно. На самом деле весь процесс майнинга работает на этом (подробнее позже).

Примеры криптографических хэш-функций:

MD 5: Он производит 128-битный хэш. Коллизионная устойчивость была взломана после

1. Указатели
2. Связанные списки

Указатели
В программировании указатели — это переменные, в которых хранится адрес другой переменной, независимо от используемого языка программирования.

Например, запись int a = 10 означает, что существует некая переменная «a», хранящая в себе целочисленное значение равное 10. Так выглядит стандартная переменная.

Однако, вместо сохранения значений, указатели хранят в себе адреса других переменных. Именно поэтому они и получили свое название, потому как буквально указывают на расположение других переменных.

Связанные списки
Связанный список является одним из наиболее важных элементов в структурах данных. Структура связанного списка выглядит следующим образом:

*Head – заголовок; Data – данные; Pointer – указатель; Record – запись; Null – ноль

Это последовательность блоков, каждый из которых содержит данные, связанные со следующим с помощью указателя. Переменная указателя в данном случае содержит адрес следующего узла, благодаря чему выполняется соединение. Как показано на схеме, последний узел отмечен нулевым указателем, что означает, что он не имеет значения.

Важно отметить, что указатель внутри каждого блока содержит адрес предыдущего. Так формируется цепочка. Возникает вопрос, что это значит для первого блока в списке и где находится его указатель?

Первый блок называется «блоком генезиса», а его указатель находится в самой системе. Выглядит это следующим образом:

*H ( ) – Хэшированные указатели изображаются таким образом

Если вам интересно, что означает «хэш-указатель», то мы с радостью поясним.
Как вы уже поняли, именно на этом основана структура блокчейна. Цепочка блоков представляет собой связанный список. Рассмотрим, как устроена структура блокчейна:

* Hash of previous block header – хэш предыдущего заголовка блока; Merkle Root – Корень Меркла; Transactions – транзакции; Simplified Bitcoin Blockchain – Упрощенный блокчейн Биткоина.

Блокчейн представляет собой связанный список, содержащий данные, а так же указатель хэширования, указывающий на предыдущий блок, создавая таким образов связную цепочку. Что такое хэш-указатель? Он похож на обычный указатель, но вместо того, чтобы просто содержать адрес предыдущего блока, он также содержит хэш данных, находящихся внутри предыдущего блока. Именно эта небольшая настройка делает блокчейн настолько надежным. Представим на секунду, что хакер атакует блок 3 и пытается изменить данные. Из-за свойств хэш-функций даже небольшое изменение в данных сильно изменит хэш. Это означает, что любые незначительные изменения, произведенные в блоке 3, изменят хэш, хранящийся в блоке 2, что, в свою очередь, изменит данные и хэш блока 2, а это приведет к изменениям в блоке 1 и так далее. Цепочка будет полностью изменена, а это невозможно. Но как же выглядит заголовок блока?

* Prev_Hash – предыдущий хэш; Tx – транзакция; Tx_Root – корень транзакции; Timestamp – временная отметка; Nonce – уникальный символ.

Заголовок блока состоит из следующих компонентов:

· Версия: номер версии блока
· Время: текущая временная метка
· Текущая сложная цель (См. ниже)
· Хэш предыдущего блока
· Уникальный символ (См. ниже)
· Хэш корня Меркла

Прямо сейчас, давайте сосредоточимся на том, что из себя представляет хэш корня Меркла. Но до этого нам необходимо разобраться с понятием Дерева Меркла.

Что такое Дерево Меркла?

Источник: Wikipedia

На приведенной выше диаграмме показано, как выглядит дерево Меркла. В дереве Меркла каждый нелистовой узел является хэшем значений их дочерних узлов.

Листовой узел: Листовые узлы являются узлами в самом нижнем ярусе дерева. Поэтому, следуя приведенной выше схеме, листовыми будут считаться узлы L1, L2, L3 и L4.

Дочерние узлы: Для узла все узлы, находящиеся ниже его уровня и которые входят в него, являются его дочерними узлами. На диаграмме узлы с надписью «Hash 0-0» и «Hash 0-1» являются дочерними узлами узла с надписью «Hash 0».

Корневой узел: единственный узел, находящийся на самом высоком уровне, с надписью «Top Hash» является корневым.

