Klíčovou myšlenkou v informatice a kryptografii je hašovací funkce. Je nezbytná pro mnoho aplikací, například pro technologii blockchain, ukládání hesel a vyhledávání dat. Zjednodušeně řečeno, hashovací funkce vytváří ze vstupu (nebo zprávy) libovolné velikosti výstup o pevné velikosti, často řetězec alfanumerických znaků. Tento výsledek se nazývá hashovací hodnota nebo hashovací kód.
K převodu vstupních dat na jednoznačnou hodnotu hash používá hashovací funkce interní matematickou techniku. Výstup je předvídatelný, protože se řídí souborem kritérií, která zaručují, že výsledkem stejného vstupu bude vždy stejná hodnota hash. Dobrá hashovací funkce by měla být také rychlá a efektivní a měla by vytvářet odlišnou hodnotu hash pro každý jedinečný vstup.
Podívejme se na jednoduchý příklad, abychom lépe pochopili, jak hashovací funkce funguje uvnitř. Řekněme, že máme jednoduchou hashovací funkci, která z řetězce na vstupu vypisuje šestimístný hashovací výsledek. Každý znak ve vstupním řetězci může algoritmus nejprve převést na odpovídající hodnotu ASCII. Hodnota hash je pak vytvořena provedením různých matematických operací s těmito čísly, například sčítáním nebo násobením.
Například naše fiktivní hashovací funkce může převést písmena „h“, „e“, „l“, „l“ a „o“ na odpovídající hodnoty ASCII, které jsou 104, 101, 108, 108 a 111, pokud zadáme text „hello“. Součet těchto hodnot pak můžeme zadat do hashovací funkce, čímž získáme hashovací hodnotu 632.
Integrita dat zaznamenaných v každém bloku je v kontextu blockchainu zásadně zachována prostřednictvím hashovacích funkcí. Hash bloku, který vzniká hashováním dat a metadat bloku, je odlišná hash hodnota, která je obsažena v každém bloku. Tato hodnota hash slouží jako digitální otisk bloku a zajišťuje, že při jakékoli změně dat vznikne nová hodnota hash.
Například v blockchainu kryptoměny Bitcoin má každý blok hodnotu hash, která je určena transakcemi bloku, časovým razítkem a hashem předchozího bloku. Vzniká tak řetězec bloků, kde je hodnota hash každého bloku určena hodnotou hash předchozího bloku. Díky této vzájemné závislosti je blockchain bezpečnější, protože jakákoli změna s obsahem v jednom bloku způsobí neshodnou hodnotu hash a upozorní síť na potenciální podvod.
Stručně řečeno, hashovací funkce je algoritmický proces, který převádí vstup na výsledek hashování s pevnou velikostí. Aby bylo zajištěno, že výstup je deterministický a jedinečný pro každý různý vstup, funguje interně tak, že na vstupní data aplikuje předem stanovený soubor pravidel. V mnoha různých aplikacích, jako je kryptografie, vyhledávání dat a technologie blockchain, se hashovací funkce často používají k zajištění bezpečnosti a integrity dat. Pochopení toho, jak hashovací funkce fungují zevnitř, je nezbytné pro pochopení jejich významu v současné informatice a informační bezpečnosti.
Hashovací funkci je třeba napsat pomocí několika zásadních kroků. Zde je obecný popis toho, co se děje: 1. Popište vstup: Určete druh dat, která bude hashovací funkce přijímat. Může to být cokoli od řetězců a čísel až po složité datové struktury, v závislosti na jedinečných požadavcích. 2. Vyberte hashovací algoritmus: Zvolte algoritmus hašování, který je vhodný pro potřeby vaší aplikace. Mezi často používané hashovací algoritmy patří MD5, SHA-1 a SHA-256. Každý algoritmus má jedinečné vlastnosti a faktory, které je třeba vzít v úvahu, například efektivitu výpočtu a odolnost vůči kolizím. 3. Nastavte hodnotu hash na nulu: Nastavte počáteční bod pro operaci hashování. Obvykle je touto hodnotou bitový řetězec pevné délky nebo bitové pole.
4. Analyzujte vstupní data: Rozdělte dodaná data na lépe zvládnutelné části a nad každou z nich proveďte operace. V závislosti na zvolené metodě hašování to může znamenat použití bitových operací, modulární aritmetiky nebo jiných matematických operací. Při zpracování každé jednotky vstupních dat by se hodnota hash měla průběžně aktualizovat. Toho se často dosahuje tak, že se na zpracovávaná data a aktuální hodnotu hash použijí konkrétní bitové nebo aritmetické operace určené algoritmem hash. 6. Dokončete příslušné finalizační procesy, abyste zaručili, že po zpracování všech vstupních dat je hodnota hash v požadovaném formátu. To může znamenat provedení dalších procesů nebo doplnění výsledku. 7. Vraťte hodnotu hash:
7. Zveřejněte konečnou hodnotu hash, která slouží jako individuální digitální otisk dat. Hodnotu hash obvykle tvoří řetězec pevné délky nebo pole bitů.
Je důležité mít na paměti, že vytvoření spolehlivé hashovací funkce může být náročné a vyžaduje důkladnou znalost kryptografických konceptů. Proto se často doporučuje spíše než se pokoušet o její vytvoření od nuly použít již ověřené hashovací funkce nabízené respektovanými knihovnami nebo frameworky.
Integrita a bezpečnost dat uchovávaných v blockchainu jsou v tomto kontextu zásadně závislé na hashovací funkci.
Matematický algoritmus známý jako hashovací funkce přijímá vstup (data) a výstupem je řetězec znaků pevné délky známý jako hashovací hodnota nebo hashovací kód. Hlavní vlastností hashovací funkce je, že je deterministická, což znamená, že pro stejný vstup poskytne vždy stejný výsledek.
Každý blok v blockchainu má svou vlastní hodnotu hash, která je určena na základě informací obsažených v bloku, jako jsou informace o transakcích, časové značky a hodnota hash předchozího bloku. Jakákoli malá změna dat bloku vytvoří zcela novou hodnotu hash, která funguje jako digitální otisk bloku.
Technologie blockchain používá hashovací funkce pro různé operace.
1. Integrita dat: Hodnota hash každého bloku je uložena v bloku následujícím, čímž vzniká řetězec bloků, které jsou těmito hodnotami hash propojeny. Protože se hodnota hashe změní a řetězec se přeruší, je tím zajištěno, že jakýkoli zásah do dat v bloku bude ihned odhalen.
2. Důkaz práce: V procesu těžby se pomocí hašovacích funkcí řeší složité matematické hádanky. Těžaři používají velké množství výpočetních prostředků a soutěží o nalezení konkrétní hodnoty hash, která splňuje soubor požadavků. Tento postup chrání před škodlivou činností a zabezpečuje síť blockchainu.
3. Generování adres: Hašovací funkce se používají také k vytváření rozlišovacích adres pro uživatele a uzly uvnitř sítě blockchain. Tyto adresy jsou generovány z veřejných klíčů účastníků a slouží jako identifikátory.
Závěrem lze říci, že hashovací funkce hrají klíčovou roli v provozu technologie blockchain tím, že zajišťují důvěrnost a integritu dat a usnadňují postupy konsensu.