ハッシュが固定サイズの出力を可変サイズの入力から生成するプロセスを指します。このプロセスは、ハッシュ関数として知られる数学的な公式を用いて実行され、ハッシュアルゴリズム(として実装されます。
暗号技術を使用しないすべてのハッシュ関数ではありませんが、いわゆる暗号ハッシュ関数は暗号通貨の中核を成しています。それにより、ブロックチェーンやその他の分散システムは、データの整合性とセキュリティの重要なレベルに達することができます。
従来のハッシュ関数と暗号学的ハッシュ関数は決定論的です。決定論的であるということは、入力が変わらない限り、ハッシュアルゴリズムは常に同じ出力)、別名ダイジェストまたはハッシュ(を生成することを意味します。
通常、暗号通貨で使用されるハッシュアルゴリズムは、単方向関数として設計されており、膨大な時間と計算リソースなしには簡単に逆転できないことを意味します。言い換えれば、入力から出力を作成するのは比較的簡単ですが、)出力だけから入力を生成するのは相対的に難しいです(。一般的に、元の入力を見つけるのが難しいほど、ハッシュアルゴリズムはより安全であると考えられます。
異なるハッシュ関数は異なるサイズの出力を生成しますが、各ハッシュアルゴリズムの出力サイズは常に一定です。たとえば、SHA-256アルゴリズムは256ビットの出力しか生成できませんが、SHA-1は常に160ビットのダイジェストを生成します。
これを示すために、"Trading" と "trading" という言葉をビットコインで使用されているアルゴリズムハッシュ SHA-256 ) に通してみましょう(:
SHA-256
入力: トレーディング 出力)256 bits(:95d1a7ca65e8e7a866be323693fd2c22e07d8f198695481f1660e12142cdbecc
エントリー: トレーディング 出力)256 bits(:2180de693ed2598851b751454f78332a363a0ddb0376db0e4fc9eedb25cde194
最初の文字の大文字の小さな変更)がまったく異なるハッシュ値につながったことに注意してください。しかし、SHA-256を使用しているため、出力は常に256ビット(または64の16進数の文字)の固定サイズになります。さらに、アルゴリズムで2つの単語を何度処理しても、出力は一定のままです。
一方、SHA-1ハッシュアルゴリズムを通じて同じ入力を実行すると、次の結果が得られます:
SHA-1
エントリー: トレーディング 出力(160 bits): 37736e173a824ff9cecc9b5de47f5bda155b7f51
エントリー: トレーディング 出力(160 bits): 7da19b30a5c5c198709373e8eb7d5c33a3f48241
SHAはSecure Hash Algorithmsを意味することを指摘することが重要です。これは、SHA-0やSHA-1、SHA-2およびSHA-3ファミリーを含む暗号学的ハッシュ関数のセットを指します。SHA-256はSHA-2ファミリーの一部であり、SHA-512やその他のバリエーションと共に存在します。現在、SHA-2およびSHA-3ファミリーのみが暗号アプリケーションに安全であると考えられています。
従来のハッシュ関数には、データベース検索、大規模ファイルの分析、データ管理など、さまざまな用途があります。一方、暗号ハッシュ関数は、メッセージ認証やデジタルフィンガープリンティングなどのコンピュータセキュリティアプリケーションで広く使用されています。ビットコインの文脈では、暗号ハッシュ関数はマイニングプロセスの不可欠な部分であり、新しいアドレスや鍵の生成にも重要な役割を果たします。
ハッシュの真の力は、大量の情報を扱うときに現れます。たとえば、大きなファイルやデータセットをハッシュ関数を通じて処理し、その出力を使用してデータの正確性と完全性を迅速に確認することができます。これは、ハッシュ関数の決定論的な性質によるもので、入力は常に簡素化され、凝縮された出力(ハッシュ)をもたらします。この技術は、大量のデータを保存し「記憶する」必要性を排除します。
ハッシュ化は、ブロックチェーン技術の文脈で特に役立ちます。ビットコインのブロックチェーンには、主にマイニングプロセスの中でハッシュが関与するさまざまな操作があります。実際、ほとんどすべての暗号通貨プロトコルは、トランザクションのグループをブロックにリンクさせて凝縮するためにハッシュに依存しており、また、各ブロック間に暗号的リンクを生成するためにもハッシュを使用しており、効果的にブロックチェーンを形成しています。