Так какое же отношение Дерево Меркла имеет к блокчейну?
Каждый блок содержит большое количество транзакций. Будет очень неэффективно хранить все данные внутри каждого блока в виде серии. Это сделает поиск какой-либо конкретной операции крайне громоздким и займет много времени. Но время, необходимое для выяснения, на принадлежность конкретной транзакции к этому блоку или нет, значительно сокращается, если Вы используете дерево Меркла.

Давайте посмотрим на пример на следующем Хэш-дереве:

Изображение предоставлено проектом: Coursera

Теперь предположим, я хочу узнать, принадлежат ли эти данные блоку или нет:

Вместо того, чтобы проходить через сложный процесс просматривания каждого отдельного процесса хэша, а также видеть принадлежит ли он данным или нет, я просто могу отследить след хэша, ведущий к данным:

Это значительно сокращает время.

Хэширование в майнинге: крипто-головоломки.
Когда мы говорим «майнинг», в основном, это означает поиск нового блока, который будет добавлен в блокчейн. Майнеры всего мира постоянно работают над тем, чтобы убедиться, что цепочка продолжает расти. Раньше людям было проще работать, используя для майнинга лишь свои ноутбуки, но со временем они начали формировать «пулы», объединяя при этом мощность компьютеров и майнеров, что может стать проблемой. Существуют ограничения для каждой криптовалюты, например, для биткоина они составляют 21 миллион. Между созданием каждого блока должен быть определенный временной интервал заданный протоколом. Для биткоина время между созданием блока занимает всего 10 минут. Если бы блокам было разрешено создаваться быстрее, это привело бы к:

• Большому количеству коллизий: будет создано больше хэш-функций, которые неизбежно вызовут больше коллизий.
• Большому количеству брошенных блоков: Если много майнеров пойдут впереди протокола, они будут одновременно хаотично создавать новые блоки без сохранения целостности основной цепочки, что приведет к «осиротевшим» блокам.

Процесс Майнинга

Примечание: в этом разделе мы будем говорить о выработке биткоинов.
Когда протокол Биткоина хочет добавить новый блок в цепочку, майнинг – это процедура, которой он следует. Всякий раз, когда появляется новый блок, все их содержимое сначала хэшируется. Если подобранный хэш больше или равен, установленному протоколом уровню сложности, он добавляется в блокчейн, а все в сообществе признают новый блок.

Однако, это не так просто. Вам должно очень повезти, чтобы получить новый блок таким образом. Так как, именно здесь присваивается уникальный символ. Уникальный символ (nonce) — это одноразовый код, который объединен с хэшем блока. Затем эта строка вновь меняется и сравнивается с уровнем сложности. Если она соответствует уровню сложности, то случайный код изменяется. Это повторяется миллион раз до тех пор, пока требования не будут наконец выполнены. Когда же это происходит, то блок добавляется в цепочку блоков.

Подводя итоги:

• Выполняется хэш содержимого нового блока.
• К хэшу добавляется nonce (специальный символ).
• Новая строка снова хэшируется.
• Конечный хэш сравнивается с уровнем сложности, чтобы проверить меньше он его или нет
• Если нет, то nonce изменяется, и процесс повторяется снова.
• Если да, то блок добавляется в цепочку, а общедоступная книга (блокчейн) обновляется и сообщает нодам о присоединении нового блока.
• Майнеры, ответственные за данный процесс, награждаются биткоинами.

Помните номер свойства 6 хэш-функций? Удобство использования задачи?
Для каждого выхода «Y», если k выбран из распределения с высокой мин-энтропией, невозможно найти вход x таким образом, H (k | x) = Y.

Так что, когда дело доходит до майнинга биткоинов:

• К = Уникальный символ
• x = хэш блока
• Y = цель проблемы

Весь процесс абсолютно случайный, основанный на генерации случайных чисел, следующий протоколу Proof Of Work и означающий:

Что такое хеширование в блокчейне

Хеширование – это создание последовательности символов (хешей) с использованием математической функции. Эта последовательность характеризуется высоким уровнем защищенности и позволяет безопасно отправлять сообщения. Процесс, в том числе, применяют в криптографии.

Редакция BeInCrypto собрала всю информацию по теме в одном материале, чтобы дать развернутый ответ на вопрос о том, что такое хеширование.

Хотите узнать больше о криптовалюте и блокчейне? Специально для вас команда академии TTM Academy подготовила стартовый тренинг для новичков. Программа погрузит вас в мир цифровых активов и даст понимание, в какой из его сфер вы хотели бы развиваться. Переходите по ссылке и начните погружение в мир криптовалют!

