Hash nedir? İlkeler, Kriptografi ve Blockchain'deki Uygulamaları

Hashing, değişken boyutlu bir girdi ile sabit boyutlu bir çıktı üretme sürecine atıfta bulunur. Bu işlem, hash fonksiyonları olarak bilinen matematiksel formüller aracılığıyla gerçekleştirilir ( hash algoritmaları olarak uygulanır ).

Her hash fonksiyonu kriptografi kullanmayı gerektirmese de, kriptografik hash fonksiyonları kripto paraların temelini oluşturur. Onlar sayesinde, blockchain'ler ve diğer dağıtık sistemler veri bütünlüğü ve güvenliği açısından önemli seviyelere ulaşabilir.

Hash fonksiyonlarının temelleri

Konvansiyonel ve kriptografik hash fonksiyonları deterministiktir. Deterministik olmak, girdi değişmediği sürece, hash algoritmasının her zaman aynı çıktıyı üreteceği anlamına gelir ( ayrıca digest veya hash) olarak da bilinir.

Genellikle, kripto para birimlerinde kullanılan hash algoritmaları tek yönlü fonksiyonlar olarak tasarlanmıştır, bu da geri dönüşlerinin büyük miktarda zaman ve hesaplama kaynakları olmadan kolayca yapılamayacağı anlamına gelir. Diğer bir deyişle, girdi ile çıktı oluşturmak oldukça kolaydır, ancak ters yönde gitmek ( yalnızca çıktıdan girdi oluşturmak ) oldukça zordur. Genel olarak, orijinal girdiyi bulmak ne kadar zor olursa, hashing algoritması o kadar güvenli kabul edilir.

Hash fonksiyonu nasıl çalışır?

Farklı hash fonksiyonları farklı boyutlarda çıktılar üretir, ancak her hash algoritması için olası çıktı boyutları her zaman sabittir. Örneğin, SHA-256 algoritması yalnızca 256 bitlik çıktılar üretebilir, oysa SHA-1 her zaman 160 bitlik bir özet üretecektir.

Bunu göstermek için, "Trading" ve "trading" kelimelerini Bitcoin'de kullanılan SHA-256 hash algoritması ile ( çalıştıralım ):

SHA-256

Giriş: Ticaret Çıkış (256 bits): 95d1a7ca65e8e7a866be323693fd2c22e07d8f198695481f1660e12142cdbecc

Giriş: ticaret Çıkış (256 bits): 2180de693ed2598851b751454f78332a363a0ddb0376db0e4fc9eedb25cde194

Bir küçük değişikliğin (ilk harfin büyük olmasının) tamamen farklı bir hash değeri ürettiğini gözlemleyin. Ancak SHA-256 kullandığımız için, çıktılar her zaman 256 bitlik sabit bir boyuta( veya 64 onaltılık karakter) sahip olacaktır, girdi boyutundan bağımsız olarak. Ayrıca, iki kelimeyi algoritma ile kaç kez işlersek işleyelim, çıktılar sabit kalacaktır.

Diğer yandan, aynı girdileri SHA-1 hash algoritmasıyla çalıştırırsak, aşağıdaki sonuçları elde ederiz:

SHA-1

Giriş: Ticaret Çıkış (160 bits): 37736e173a824ff9cecc9b5de47f5bda155b7f51

Giriş: trading
Çıkış (160 bit): 7da19b30a5c5c198709373e8eb7d5c33a3f48241

SHA'nın Secure Hash Algorithms anlamına geldiğini belirtmek önemlidir. Bu, SHA-0 ve SHA-1 algoritmaları ile birlikte SHA-2 ve SHA-3 ailelerini içeren bir dizi kriptografik hash fonksiyonunu ifade eder. SHA-256, SHA-512 ve diğer varyantlarla birlikte SHA-2 ailesinin bir parçasıdır. Şu anda, yalnızca SHA-2 ve SHA-3 aileleri kriptografik uygulamalar için güvenli kabul edilmektedir.

Hash fonksiyonlarının önemi

Klasik hash fonksiyonlarının geniş bir kullanım alanı vardır; bunlar arasında veri tabanlarında arama, büyük dosyaların analizi ve veri yönetimi bulunmaktadır. Öte yandan, kriptografik hash fonksiyonları, mesajların doğrulanması ve dijital parmak izi gibi bilgisayar güvenliği uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bitcoin bağlamında, kriptografik hash fonksiyonları madencilik sürecinin temel bir parçasıdır ve ayrıca yeni adreslerin ve anahtarların üretilmesinde kritik bir rol oynamaktadır.

Hashing'in gerçek gücü devasa miktarda bilgiyle başa çıkarken ortaya çıkar. Örneğin, büyük bir dosyayı veya veri setini bir hash fonksiyonundan geçirebilir ve ardından çıktısını verilerin doğruluğunu ve bütünlüğünü hızlı bir şekilde doğrulamak için kullanabilirsiniz. Bu, hash fonksiyonlarının belirleyici doğası sayesinde mümkündür: giriş her zaman basitleştirilmiş ve yoğunlaştırılmış bir çıktıya yol açar (hash). Bu teknik, büyük miktarda veri saklama ve 'hatırlama' ihtiyacını ortadan kaldırır.

