Какая хэширующая функция используется в блокчейне биткойна

The Mathematics of Bitcoin — SHA-256

Part 4 of a series looking behind the scenes of the worlds most popular cryptocurrency

4 — SHA-256

A cryptographic hash function is a special type of function that takes an input string of a given length and converts it into an alphanumeric string of fixed length. In the case of Bitcoin, a “Message” is inputted, and a hash function, known as SHA-256 (Secure Hashing Algorithm 256), gives an output known as a “Hash” or “Message Digest”. This means that however long the string of data (limit of 2²⁵⁶- 1 bits), the output will always be 256-bits in length. The process of hashing is not a method of encryption as it is only a one- way process and therefore cannot be reversed (decrypted). By running multiple outputs through SHA-256, we can see how different the output becomes, even when only changing a single character in the message. We can also see that despite having an input of longer length, the output length is the exact same (table 5.1). SHA-256 is also deterministic, meaning given the same input, the output will always remain the same.

To demonstrate how SHA-256 computes a message digest, I will be using the phrase ‘portsmouth’ (my old university), showing each step of the algorithm.

4.1 — Preprocessing Phase

To begin the hashing process, we take our message and convert it into binary using the ASCII (American Standard Code for Information Interchange) as shown below.

As we can see each letter is 8-bits long. We then make one long string from these and a ‘1’ is then added to the end:

Взгляд венчурного инвестора на Блокчейн | 05: Как работает майнинг

В предыдущем посте мы разобрались с тем, как устроен Блокчейн и его блоки. Теперь давайте посмотрим на то, без чего немыслим Биткоин – на майнинг, а также разберемся, при чем здесь Лев Толстой. Эта часть блога технически непростая, но я убежден – понимание технологии на таком уровне необходимо для успешного инвестирования в долгосрочной перспективе.

Как раз благодаря тому, что есть майнинг, сеть может обходиться без посредников. По сути, присоединение новой транзакции требует от сети затрат энергии на решение криптографической задачи. То есть не получится просто добавить в Блокчейн транзакцию – надо еще потратить ОЧЕНЬ много реальных денег, например, на оплату электричества, необходимого для решения этих крипто-задач. В итоге мошенникам попросту невыгодно мошенничать, игра не стоит свеч.

С Блокчейном неразрывно связан майнинг, а с ним – криптографическая задача. Если понять, что это такое, то все встанет на свои места. Но сначала нужно уяснить что такое хэш-функция.

В криптографии существует понятие односторонней или хэш-функции. Это функция вида F(X) = H, где X – любой набор символов неограниченной длины. А H – это просто большое число. В блокчейне Биткоина принят алгоритм хэш-функции SHA256, в котором H имеет длину 256 бит (число от 0 до 2^256). Поскольку в цифровом мире все что угодно представляется в виде набора символов и цифр, можно взять любой цифровой объект (текст, картинки, видеофайлы и т.д.), применить к нему функцию F(X) и получить длинное число. Что интересно: размер текста или картинки может быть какой угодно большой, а число всегда будет одинаковой длины.

По сути, хэш-функция – это «отпечаток пальца» любого цифрового объекта. Как и человек, этот объект может быть сколь угодно сложен, но его отпечаток пальца всегда уникален. И по этому отпечатку любой цифровой объект можно однозначно идентифицировать.

Важно вот что: из любого X можно быстро получить H, но обратное неверно. Если у вас есть результат хэш-функции, то вы не можете получить исходный текст, картинку и т.д. Также есть другое важное свойство: если исходный объект X изменится даже совсем немного, то хэш-функция H изменится очень сильно.

Вот вам пример. Я взял полный текст произведения Льва Николаевича Толстого «Война и мир» (более 3 миллионов символов) и посчитал от него SHA256. После этого я изменил во всем произведении только одну букву в названии – поменял «Война и мир» на «Война и лир».

Как видите, изменение всего 1 буквы из более чем 3 миллионов приводит к полностью другому результату алгоритма SHA256. Можете сами попрактиковаться: вот расчет SHA256 онлайн, вот текст бессмертного произведения. Запомните это свойство – оно принципиально важно для майнинга.

