Чому Bitcoin та Ethereum покладаються на криптографічні хеш-функції: технології, які потрібно знати

Основи безпеки блокчейну

Біткоїн та Ethereum не залежать від централізованих органів чи технологічних гігантів для забезпечення безпеки своїх мереж. Замість цього вони покладаються на математичні алгоритми—зокрема криптографічні хеш-функції—для обробки транзакцій і захисту цифрових гаманців без посередників. Якщо ви використовуєте криптовалюту або навіть просто переглядаєте інтернет, ви, ймовірно, щодня користуєтеся криптографічними хеш-функціями, навіть якщо ніколи раніше не чули про цей термін.

Що саме таке криптографічна хеш-функція?

Уявіть криптографічну хеш-функцію як машину для створення цифрових відбитків пальців. Коли ви подаєте будь-який фрагмент даних—пароль, транзакцію, файл—до цієї машини, вона перетворює цей вхід у на перший погляд випадковий рядок літер і цифр. Цей вихід, який називається «хеш-дайджест», завжди має фіксовану довжину незалежно від того, наскільки довгими або короткими були початкові дані.

Наприклад, алгоритм SHA-256 (який широко використовується в Біткоїні) завжди генерує дайджести довжиною рівно 256 біт. Цей однаковий розмір є важливим, оскільки він дозволяє комп’ютерам швидко визначити, який метод хешування був використаний, і підтримує порядок у системі. Але ось магія: хоча всі вихідні дані мають однакову довжину, жодні два виходи не є ідентичними. Кожен унікальний вхід створює абсолютно інше значення хешу—подібно тому, як ні два відбитки пальців не співпадають.

Як це насправді захищає ваші дані?

Справжня сила криптографічної хеш-функції полягає у її «односторонній» природі. Якщо хтось знає вихід (хеш), він не може визначити вхід—математично це неможливо зробити у зворотному напрямку. Саме тому хеш-функції чудово захищають паролі та конфіденційну інформацію.

Коли сайти зберігають ваш пароль за допомогою криптографічної хеш-функції, вони не зберігають сам пароль. Вони зберігають хеш. Щоразу, коли ви входите в систему і вводите пароль, система хешує те, що ви ввели, і порівнює з збереженим хешем. Якщо вони співпадають, ви отримуєте доступ. Якщо хтось викраде базу даних з хешами, він не зможе відновити оригінальні паролі.

Основні характеристики, що роблять криптографічні хеш-функції неперевершеними

Кожна надійна криптографічна хеш-функція має ці основні властивості:

Детермінований вихід: Один і той самий вхід завжди дає один і той самий вихід. Змініть навіть один символ у вашому вході, і весь хеш зміниться кардинально. Додати пробіл до пароля? Хеш стане зовсім іншим—це називається «ефект лавини».

Захист від колізій: Два різні вхідні дані ніколи не повинні давати один і той самий хеш. Якщо так станеться (це називається колізія), вся система буде скомпрометована. Зломщики зможуть створювати фальшиві транзакції або підробляти коди автентифікації.

Одностороння операція: Як вже згадувалося, ви не можете повернути хеш назад до оригінального вхідних даних. Ця асиметрія є фундаментальною для безпеки.

Однаковий розмір: Чи ваш вхід складається з 10 символів, чи з 10 000, вихід завжди відповідає стандартному розміру (наприклад, 256 біт для SHA-256).

Де криптовалюта зустрічається з криптографічними хеш-функціями

Цілий механізм Біткоїна залежить від криптографічних хеш-функцій. Ось як це працює:

Коли хтось здійснює транзакцію з Біткоїном, дані транзакції обробляються через SHA-256, створюючи унікальний 256-бітний хеш. Вузли Біткоїна змагаються у розв’язанні головоломки, повторно хешуючи ці дані, намагаючись знайти вихід, що починається з певної кількості нулів. Цей процес називається «доказом роботи» (proof-of-work). Перший вузол, який знайде дійсний хеш, отримує право додати новий блок до блокчейну і отримує нагороду.

Протокол Біткоїна автоматично регулює складність (кількість необхідних провідних нулів) кожні 2016 блоків залежно від загальної обчислювальної потужності мережі. Це підтримує стабільний час створення блоків.

Криптографічні хеш-функції також захищають ваш гаманець. Ваш Біткоїн-гаманець має два ключі: приватний ключ (ваш секрет) і публічний ключ (ваша адреса). Публічний ключ фактично генерується шляхом застосування криптографічної хеш-функції до приватного ключа. Оскільки хешування є одностороннім, ніхто не може повернутися назад від вашого публічного ключа до приватного. Ви можете безпечно ділитися своїм публічним ключем для отримання коштів, не розкриваючи приватний.

Криптографічні хеш-функції проти ключового шифрування

Ці поняття часто плутають, але вони є різними інструментами у криптографічному арсеналі. Криптографічні хеш-функції—це односторонні операції з фіксованим виходом. Шифрування з ключем, навпаки, є зворотнім—якщо у вас є правильний ключ, ви можете розшифрувати повідомлення.

У симетричному шифруванні обидві сторони використовують один і той самий ключ. У асиметричному шифруванні (як у випадку з Біткоїном) є публічний ключ для шифрування і приватний для розшифрування. Біткоїн фактично використовує обидва: асиметричну криптографію для генерації ключів і криптографічні хеш-функції для перевірки транзакцій.

Підсумок

Криптографічні хеш-функції—це невідомі герої цифрової безпеки. Вони дозволяють децентралізованим мережам, таким як Біткоїн і Ethereum, обробляти тисячі транзакцій без централізованого контролю, захищають ваші паролі на кожному сайті, який ви використовуєте, і забезпечують безпеку ваших криптовалютних гаманців. Розуміння того, як працюють ці математичні функції, дає вам уявлення про те, чому технологія блокчейн кардинально змінила наше уявлення про довіру, безпеку та децентралізацію у цифрову епоху.