Apa itu Hash? Prinsip, Kriptografi, dan Aplikasi dalam Blockchain

Hashing mengacu pada proses menghasilkan keluaran berukuran tetap dari masukan berukuran variabel. Proses ini dilakukan melalui rumus matematika yang dikenal sebagai fungsi hash ( yang diimplementasikan sebagai algoritma hash ).

Meskipun tidak semua fungsi hash melibatkan penggunaan kriptografi, yang disebut fungsi hash kriptografis merupakan inti dari cryptocurrency. Berkat mereka, blockchain dan sistem terdistribusi lainnya dapat mencapai tingkat integritas dan keamanan data yang signifikan.

Dasar-dasar fungsi hash

Fungsi hash konvensional dan kriptografi bersifat deterministik. Menjadi deterministik berarti bahwa, selama input tidak berubah, algoritma hash akan secara konsisten menghasilkan output yang sama ( yang juga dikenal sebagai digest atau hash ).

Secara tipikal, algoritma hash yang digunakan dalam cryptocurrency dirancang sebagai fungsi searah, yang berarti bahwa mereka tidak dapat dengan mudah dibalik tanpa sejumlah besar waktu dan sumber daya komputasi. Dengan kata lain, cukup mudah untuk membuat keluaran dari masukan, tetapi relatif sulit untuk pergi ke arah sebaliknya ( menghasilkan masukan hanya dengan keluaran ). Secara umum, semakin sulit menemukan masukan asli, semakin aman algoritma hashing dianggap.

Bagaimana cara kerja fungsi hash?

Fungsi hash yang berbeda menghasilkan keluaran dengan ukuran yang berbeda, tetapi ukuran keluaran yang mungkin untuk setiap algoritma hash selalu konstan. Misalnya, algoritma SHA-256 hanya dapat menghasilkan keluaran sebesar 256 bit, sementara SHA-1 akan selalu menghasilkan digest sebesar 160 bit.

Untuk mengilustrasikan ini, mari kita jalankan kata-kata "Trading" dan "trading" melalui algoritma hash SHA-256 ( yang digunakan dalam Bitcoin ):

SHA-256

Masuk: Trading Keluar (256 bits): 95d1a7ca65e8e7a866be323693fd2c22e07d8f198695481f1660e12142cdbecc

Masuk: perdagangan
Keluar (256 bits): 2180de693ed2598851b751454f78332a363a0ddb0376db0e4fc9eedb25cde194

Perhatikan bahwa perubahan kecil (huruf kapital pada huruf pertama) menghasilkan nilai hash yang sama sekali berbeda. Namun, karena kita menggunakan SHA-256, keluaran selalu akan memiliki ukuran tetap 256 bit (atau 64 karakter heksadesimal), terlepas dari ukuran input. Selain itu, tidak peduli seberapa sering kita memproses kedua kata dengan algoritma, keluaran akan tetap konstan.

Di sisi lain, jika kita menjalankan input yang sama melalui algoritma hash SHA-1, kita akan mendapatkan hasil berikut:

SHA-1

Masuk: Perdagangan Keluar (160 bits): 37736e173a824ff9cecc9b5de47f5bda155b7f51

Masuk: trading Keluar (160 bits): 7da19b30a5c5c198709373e8eb7d5c33a3f48241

Penting untuk dicatat bahwa SHA berarti Secure Hash Algorithms. Ini mengacu pada sekumpulan fungsi hash kriptografis yang mencakup algoritma SHA-0 dan SHA-1 bersama dengan keluarga SHA-2 dan SHA-3. SHA-256 adalah bagian dari keluarga SHA-2, bersama dengan SHA-512 dan varian lainnya. Saat ini, hanya keluarga SHA-2 dan SHA-3 yang dianggap aman untuk aplikasi kriptografis.

Pentingnya fungsi hash

Fungsi hash konvensional memiliki berbagai macam kasus penggunaan, termasuk pencarian dalam basis data, analisis file besar, dan manajemen data. Di sisi lain, fungsi hash kriptografis banyak digunakan dalam aplikasi keamanan komputer, seperti otentikasi pesan dan sidik jari digital. Dalam konteks Bitcoin, fungsi hash kriptografis adalah bagian penting dari proses penambangan dan juga memainkan peran penting dalam pembuatan alamat dan kunci baru.

Kekuatan sejati dari hashing muncul ketika menangani sejumlah besar informasi. Misalnya, sebuah file besar atau kumpulan data dapat diproses melalui fungsi hash dan kemudian menggunakan keluarannya untuk dengan cepat memverifikasi akurasi dan integritas data. Ini dimungkinkan karena sifat deterministik dari fungsi hash: input selalu menghasilkan output yang disederhanakan dan terkompresi (hash). Teknik ini menghilangkan kebutuhan untuk menyimpan dan "mengingat" sejumlah besar data.