暗号技術を実装したハッシュ関数は、暗号学的ハッシュ関数として定義できます。一般的に、暗号学的ハッシュ関数を破るには無限のブルートフォース試行が必要です。暗号学的ハッシュ関数を「逆転」させるためには、出力が得られるまで試行錯誤で入力を推測する必要があります。しかし、異なる入力がまったく同じ出力を生成する可能性もあり、その場合は「衝突」が発生します。
技術的には、暗号ハッシュ関数は実質的に安全と見なされるために、3つの特性を満たす必要があります:
( コリジョン耐性
前述のように、異なる入力が全く同じハッシュを生成する場合、衝突が発生します。したがって、ハッシュ関数は誰かが衝突を見つけるまで衝突耐性があると見なされます。可能な入力は無限であるのに対し、可能な出力は有限であるため、どんなハッシュ関数にも衝突は常に存在することに注意してください。
言い換えれば、ハッシュ関数は衝突耐性があるとき、衝突を見つける可能性が非常に低く、計算に数百万年を要することになります。したがって、衝突のないハッシュ関数は存在しませんが、十分に強力なものは衝突耐性があると見なされます。)例えば、SHA-256###。
様々なSHAアルゴリズムの中で、SHA-0およびSHA-1ファミリーは衝突が見つかったためもはや安全ではありません。現在、SHA-2およびSHA-3ファミリーは衝突に対して耐性があると見なされています。
( プレイメージ抵抗
前画像抵抗性の特性は、一方向性関数の概念に関連しています。ハッシュ関数は、特定の出力を生成した入力を誰かが見つける可能性が非常に低い場合に、前画像抵抗性があると見なされます。
このプロパティは、攻撃者が特定の出力を観察することによって、どの入力が使用されたかを推測しようとするため、前のものとは異なります。一方、コリジョンは、誰かが同じ出力を生成する2つの異なる入力を見つけるときに発生し、使用された入力が何であったかは重要ではありません。
プレイメージ耐性の特性は、情報を公開することなくメッセージの真正性を証明できる単純なハッシュがあるため、データ保護にとって価値があります。実際、多くのサービスプロバイダーやウェブアプリケーションは、プレーンテキストのパスワードの代わりに、パスワードから生成されたハッシュを保存および使用しています。取引プラットフォームでも、この技術はユーザーの認証情報を保護するために不可欠です。
) セカンドプリイメージへの抵抗
簡単に言えば、第二前画像抵抗は他の二つの特性の間のどこかに位置していると言えます。第二前画像攻撃は、誰かが既に知られている別の入力と同じ出力を生成する特定の入力を見つけることに成功したときに発生します。
別の言い方をすれば、第二前画像攻撃は衝突を見つけることを含むが、同じハッシュを生成する2つのランダムな入力を探す代わりに、攻撃者は特定の別の入力によって生成されたのと同じハッシュを生成する入力を探す。
したがって、衝突耐性のあるハッシュ関数は、常に衝突を伴うため、第二の前画像攻撃にも耐性があります。しかし、衝突耐性のある関数に対して前画像攻撃を行うことは依然として可能であり、これは唯一の出力から唯一の入力を見つけることを含みます。
ビットコインのマイニングには、残高の確認、トランザクションの入力と出力のリンク、ブロック内のトランザクションのハッシュを生成してマークルツリーを形成するなど、ハッシュ関数を含む多くのステップがあります。しかし、ビットコインのブロックチェーンが安全である主な理由の一つは、マイナーが次のブロックの有効なソリューションを見つけるために無数のハッシュ操作を行う必要があるという事実です。
具体的に言うと、マイナーは候補ブロックのハッシュ値を作成する際に、いくつかの異なる入力を試みる必要があります。本質的に、特定の数のゼロで始まる出力ハッシュを生成しない限り、ブロックを検証することはできません。ゼロの数はマイニングの難易度を決定し、ネットワークに割り当てられたハッシュレートに応じて変わります。
この場合、ハッシュレートはビットコインのマイニングにどれだけの計算能力が投入されているかを示します。ネットワークのハッシュレートが増加すると、ビットコインのプロトコルは自動的にマイニングの難易度を調整し、ブロックをマイニングするために必要な平均時間が約10分に保たれるようにします。逆に、複数のマイナーがマイニングをやめることを決定し、ハッシュレートが大幅に低下すると、マイニングの難易度が調整され、###のマイニングが容易になり、ブロックの平均時間が再び10分###になるまで続きます。
マイナーは衝突を見つける必要はありません。なぜなら、特定のゼロの数で始まる有効な出力として生成できるハッシュがいくつかあるからです(。したがって、特定のブロックに対していくつかの可能な解決策が存在し、マイナーはマイニングの難易度によって定められた制限に従ってそれらのうちの1つを見つける必要があります。