Кстати, многие удивляются, почему в этом хэше встречаются не только цифры, но и буквы, и почему его длина не 256, а всего лишь 64. Отвечаю – это потому что число обычно показывается в 16-ричной системе счисления (об этом можно почитать здесь; а тут есть конвертер из 10-тичной в 16-ричную систему). Это делается из соображений удобства, чтобы его длина была не слишком длинной.

С хэш-функцией разобрались, вернемся теперь к криптографической задаче. Как вы знаете, в конце каждого блока обязательно записывается его полный хэш. То есть буквально берется все содержимое блока – начиная от хэш-функции предыдущего блока и заканчивая всей служебной информацией. Это все объединяется в один большой текстовый файл, и к нему применяется алгоритм SHA256 так же, как мы только что применяли его ко всему тексту «Война и мир». На основании этого хэша и построена криптографическая задача, которую постоянно решают майнеры.

Сначала алгоритм Блокчейна берет некоторое число M за минимальную границу. Майнеру предлагается посчитать хэш от всего блока и сравнить этот хэш с минимальной границей M. Помните, что хэш – это тоже число? Если итоговый хэш меньше границы (H < M), то задача считается решенной. А что если H > M? Тогда майнеру нужно немного изменить сам блок и посчитать SHA256 еще раз. В этом случае результат хэш-функции изменится очень сильно.

Как изменить блок? В нем есть только одна величина, которую можно менять как угодно – это Nonce, число от 0 до 4 миллиардов. Его-то майнер и будет последовательно изменять, применяя SHA256 снова и снова. Изменение Nonce на единицу приведет к полному изменению всей хэш-функции, и ее опять сравнивают с минимальной границей М. В итоге после миллиардов операций майнеру повезет, и он найдет тот самый Nonce, при котором хэш функция от всего блока будет меньше M. Все, задача решена. Принципиально здесь то, что каждый раз хэш меняется непредсказуемо – нет никакой закономерности между тем, как изменился Nonce, и тем, как изменится результат хэш-функции. По крайней мере пока что никому не удалось такую закономерность найти. Поэтому все майнят простым перебором Nonce.

С ростом числа майнеров увеличивается общая мощность сети. А значит они начинают решать криптозадачу быстрее, чем за 10 минут. Тогда алгоритм Блокчейна попросту снижает М, и найти решение задачи становится сложнее. Но, поскольку вся сеть увеличилась, то решение все равно находится за те же 10 минут. С ростом сети растет и энергия, затрачиваемая на поиск решения, а это как раз то, что нужно. Потому что «взломать» сеть становится все сложнее. Это может попробовать сделать только тот, кто обладает более чем 51% всей мощности сети, но и то, не то чтобы прямо взломать (об этом в следующем посте). Как видите, чем больше в сети майнеров и чем сложнее криптографическая задача, тем Блокчейн более устойчив к мошенникам. То есть у этой системы есть сильная отдача от масштаба, а также сетевой эффект.

Мощность майнинга в блокчейне Биткоина измеряется в числе операций взятия хэша в секунду. Сегодня мощность всей сети – 160 милионов TH / сек (смотрите график здесь). А один TH – это триллион хэшей. То есть вся сеть умеет считать 160 миллионов триллионов хэшей за 1 секунду. И потребляет энергии как средняя европейская страна.

Вокруг этого происходят постоянные споры о том, правильно ли тратить ресурсы человечества «впустую» на решение каких-то придуманных задач, ведь в Африке голодают дети. Но, во-первых, масштаб проблемы несколько преувеличен. А во-вторых, есть альтернативные способы коллективного подтверждения транзакций – например, Proof-of-Stake. Они вообще не требуют майнинга. Но об этом чуть позже. А пока что в следующем посте мы посмотрим, насколько Блокчейн устойчив к ошибкам и что такое атака 51%.

Хеширование как основа функционирования блокчейна. Что такое хеширование биткоина?

Если вы интересуетесь технической стороной криптовалют и тем, как работает блокчейн, то хеширование — это одна из основных тем, которая даст вам ключ к пониманию того, как устроены эти новые peer-to-peer технологии.

Что же такое хеширование?