Hashing, blok zinciri teknolojisi bağlamında özellikle faydalıdır. Bitcoin'in blok zinciri, hashing'i içeren çeşitli işlemlere sahiptir, çoğu madencilik süreci içinde gerçekleşir. Aslında, neredeyse tüm kripto para protokolleri, işlemleri bloklara bağlamak ve yoğunlaştırmak için hashing'e, ayrıca her bir blok arasında kriptografik bağlantılar üretmek için dayanır; bu da etkili bir şekilde blok zinciri oluşturur.

Kriptografik hash fonksiyonları ve özellikleri

Kriptografik teknikleri uygulayan bir hash fonksiyonu, kriptografik bir hash fonksiyonu olarak tanımlanabilir. Genel olarak, bir kriptografik hash fonksiyonunu kırmak, sonsuz sayıda brute force denemesi gerektirir. Bir kriptografik hash fonksiyonunu "geri çevirmek" için, bir kişinin hangi girdinin olduğunu tahmin etmesi ve karşılık gelen çıktıyı elde edene kadar deneme yanılma yapması gerekir. Ancak, farklı girdilerin tam olarak aynı çıktıyı üretebileceği durumu da vardır; bu durumda bir "çarpışma" meydana gelir.

Teknik olarak, bir kriptografik hash fonksiyonunun etkili bir şekilde güvenli sayılabilmesi için üç özelliği karşılaması gerekir:

• Çarpışmalara karşı dayanıklılık: aynı hash çıktısını üreten iki farklı giriş bulmak imkansızdır.
• Ön görüntü direnci: Verilen bir çıkıştan girişi bulmak için hash fonksiyonunu ( "geri çevirmek" mümkün değildir )
• İkinci ön görüntüye karşı dayanıklılık: belirli bir girdiyle çakışan herhangi bir ikinci girdi bulmak imkânsızdır.

Çarpışma direnci

Yukarıda belirtildiği gibi, bir çarpışma, farklı girdilerin tam olarak aynı hash'i üretmesi durumunda meydana gelir. Bu nedenle, bir hash fonksiyonu, bir çarpışma bulunana kadar çarpışmalara dayanıklı olarak kabul edilir. Herhangi bir hash fonksiyonu için her zaman çarpışmalar olacaktır çünkü olası girdiler sonsuzdur, oysa olası çıktılar sınırlıdır.

Başka bir deyişle, bir hash fonksiyonu, bir çarpışma bulma olasılığının milyonlarca yıl hesaplama gerektirecek kadar düşük olduğu zaman çarpışmalara karşı dayanıklıdır. Bu nedenle, çarpışmalardan tamamen muaf hash fonksiyonları olmasa da, bazıları dayanıklı olarak kabul edilecek kadar güçlüdür (örneğin, SHA-256).

SHA algoritmaları arasında, SHA-0 ve SHA-1 aileleri artık güvenli değildir çünkü çarpışmalar bulunmuştur. Şu anda, SHA-2 ve SHA-3 aileleri çarpışmalara karşı dayanıklı olarak kabul edilmektedir.

Ön görüntüye direnç

Ön görüntüye direnç özelliği, tek yönlü fonksiyonlar kavramıyla ilişkilidir. Bir hash fonksiyonu, belirli bir çıktıyı üreten girişi bulma olasılığının çok düşük olduğu durumlarda ön görüntüye dirençli olarak kabul edilir.

Bu özellik, bir saldırganın belirli bir çıktıyı gözlemleyerek hangi girdinin olduğunu tahmin etmeye çalışması nedeniyle önceki olandan farklıdır. Öte yandan, bir çakışma, birinin aynı çıktıyı üreten iki farklı girdi bulması durumunda meydana gelir; hangi girdilerin kullanıldığı önemli değildir.

Ön görüntüye karşı direnç özelliği, bir mesajın basit bir hash'inin, bilgiyi ifşa etmeden, onun özgünlüğünü kanıtlayabilmesi nedeniyle veri koruma açısından değerlidir. Pratikte, birçok hizmet sağlayıcısı ve web uygulaması, düz metin şifreler yerine şifrelerden üretilen hash'leri depolamakta ve kullanmaktadır. Hatta ticaret platformlarında, bu teknik kullanıcı kimlik bilgilerini korumak için temeldir.

İkinci önresme direnci

Basitçe söylemek gerekirse, ikinci ön görüntüye karşı direncin diğer iki özellik arasında bir yerde bulunduğunu söyleyebiliriz. İkinci ön görüntü saldırısı, birinin zaten bilinen başka bir girişle aynı çıktıyı üreten belirli bir girişi bulmayı başardığı zaman gerçekleşir.

Başka bir deyişle, ikinci ön görüntü saldırısı bir çarpışma bulmayı içerir, ancak aynı hash'i üreten iki rastgele girdi aramak yerine, saldırgan belirli bir girdinin ürettiği aynı hash'i üreten bir girdi arar.