ビットコインのマイニングはエネルギーと設備の点でコストがかかる作業であるため、マイナーはシステムを欺く理由がありません。なぜなら、そうすることで重大な財務損失を招くからです。ブロックチェーンに参加するマイナーが多いほど、それは大きくて強力になります。
ハッシュには、暗号通貨のエコシステムや取引プラットフォームにおいて多くの実用的な応用があります。
トランザクションの検証: ブロックチェーン上の各トランザクションには、ユニークなハッシュが付与され、識別子として機能し、トランザクションが変更されていないことを確認できます。
アドレスの生成: 暗号通貨のアドレスは、公開鍵にハッシュ関数を適用することで生成され、セキュリティが向上し、アドレスのサイズが削減されます。
安全なパスワードの保管: 取引プラットフォームは、ユーザーのパスワードを安全に保管するためにハッシュ機能を使用し、元のパスワードの代わりにハッシュのみを保存します。
プルーフ・オブ・ワーク: このコンセンサスメカニズムは、ビットコインや他の暗号通貨で使用されており、基本的にハッシュ関数の単方向性に基づいています。
データの整合性: プラットフォームは、転送中にファイルやデータが変更されていないことを確認するためにハッシュを使用します。
ハッシュ関数はコンピュータサイエンスにおいて不可欠なツールであり、特に大量のデータを扱う際に重要です。暗号技術と組み合わせることで、ハッシュアルゴリズムは非常に多用途になり、さまざまな方法でセキュリティと認証を提供します。このように、暗号学的ハッシュ関数はほぼすべての暗号通貨ネットワークや取引プラットフォームにとって重要であり、その特性や動作メカニズムを理解することは、ブロックチェーン技術やデジタル資産の取引に関心のある人にとって非常に役立ちます。
デジタル化が進む世界では、データと取引のセキュリティが最も重要であり、ハッシュ機能は現代の暗号システムに対する信頼を支える基本的な柱の1つであり続けています。
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ハッシュとは何ですか？原則、暗号化、およびブロックチェーンにおける応用
ハッシュが固定サイズの出力を可変サイズの入力から生成するプロセスを指します。このプロセスは、ハッシュ関数として知られる数学的な公式を用いて実行され、ハッシュアルゴリズム(として実装されます。
暗号技術を使用しないすべてのハッシュ関数ではありませんが、いわゆる暗号ハッシュ関数は暗号通貨の中核を成しています。それにより、ブロックチェーンやその他の分散システムは、データの整合性とセキュリティの重要なレベルに達することができます。
ハッシュの基本
従来のハッシュ関数と暗号学的ハッシュ関数は決定論的です。決定論的であるということは、入力が変わらない限り、ハッシュアルゴリズムは常に同じ出力)、別名ダイジェストまたはハッシュ(を生成することを意味します。
通常、暗号通貨で使用されるハッシュアルゴリズムは、単方向関数として設計されており、膨大な時間と計算リソースなしには簡単に逆転できないことを意味します。言い換えれば、入力から出力を作成するのは比較的簡単ですが、)出力だけから入力を生成するのは相対的に難しいです(。一般的に、元の入力を見つけるのが難しいほど、ハッシュアルゴリズムはより安全であると考えられます。
ハッシュ関数はどのように機能しますか？
異なるハッシュ関数は異なるサイズの出力を生成しますが、各ハッシュアルゴリズムの出力サイズは常に一定です。たとえば、SHA-256アルゴリズムは256ビットの出力しか生成できませんが、SHA-1は常に160ビットのダイジェストを生成します。
これを示すために、"Trading" と "trading" という言葉をビットコインで使用されているアルゴリズムハッシュ SHA-256 ) に通してみましょう(:
SHA-256
入力: トレーディング 出力)256 bits(:95d1a7ca65e8e7a866be323693fd2c22e07d8f198695481f1660e12142cdbecc
エントリー: トレーディング 出力)256 bits(:2180de693ed2598851b751454f78332a363a0ddb0376db0e4fc9eedb25cde194
最初の文字の大文字の小さな変更)がまったく異なるハッシュ値につながったことに注意してください。しかし、SHA-256を使用しているため、出力は常に256ビット(または64の16進数の文字)の固定サイズになります。さらに、アルゴリズムで2つの単語を何度処理しても、出力は一定のままです。