Говоря простым языком, хеширование — это преобразование массива данных любого объема в исходную строку фиксированной длины.

Для более легкого понимания назовем их Input (входящий массив данных) и Output (полученный хеш, т.е. уже упомянутая выше строка фиксированной длины).

В отношении криптовалют, таких как, например, Bitcoin, транзакции, которые являются основным массивом данных, проходят через алгоритм хеширования (в основу работы Bitcoin положен алгоритм SHA-256), который в результате дает исходную строку фиксированной длины.

Давайте на небольшом примере посмотрим, как устроен процесс хеширования. Для преобразования массива информации в хеш мы применим уже упомянутый выше алгоритм SHA-256 (Secure Hashing Algorithm):

Как видите, вне зависимости от длины и объема Input на выходе всегда получается одинаковый Output, который имеет фиксированную длину в 256 бит.

Это имеет решающее значение, особенно когда нужно преобразовать в хеш большие и очень большие массивы информации, как например, множество транзакций в сети Bitcoin или Ethereum.

Успешное применение хеширования в блокчейне и криптовалютах объясняется уникальными свойствами криптографической хеш-функции, о которой мы и поговорим в следующем разделе.

Криптографическая хеш-функция и ее свойства

Криптографические хеш-функции — это особый вид хеш-функций, которые обладают свойствами, позволяющими сделать использование хеш-функций в криптовалютах безопасным и надежным.

Ниже мы подробно рассмотрим все эти свойства.

Свойство 1: Детерминированность

Это означает, что независимо от того, сколько раз вы будете преобразовывать Input в Output, на выходе всегда получится один и тот же хеш.

Данное свойство хеш-функции играет очень важную роль, поскольку в противном случае было бы невозможно отслеживать исходные данные.

Свойство 2: Быстрое вычисление

Хеш-функция должна быстро возвращать исходные данные.

В противном случае система просто не будет эффективной. Особенно это актуально для популярных криптовалют, в блок которых входит большое количество транзакций.

Свойство 3: Стойкость к атаке поиска прообраза

Суть свойства стойкости к атаке поиска прообраза состоит в следующем: если мы знаем значение H (A), в котором A — Input, а H (A) — Output, т.е. хеш, то нахождение значения A является практически неосуществимой задачей.

Здесь стоит сделать акцент именно на слове «неосуществимо», а не на «невозможно». Ведь работа майнеров доказывает, что при определенных обстоятельствах эта задача становится выполнимой.

Давайте рассмотрим небольшой пример.

Вы используете телефон, который отображает не номера, а их хеши, созданные в системе алгоритма SHA-256. Вы знаете, что ваш номер известен только 7 людям, номера которых вы также знаете.

Чтобы узнать, от какого абонента вы пропустили звонок, вам нужно просто узнать хеши этих семи номеров, а потом каждый из них сравнить с хешем номера, который отобразился в списке пропущенных звонков.

Однако такой метод поиска Input актуален лишь при работе с небольшими массивами данных, но когда у нас просто огромный объем информации, получить Input путем применения данного метода (он называется «brute force» — метод «грубой силы») становится очень сложной задачей.

Данный математический метод заключается в переборе всех допустимых вариантов Input, их преобразование в Output и сравнение с имеющимся хешем.

Сложность нахождения правильного решения напрямую зависит от объема исходной информации.

В случае применения метода brute force есть три варианта развития событий:

Свойство 4: Стойкость к коллизии

Вероятность нахождения двух Input, которые бы имели один и тот же Output после прохождения процесса хеширования, должна быть максимально приближенной к нулю.

Теоретически это может быть возможным, однако время, которое было бы затрачено на поиск двух одинаковых прообразов должно измеряться десятками лет.

Данное свойство имеет очень важное значение, когда мы говорим о вопросе цифровой безопасности в криптовалютах.

В криптографии способность противостоять возможности поиска второго прообраза называется стойкостью к коллизии.

В этом контексте стоит упомянуть такое явление как «парадокс дня рождения». В чем его суть?

Прежде всего, нужно сказать, что шанс встретить двух незнакомых людей, которые бы родились в один и тот же день, равен 0,27%.