Hashing sangat berguna dalam konteks teknologi blockchain. Blockchain Bitcoin memiliki berbagai operasi yang melibatkan hashing, sebagian besar dalam proses penambangan. Faktanya, hampir semua protokol cryptocurrency bergantung pada hashing untuk menghubungkan dan mengkondensasi kelompok transaksi ke dalam blok, serta untuk menghasilkan tautan kriptografis antara setiap blok, secara efektif menciptakan rantai blok.

Fungsi hash kriptografi dan sifat-sifatnya

Sebuah fungsi hash yang menerapkan teknik kriptografi dapat didefinisikan sebagai fungsi hash kriptografi. Secara umum, untuk merusak fungsi hash kriptografi diperlukan sejumlah tak terbatas percobaan dengan brute force. Untuk "mengembalikan" fungsi hash kriptografi, seseorang perlu menebak apa masukan yang digunakan dengan percobaan dan kesalahan hingga menghasilkan keluaran yang sesuai. Namun, ada juga kemungkinan bahwa masukan yang berbeda menghasilkan keluaran yang sama persis, dalam hal ini terjadi "tabrakan".

Secara teknis, sebuah fungsi hash kriptografi perlu memenuhi tiga sifat untuk dianggap benar-benar aman:

• Ketahanan terhadap tabrakan: tidak mungkin menemukan dua masukan yang berbeda yang menghasilkan hash yang sama sebagai keluaran
• Resistensi terhadap preimage: tidak mungkin "membalikkan" fungsi hash ( untuk menemukan input dari output yang diberikan )
• Resistensi terhadap preimage kedua: tidak mungkin menemukan input kedua yang bertabrakan dengan input spesifik.

Ketahanan terhadap kolisi

Seperti yang disebutkan, tabrakan terjadi ketika entri yang berbeda menghasilkan hash yang persis sama. Dengan demikian, fungsi hash dianggap tahan terhadap tabrakan sampai seseorang menemukan tabrakan. Perhatikan bahwa akan selalu ada tabrakan untuk fungsi hash mana pun karena kemungkinan entri tidak terbatas, sementara kemungkinan output adalah terbatas.

Dengan kata lain, fungsi hash dikatakan tahan terhadap kolisi ketika kemungkinan menemukan kolisi sangat rendah sehingga memerlukan jutaan tahun perhitungan. Oleh karena itu, meskipun tidak ada fungsi hash yang bebas dari kolisi, beberapa cukup kuat untuk dianggap tahan (misalnya, SHA-256).

Di antara berbagai algoritma SHA, keluarga SHA-0 dan SHA-1 tidak lagi aman karena telah ditemukan kolisi. Saat ini, keluarga SHA-2 dan SHA-3 dianggap tahan terhadap kolisi.

Resistensi terhadap preimage

Sifat tahan preimage terkait dengan konsep fungsi searah. Sebuah fungsi hash dianggap tahan preimage ketika terdapat kemungkinan yang sangat rendah bahwa seseorang dapat menemukan masukan yang menghasilkan keluaran tertentu.

Properti ini berbeda dari yang sebelumnya karena seorang penyerang akan mencoba menebak input mana yang digunakan dengan mengamati output tertentu. Sebuah tabrakan, di sisi lain, terjadi ketika seseorang menemukan dua input berbeda yang menghasilkan output yang sama, terlepas dari input mana yang digunakan.

Kepemilikan ketahanan terhadap preimage sangat berharga untuk perlindungan data karena hash sederhana dari sebuah pesan dapat membuktikan keasliannya tanpa perlu mengungkapkan informasi tersebut. Dalam praktiknya, banyak penyedia layanan dan aplikasi web menyimpan dan menggunakan hash yang dihasilkan dari kata sandi alih-alih kata sandi dalam bentuk teks biasa. Bahkan di platform perdagangan, teknik ini sangat penting untuk melindungi kredensial pengguna.

Resistansi terhadap preimage kedua

Untuk menyederhanakan, kita dapat mengatakan bahwa resistensi terhadap pre-image kedua terletak di suatu titik antara dua properti lainnya. Serangan pre-image kedua terjadi ketika seseorang berhasil menemukan input tertentu yang menghasilkan output yang sama dengan input lain yang sudah dikenal.

Dengan kata lain, serangan preimage kedua melibatkan menemukan sebuah kolisi, tetapi alih-alih mencari dua input acak yang menghasilkan hash yang sama, penyerang mencari sebuah input yang menghasilkan hash yang sama yang dihasilkan oleh input spesifik lainnya.