一方、SHA-1ハッシュアルゴリズムを通じて同じ入力を実行すると、次の結果が得られます:
SHA-1
エントリー: トレーディング 出力(160 bits): 37736e173a824ff9cecc9b5de47f5bda155b7f51
エントリー: トレーディング 出力(160 bits): 7da19b30a5c5c198709373e8eb7d5c33a3f48241
SHAはSecure Hash Algorithmsを意味することを指摘することが重要です。これは、SHA-0やSHA-1、SHA-2およびSHA-3ファミリーを含む暗号学的ハッシュ関数のセットを指します。SHA-256はSHA-2ファミリーの一部であり、SHA-512やその他のバリエーションと共に存在します。現在、SHA-2およびSHA-3ファミリーのみが暗号アプリケーションに安全であると考えられています。
ハッシュの重要性
従来のハッシュ関数には、データベース検索、大規模ファイルの分析、データ管理など、さまざまな用途があります。一方、暗号ハッシュ関数は、メッセージ認証やデジタルフィンガープリンティングなどのコンピュータセキュリティアプリケーションで広く使用されています。ビットコインの文脈では、暗号ハッシュ関数はマイニングプロセスの不可欠な部分であり、新しいアドレスや鍵の生成にも重要な役割を果たします。
ハッシュの真の力は、大量の情報を扱うときに現れます。たとえば、大きなファイルやデータセットをハッシュ関数を通じて処理し、その出力を使用してデータの正確性と完全性を迅速に確認することができます。これは、ハッシュ関数の決定論的な性質によるもので、入力は常に簡素化され、凝縮された出力(ハッシュ)をもたらします。この技術は、大量のデータを保存し「記憶する」必要性を排除します。
ハッシュ化は、ブロックチェーン技術の文脈で特に役立ちます。ビットコインのブロックチェーンには、主にマイニングプロセスの中でハッシュが関与するさまざまな操作があります。実際、ほとんどすべての暗号通貨プロトコルは、トランザクションのグループをブロックにリンクさせて凝縮するためにハッシュに依存しており、また、各ブロック間に暗号的リンクを生成するためにもハッシュを使用しており、効果的にブロックチェーンを形成しています。
暗号学的ハッシュ関数とその特性
暗号技術を実装したハッシュ関数は、暗号学的ハッシュ関数として定義できます。一般的に、暗号学的ハッシュ関数を破るには無限のブルートフォース試行が必要です。暗号学的ハッシュ関数を「逆転」させるためには、出力が得られるまで試行錯誤で入力を推測する必要があります。しかし、異なる入力がまったく同じ出力を生成する可能性もあり、その場合は「衝突」が発生します。
技術的には、暗号ハッシュ関数は実質的に安全と見なされるために、3つの特性を満たす必要があります:
( コリジョン耐性
前述のように、異なる入力が全く同じハッシュを生成する場合、衝突が発生します。したがって、ハッシュ関数は誰かが衝突を見つけるまで衝突耐性があると見なされます。可能な入力は無限であるのに対し、可能な出力は有限であるため、どんなハッシュ関数にも衝突は常に存在することに注意してください。
言い換えれば、ハッシュ関数は衝突耐性があるとき、衝突を見つける可能性が非常に低く、計算に数百万年を要することになります。したがって、衝突のないハッシュ関数は存在しませんが、十分に強力なものは衝突耐性があると見なされます。)例えば、SHA-256###。
様々なSHAアルゴリズムの中で、SHA-0およびSHA-1ファミリーは衝突が見つかったためもはや安全ではありません。現在、SHA-2およびSHA-3ファミリーは衝突に対して耐性があると見なされています。
( プレイメージ抵抗
前画像抵抗性の特性は、一方向性関数の概念に関連しています。ハッシュ関数は、特定の出力を生成した入力を誰かが見つける可能性が非常に低い場合に、前画像抵抗性があると見なされます。
このプロパティは、攻撃者が特定の出力を観察することによって、どの入力が使用されたかを推測しようとするため、前のものとは異なります。一方、コリジョンは、誰かが同じ出力を生成する2つの異なる入力を見つけるときに発生し、使用された入力が何であったかは重要ではありません。
プレイメージ耐性の特性は、情報を公開することなくメッセージの真正性を証明できる単純なハッシュがあるため、データ保護にとって価値があります。実際、多くのサービスプロバイダーやウェブアプリケーションは、プレーンテキストのパスワードの代わりに、パスワードから生成されたハッシュを保存および使用しています。取引プラットフォームでも、この技術はユーザーの認証情報を保護するために不可欠です。