Однако если в одном помещении одновременно находятся 366 людей, то шанс, что как минимум двое из них родились в один и тот же день, возрастают до 100%.

Очевидно, что чем большее количество людей находится в одной группе, тем более высока вероятность того, что два человека будут иметь день рождения в один день.

«Парадокс дня рождения» используется в криптографической атаке, которая называется атакой «дней рождения» и в которой метод brute force применяется для поиска двух Input с одинаковым Output.

«Парадокс дня рождения» помогает создать коллизию, потому что метод «грубой силы» при применении «парадокса дня рождения» становится более эффективным, чем без него.

Однако несмотря на это в системе Bitcoin данный вид атаки малоприменим, поскольку шанс создать коллизию — примерно один к триллиону.

Свойство 5: Лавинный эффект

Данное свойство означает, что внесение даже незначительных изменений в Input приводит кардинальному изменению Output, т.е. хеша. Посмотрим на простой пример:

Как видите, хеши одной и той же фразы кардинально отличаются. И при этом все, что мы сделали — просто изменили регистр двух символов.

Данное свойство криптографических хеш-функций играет одну из самых главных (если не самую главную) ролей в обеспечении безопасности и надежности блокчейна.

Каждый блок содержит в себе хеш предыдущего блока, и чтобы изменить данные одного блока, придется изменить данные предыдущего — и так по цепочке вплоть до самого первого genesis-блока. Как можно догадаться, это практически нереализуемо.

Свойство 6: Высокий показатель энтропии

Данное свойство означает, что хеши массивов данных должны быть максимально распределены в системе, т.е. обладать высоким показателем энтропии (энтропия — в информатике это мера неопределенности ситуации).

Рассмотрим небольшой пример. Так, у нас есть уравнение Y = H (k | x). Так, если Y является Output, а значение k обладает высоким показателем энтропии, то найти такое значение x (Input), которое бы удовлетворяло уравнению, будет практически невозможно.

«Высокая энтропия» означает состояние, при котором значение выбрано из такого широкого круга всевозможных вариантов, что попытки угадывания методом рандомного подбора не имеет никаких шансов на успех.

Например, число, которое находится в рамках от 1 до 10, обладает низким показателем энтропии, в то время как число, которое находится между 1 и 2^256 имеет высокий показатель энтропии.

Если принять во внимание описанное выше, то можно сказать, что криптографическая хеш-функция превращает процесс подбора исходных данных для злоумышленников в игру в рулетку, т.е. шанс найти правильный Input должен быть очень низким, однако при этом каждый Input должен всегда иметь неизменный Output.

Структура данных

Структура данных — это способ хранения данных. В блокчейне структура данных, задействованных в процессе хеширования, представлена двумя видами элементов: указателями и связанными списками.

Указатели

Указатели в программировании — это переменные, которые ссылаются на другие переменные, вне зависимости от вида языка программирования.

Вместо того чтобы хранить числовые значения переменных, указатели содержать лишь своего рода «ссылку» на них. Как можно понять из названия, указатели «показывают путь» к расположению других переменных.

Например, выражение int b = 100 означает, что есть некая переменная b, которая содержит в себе целое числовое значение 100.

Связанные списки

Связанные списки имеют общие черты со структурой блокчейна, в которой каждый блок включает в себя данные предыдущего блока. В блокчейне связанные списки функционируют по такой схеме:

Указатели — это часть структуры данных, они знают адрес следующего блока, входящего в общую цепочку.

Стоит сказать, что последний блок имеет нулевой указатель, которому не присваивается никакой значение до того момента, пока не будет создан следующий блок в цепочке.

Блокчейн состоит из связанных между собой блоков, каждый из которых имеет хещ-указатель — это особый вид указателей, которые содержат ссылку на предыдущий блок.

Хеш-указатели добавляют адрес предыдущего блока только после прохождения исходного массива данных через алгоритм хеширования — это позволяет сделать связь между двумя блоками надежной и защищенной.

Однако genesis-блок не содержит этот указатель. В его состав входит только указатель, который связывает его со вторым блоком цепи. Этот особый хеш-указатель содержит хеш-данные genesis-блока.