Криптографические хеш-функции

Это определенный вид хеша, который безопасен и идеально подходит для криптографии. Хеш-функции обладают следующими особенностями:

Детерминированность – при определенной входной величине каждый раз должен производиться фиксированный объем хешей.

Вычислительная эффективность – компьютерная мощность должна быть достаточной для быстрого возврата хешей. Большинство компьютеров могут обрабатывать хеш-функцию за долю секунды.

Устойчивость к нахождению прообраза – Хеш-функция не должна выдавать никакую информации о входном значении.

Устойчивость к коллизиям – Получение двух входов, которые могли бы дать два выхода. Должно быть очень сложным или невозможным. Поскольку длина входного значения может быть любой, его вариации бесконечны.

У выходов длина фиксированная и, соответственно, в этом случае количество вариантов ограничено. При этом несколько входов могут произвести одинаковый выход.

Если устойчивость к коллизиям недостаточно высока, могут происходить так называемые атаки «дней рождения». Это атака, в которой математика преобладает над теорией вероятности. Возможно, вы уже слышали о подобных случаях. Самый простой пример иллюстрации таких атак – если в комнате находится 27 человек, есть 50%-ная вероятность того, что у двух присутствующих совпадают дни рождения.

Почему так происходит? На одного человека вероятность составляет 1/365, исходя из количества дней в году. На второго человека приходится такая же вероятность. Для определения вероятности совпадения их дней рождения нужно умножить один показатель на другой.

Итак, получается, что есть 365 дат дней рождения и 365 вероятностей совпадения, и если извлечь корень из этого числа, выходит, что у 23 рандомно выбранных человек вероятность совпадения дат рождения составляет 50%.

Если применить эту теорию к хешированию, становится понятно, что с технической точки зрения ни одна хеш-функция не является полностью устойчивой к коллизии, но прежде чем это произойдет может пройти очень много времени.

Присоединяйтесь к нашему Телеграм-каналу, чтобы быть в курсе главных трендов крипторынка

Что такое хеширование в блокчейне

Биткоин функционирует на базе блокчейна и использует алгоритм хеширования SHA-256 (алгоритм криптографического хеширования 256). С его помощью любой объем информации можно преобразовать в строку из 64 символов.

Хеширование онлайн через алгоритм SHA-256

В случае с биткоином хеш-функции выполняют три основные задачи:

• Майнинг – майнеры конкурируют за решение задач. Каждый майнер берет информацию из блоков, о которых они уже знают и выстраивают из них новый блок. Если на выходе алгоритм выдает значение, меньшее целевой цифры, оно считается действительным и может быть принято остальными участниками сети. Таким образом, майнер получает право на создание следующего блока.
• Соединение блоков – в целях дополнительной безопасности. Каждый блок в блокчейне связан с предыдущим, что достигается посредством хеш-указателя (переменные, хранящие адрес другой переменной). По сути, каждый блок содержит результат хеширования от предыдущего блока в блокчейне. Благодаря этой функции можно легко отслеживать историю в блокчейне и исключить вероятность добавления вредоносного блока в сеть.
• Создание ключей – чтобы отправить или получить криптовалюту необходимы частный и публичный ключи. Оба ключа связаны друг с другом через хеш-функцию. Это неотъемлемый компонент, который исключает получение вашего частного ключа третьими лицами.

Почему это важно

Хеш-функция обеспечивает криптовалюте высокий уровень безопасности. И хотя в теории ничто не защищено от взломов в полной мере, такой подход дает максимально высокий из доступных на сегодняшний день уровней сложности.

При хеш-функций можно достигать высокого уровня безопасности систем. В том числе, с ее помощью возможно хеширование паролей и шифрование других данных.

Читайте свежие новости криптовалют на портале BeInCrypto и присоединяйтесь к дискуссии в нашем Телеграм-канале

Дисклеймер

Вся информация на нашем сайте публикуется, основываясь на принципах добросовестности и только для общего ознакомления. Любые действия, основанные на информации, публикуемой на этом сайте, предпринимаются читателем исключительно под его собственную ответственность.
В разделе «База знаний» нашей приоритетной задачей является предоставление высококачественной информации. Мы тщательно определяем, изучаем и создаем образовательный контент, полезный для наших читателей.
Для поддержания этих стандартов на высоком уровне и дальнейшего создания качественного контента наши партнеры могут выплачивать нам вознаграждение за размещение информации о них в наших статьях. Однако такие выплаты никак не влияют на процессы создания объективного, честного и полезного контента.