Oleh karena itu, setiap fungsi hash yang tahan terhadap tabrakan juga tahan terhadap serangan pra-citra kedua, karena ini selalu melibatkan tabrakan. Namun, masih mungkin untuk melakukan serangan pra-citra pada fungsi yang tahan terhadap tabrakan, karena ini melibatkan menemukan satu masukan dari satu keluaran.

Penambangan dan hashing dalam cryptocurrency

Ada banyak langkah dalam penambangan Bitcoin yang melibatkan fungsi hash, seperti verifikasi saldo, menghubungkan input dan output transaksi, dan hash transaksi dalam sebuah blok untuk membentuk pohon Merkle. Namun, salah satu alasan utama mengapa blockchain Bitcoin aman adalah kenyataan bahwa para penambang perlu melakukan sejumlah besar operasi hashing untuk akhirnya menemukan solusi yang valid untuk blok berikutnya.

Secara spesifik, seorang penambang harus mencoba beberapa input yang berbeda saat membuat nilai hash untuk blok kandidatnya. Pada dasarnya, ia hanya dapat memvalidasi bloknya jika menghasilkan hash keluaran yang dimulai dengan sejumlah nol tertentu. Jumlah nol adalah yang menentukan kesulitan penambangan dan bervariasi tergantung pada tingkat hash yang didedikasikan untuk jaringan.

Dalam hal ini, tingkat hash mewakili seberapa banyak daya komputasi yang diinvestasikan dalam penambangan Bitcoin. Jika tingkat hash jaringan meningkat, protokol Bitcoin akan secara otomatis menyesuaikan kesulitan penambangan agar waktu rata-rata yang diperlukan untuk menambang satu blok tetap dekat dengan 10 menit. Sebaliknya, jika beberapa penambang memutuskan untuk berhenti menambang, menyebabkan tingkat hash turun secara signifikan, kesulitan penambangan akan disesuaikan, memudahkan penambangan (hingga waktu rata-rata blok kembali menjadi 10 menit).

Para penambang tidak perlu menemukan tabrakan karena ada beberapa hash yang dapat dihasilkan sebagai keluaran yang valid (dimulai dengan sejumlah nol). Oleh karena itu, ada beberapa solusi yang mungkin untuk blok tertentu, dan penambang hanya perlu menemukan salah satunya, sesuai dengan batas yang ditentukan oleh kesulitan penambangan.

Karena penambangan Bitcoin adalah tugas yang mahal dalam hal energi dan peralatan, para penambang tidak memiliki alasan untuk menipu sistem, karena ini akan mengakibatkan kerugian finansial yang signifikan. Semakin banyak penambang yang bergabung dengan blockchain, semakin besar dan kuat ia menjadi.

Aplikasi praktis dari hashing di dunia kripto

Hashing memiliki banyak aplikasi praktis dalam ekosistem cryptocurrency dan platform perdagangan:

• Verifikasi transaksi: Setiap transaksi dalam blockchain menerima sebuah hash unik yang berfungsi sebagai pengenal dan memungkinkan untuk memverifikasi bahwa transaksi tersebut tidak telah diubah.

• Pembuatan alamat: Alamat cryptocurrency dihasilkan dengan menerapkan fungsi hash pada kunci publik, meningkatkan keamanan dan mengurangi ukuran alamat.

• Penyimpanan kata sandi yang aman: Platform trading menggunakan fungsi hash untuk menyimpan kata sandi pengguna mereka dengan aman, hanya menyimpan hash dan bukan kata sandi asli.

• Proof of Work: Mekanisme konsensus ini, yang digunakan oleh Bitcoin dan cryptocurrency lainnya, pada dasarnya didasarkan pada sifat unidirectional dari fungsi hash.

• Integritas data: Platform menggunakan hash untuk memverifikasi bahwa file atau data yang ditransfer tidak telah dimodifikasi selama transmisi.

Kesimpulan

Fungsi hash adalah alat penting dalam ilmu komputer, terutama ketika berhubungan dengan sejumlah besar data. Ketika digabungkan dengan kriptografi, algoritma hash dapat sangat fleksibel, menawarkan keamanan dan autentikasi dengan banyak cara yang berbeda. Sebagai demikian, fungsi hash kriptografis sangat penting untuk hampir semua jaringan cryptocurrency dan platform trading, sehingga memahami sifat dan mekanisme kerjanya tentu bermanfaat bagi siapa saja yang tertarik dengan teknologi blockchain atau trading aset digital.

Dalam dunia yang semakin digital, di mana keamanan data dan transaksi sangat penting, fungsi hash tetap menjadi salah satu pilar dasar yang mendukung kepercayaan dalam sistem kriptografi modern.