Такая система неуязвима перед атаками злоумышленников, которые могут попытаться изменить данные в блокчейне, потому что любое изменение в Input неизбежно приводит к изменениям в Output.

Если была совершена попытка атаки на конкретный блок, участники сети (ноды) сразу же получают оповещение об этом и отклоняют запрос на внесение изменений.

Это гарантирует неизменность блоков в блокчейне и безопасность системы. Однако если бы каждый блок не имел свой уникальный хеш, его отслеживание было бы невозможным.

Информация, которая содержится в заголовке каждого блока, отвечает за его идентификацию. Каждый заголовок блока включает в себя следующие элементы:

1. Номер версии блокчейна (необходимо для отслеживания обновлений и изменений в протоколе).

2. Временную метку блока UNIX.

3. Сложность сети (определяется количеством нулей, которые соответствуют текущему уровню протокола Proof of Work).

5. Nonce (значение, которое ищут майнеры для того, чтобы создать блок и присвоить ему правильный хеш).

6. Хеш корня Меркла, который состоит из хешей транзакций, входящих в конкретный блок.

Каждый из этих элементов играет очень важную роль в создании блока.

Например, nonce очень важен, потому что майнеры перебирают множество вариантов, прежде чем один из участников сети найдет правильное значение и создаст правильную строку блока.

В частности, факт нахождения nonce раньше других гарантирует майнеру получение вознаграждения в виде криптовалюты.

Дерево Меркла отвечает за упорядочивание и хранение транзакций внутри блока. Дерево Меркла выглядит так:

В самом низу древовидной структуры дерева Меркла находятся листовые узла (на приведенной выше картинке это L1, L2, L3 и L4).

Выше них расположены несколько уровней дочерних узлов — это все узлы, которые находятся ниже корневого узла. На картинке это узлы Hash 0-0, Hash 0-1, Hash 1-0, Hash 1-1 и Hash 0, Hash 1.

В самом верху находится корневой хеш дерева Меркла (в нашем случае он называется Top Hash).

Древовидная структура корня Меркла помогает отследить расположение определенной транзакции и получить доступ к ее данным, как, например, время создания, объём, адрес отправителя и получателя и т.д.

Хеширование в сети Bitcoin

Говоря простым языком, Bitcoin майнинг — это поиск новых блоков, которые после нахождения добавляются в блокчейн.

Этим и занимаются майнеры — они обеспечивают беспрерывный рост блокчейна.

Для этого используются огромные вычислительные мощности — каждый майнер делает свой вклад в увеличение общего хешрейта (вычислительной мощности) сети Bitcoin.

От показателя общего хешрейта зависит скорость проведения операции хеширования каждым майнером — чем выше общий хешрейт сети, тем больший объем вычислительной работы за меньшее количество времени должен сделать майнер.

Майнеры используют вычислительные ресурсы для решения загадки, зашифрованной в строке, которая представляет собой набор цифр, который всегда начинается с множества нулей (чем больше нулей, тем выше сложность сети).

Они должны найти правильное число nonce, добавление которого сформирует правильную строку блока.

Процесс подстановки nonce в строку длится до тех пор, пока не будет найдено верное решение. Иногда количество попыток может доходить до миллионов раз.

Тот майнер, который первым найдет верное решение, добавляет блок в блокчейн и получает за это вознаграждение.

С математической точки зрения данный процесс описывается следующей формулой: H (k | x) = Y, в которой K — это nonce, x — хеш блока, а Y — текущая сложность сети.

Процесс подбора nonce рандомный и основан на применении метода brute force.

Поэтому майнинговое оборудование непрерывно генерирует рандомные сроки до тех пор, пока не будет найдено верное значение nonce.

На данный момент майнеры имеют 10 минут на добавление каждого нового блока, что обеспечивает низкую вероятность возникновения коллизий и создания блоков-орфанов (потерянных блоков, которые не были добавлены в блокчейн, например, в том случае, когда nonce был найден почти одновременно несколькими майнерами или при попытке хакеров внести изменения в транзакции).

Хеширование играет решающую роль в майнинге, поскольку оно лежит в основе работы алгоритма Proof-of-Work, который используется в сети Bitcoin, Ethereum и многих других криптовалют.