Bu nedenle, çarpışma dirençli herhangi bir hash fonksiyonu, her zaman bir çarpışma içereceğinden, ikinci ön görüntü saldırılarına da dirençlidir. Ancak, çarpışma dirençli bir fonksiyona karşı bir ön görüntü saldırısı gerçekleştirmek hala mümkündür, çünkü bu, tek bir çıkıştan tek bir girdi bulmayı gerektirir.

Kripto Paralarda Madencilik ve Hashing

Bitcoin madenciliğinde, bakiye doğrulama, işlem giriş ve çıkışlarının bağlanması ve bir bloğun içindeki işlemlerin hash'lenmesi gibi hash fonksiyonlarını içeren birçok adım bulunmaktadır ve bu işlemler bir Merkle ağacı oluşturur. Ancak, Bitcoin blockchain'inin güvenli olmasının başlıca nedenlerinden biri, madencilerin nihayetinde bir sonraki blok için geçerli bir çözüm bulmak amacıyla sayısız hash işlemi gerçekleştirmeleri gerektiğidir.

Özellikle, bir madencinin aday bloğu için bir hash değeri oluştururken farklı girişler denemesi gerekir. Özünde, yalnızca belirli sayıda sıfırla başlayan bir çıktı hash'i oluşturursa bloğunu doğrulayabilir. Sıfır sayısı, madencilik zorluğunu belirler ve ağa ayrılan hash hızına göre değişir.

Bu durumda, hash oranı Bitcoin madenciliği için ne kadar hesaplama gücünün harcandığını temsil eder. Eğer ağın hash oranı artarsa, Bitcoin protokolü madencilik zorluğunu otomatik olarak ayarlayarak bir bloğun madenciliği için gereken ortalama süreyi yaklaşık 10 dakika civarında tutar. Aksine, eğer birkaç madenci madenciliği bırakmaya karar verirse ve hash oranı önemli ölçüde düşerse, madencilik zorluğu ayarlanacak ve madenciliği ( kolaylaştıracaktır, böylece ortalama blok süresi tekrar 10 dakikaya döner ).

Madencilerin çarpışmalar bulmasına gerek yoktur çünkü geçerli bir çıktı olarak üretebilecekleri çeşitli hash'ler vardır ( belirli bir sayıda sıfırla başlayarak ). Bu nedenle, belirli bir blok için birkaç olası çözüm vardır ve madencilerin sadece bunlardan birini bulmaları gerekir, madencilik zorluğu tarafından belirlenen sınıra göre.

Bitcoin madenciliği enerji ve ekipman açısından maliyetli bir iş olduğu için, madencilerin sistemi kandırmak için hiçbir nedenleri yoktur, çünkü bu önemli finansal kayıplara yol açar. Bir blockchain'e katılan madenci sayısı arttıkça, o kadar büyük ve güçlü hale gelir.

Kripto dünyasında hashing'in pratik uygulamaları

Hashing'in kripto para ekosisteminde ve ticaret platformlarında birçok pratik uygulaması vardır:

• İşlem doğrulama: Bir blockchain üzerindeki her işlem, işlem değişmediğini doğrulamak için bir tanımlayıcı olarak işlev gören benzersiz bir hash alır.

• Adreslerin Oluşturulması: Kripto para adresleri, kamu anahtarlarına hash fonksiyonları uygulanarak oluşturulur, bu da güvenliği artırır ve adreslerin boyutunu azaltır.

• Şifrelerin güvenli depolanması: Ticaret platformları, kullanıcılarının şifrelerini güvenli bir şekilde depolamak için hash fonksiyonları kullanır, yalnızca hash'leri saklayarak orijinal şifreleri tutmaz.

• Proof of Work: Bu konsensüs mekanizması, Bitcoin ve diğer kripto paralar tarafından kullanılan, esasen hash fonksiyonlarının tek yönlülük özelliğine dayanmaktadır.

• Veri bütünlüğü: Platformlar, iletim sırasında dosyaların veya verilerin değiştirilmediğini doğrulamak için hash'ler kullanır.

Sonuç

Hash fonksiyonları, bilgisayar bilimi alanında, özellikle büyük veri setleri söz konusu olduğunda, hayati araçlardır. Kriptografi ile birleştiğinde, hash algoritmaları oldukça çok yönlü olabilir ve birçok farklı şekilde güvenlik ve kimlik doğrulama sunabilir. Bu nedenle, kriptografik hash fonksiyonları, neredeyse tüm kripto para ağları ve ticaret platformları için hayati öneme sahiptir; bu yüzden bu fonksiyonların özelliklerini ve çalışma mekanizmalarını anlamak, blockchain teknolojisi veya dijital varlık ticareti ile ilgilenen herkes için kesinlikle faydalıdır.

Dijitalleşen bir dünyada, veri ve işlemlerin güvenliğinin hayati önem taşıdığı bir ortamda, hash fonksiyonları modern kriptografik sistemlerde güvenin temel taşlarından biri olmaya devam etmektedir.