) セカンドプリイメージへの抵抗
簡単に言えば、第二前画像抵抗は他の二つの特性の間のどこかに位置していると言えます。第二前画像攻撃は、誰かが既に知られている別の入力と同じ出力を生成する特定の入力を見つけることに成功したときに発生します。
別の言い方をすれば、第二前画像攻撃は衝突を見つけることを含むが、同じハッシュを生成する2つのランダムな入力を探す代わりに、攻撃者は特定の別の入力によって生成されたのと同じハッシュを生成する入力を探す。
したがって、衝突耐性のあるハッシュ関数は、常に衝突を伴うため、第二の前画像攻撃にも耐性があります。しかし、衝突耐性のある関数に対して前画像攻撃を行うことは依然として可能であり、これは唯一の出力から唯一の入力を見つけることを含みます。
暗号通貨におけるマイニングとハッシュ
ビットコインのマイニングには、残高の確認、トランザクションの入力と出力のリンク、ブロック内のトランザクションのハッシュを生成してマークルツリーを形成するなど、ハッシュ関数を含む多くのステップがあります。しかし、ビットコインのブロックチェーンが安全である主な理由の一つは、マイナーが次のブロックの有効なソリューションを見つけるために無数のハッシュ操作を行う必要があるという事実です。
具体的に言うと、マイナーは候補ブロックのハッシュ値を作成する際に、いくつかの異なる入力を試みる必要があります。本質的に、特定の数のゼロで始まる出力ハッシュを生成しない限り、ブロックを検証することはできません。ゼロの数はマイニングの難易度を決定し、ネットワークに割り当てられたハッシュレートに応じて変わります。
この場合、ハッシュレートはビットコインのマイニングにどれだけの計算能力が投入されているかを示します。ネットワークのハッシュレートが増加すると、ビットコインのプロトコルは自動的にマイニングの難易度を調整し、ブロックをマイニングするために必要な平均時間が約10分に保たれるようにします。逆に、複数のマイナーがマイニングをやめることを決定し、ハッシュレートが大幅に低下すると、マイニングの難易度が調整され、###のマイニングが容易になり、ブロックの平均時間が再び10分###になるまで続きます。
マイナーは衝突を見つける必要はありません。なぜなら、特定のゼロの数で始まる有効な出力として生成できるハッシュがいくつかあるからです(。したがって、特定のブロックに対していくつかの可能な解決策が存在し、マイナーはマイニングの難易度によって定められた制限に従ってそれらのうちの1つを見つける必要があります。
ビットコインのマイニングはエネルギーと設備の点でコストがかかる作業であるため、マイナーはシステムを欺く理由がありません。なぜなら、そうすることで重大な財務損失を招くからです。ブロックチェーンに参加するマイナーが多いほど、それは大きくて強力になります。
暗号の世界におけるハッシュの実用的な応用
ハッシュには、暗号通貨のエコシステムや取引プラットフォームにおいて多くの実用的な応用があります。
トランザクションの検証: ブロックチェーン上の各トランザクションには、ユニークなハッシュが付与され、識別子として機能し、トランザクションが変更されていないことを確認できます。
アドレスの生成: 暗号通貨のアドレスは、公開鍵にハッシュ関数を適用することで生成され、セキュリティが向上し、アドレスのサイズが削減されます。
安全なパスワードの保管: 取引プラットフォームは、ユーザーのパスワードを安全に保管するためにハッシュ機能を使用し、元のパスワードの代わりにハッシュのみを保存します。
プルーフ・オブ・ワーク: このコンセンサスメカニズムは、ビットコインや他の暗号通貨で使用されており、基本的にハッシュ関数の単方向性に基づいています。
データの整合性: プラットフォームは、転送中にファイルやデータが変更されていないことを確認するためにハッシュを使用します。
まとめ
ハッシュ関数はコンピュータサイエンスにおいて不可欠なツールであり、特に大量のデータを扱う際に重要です。暗号技術と組み合わせることで、ハッシュアルゴリズムは非常に多用途になり、さまざまな方法でセキュリティと認証を提供します。このように、暗号学的ハッシュ関数はほぼすべての暗号通貨ネットワークや取引プラットフォームにとって重要であり、その特性や動作メカニズムを理解することは、ブロックチェーン技術やデジタル資産の取引に関心のある人にとって非常に役立ちます。
デジタル化が進む世界では、データと取引のセキュリティが最も重要であり、ハッシュ機能は現代の暗号システムに対する信頼を支える基本的な柱の1つであり続けています。