Хеширование обеспечивает безопасность и надежность системы, предохраняет ее от создания коллизий и возможного взлома.

Без хеширования не существовало бы блокчейна, по крайней мере, в том виде, в котором мы его имеем сегодня.

Хеширование в блокчейне: руководство для начинающих

Технология блокчейн навсегда изменила то, как мы храним, передаем и проверяем данные. Один из ключевых механизмов блокчейна — хеширование. Это математическая функция для обеспечения целостности данных.

В этом руководстве мы рассмотрим основы хеширования, объясним, как оно работает в блокчейне, а также изучим его преимущества и недостатки. К концу этой статьи у вас будет четкое представление о хешировании в блокчейне и его важности в цифровых транзакциях.

Что такое хеширование

Хеширование — это математическая функция, которая преобразует входные данные любого объема в строку символов фиксированного размера, или хеш. Каждый хеш уникален, и любое изменение во входных данных приведет к получению другого хеша.

Хеширование — это односторонняя функция, которую нельзя обратить. Поэтому извлечь исходные данные из хеша невозможно. Алгоритмы хеширования обычно используются в информатике для проверки данных и цифровых подписей, а также для хранения паролей. В блокчейне хеширование используется для обеспечения целостности данных и транзакций.

Как работает хеширование

Процесс хеширования включает несколько этапов:

1. Входные данные обрабатываются с помощью алгоритма, который генерирует хеш фиксированной длины.
2. Каждый хеш уникален, и любое изменение во входных данных приведет к получению абсолютно другого хеша.
3. Хеш — это последовательность символов и цифр, представляющих входные данные.
4. Затем хеш сохраняется в блокчейне в качестве уникального идентификатора входных данных.

Примеры алгоритмов хеширования

Существует множество различных алгоритмов хеширования, каждый из которых имеет свои плюсы и минусы. Наиболее популярные из них:

1. SHA-256 (Secure Hash Algorithm 256-bit). Наиболее часто используемый алгоритм хеширования. Он создает 256-битный хеш фиксированной длины и известен своей безопасностью и скоростью.
2. Scrypt. Этот алгоритм используется в таких криптовалютах, как Litecoin и Dogecoin. Он разработан таким образом, чтобы потреблять больше памяти, чем SHA-256, что делает его менее восприимчивым к атакам на основе ASIC.
3. Ethash. Этот алгоритм используется в блокчейне Ethereum и устойчив к атакам с помощью ASIC. Он требует больше памяти и вычислительной мощности, что затрудняет майнинг с помощью специализированного оборудования.
4. Blake2b. Этот быстрый и эффективный алгоритм хеширования генерирует хеш фиксированной длины длиной до 512 бит. Он используется в таких криптовалютах, ориентированных на конфиденциальность, как Grin и Beam.
5. SHA-3 (Secure Hash Algorithm 3). Этот алгоритм хеширования является преемником SHA-2 и был разработан для обеспечения лучшей защиты от атак. Он генерирует фиксированный хеш длиной до 512 бит.

Это лишь несколько примеров из множества существующих алгоритмов хеширования. Выбор зависит от конкретных потребностей блокчейна, таких как безопасность, скорость и устойчивость к атакам.

Как хеширование используется в блокчейне

Хеширование — важнейший компонент технологии блокчейн, обеспечивающий безопасность транзакций и защиту от несанкционированного доступа. В сфере блокчейна у хеширования есть несколько применений:

1. Хеширование транзакций. Каждая транзакция в блокчейне представлена в виде уникального хеша, который служит ее идентификатором. Этот хеш имеет фиксированную длину и создается путем обработки данных транзакции с помощью алгоритма. Затем хеш включается в следующий блок, благодаря чему последний защищается криптографической хеш-функцией.
2. Хеширование блоков. Каждый блок в блокчейне имеет уникальный хеш, который служит его идентификатором. Он имеет фиксированную длину и генерируется путем обработки данных блока с помощью алгоритма. Новый хеш включает хеш транзакции предыдущего блока, создавая цепочку блоков, защищенных функцией криптографического хеширования.
3. Майнинг.Майнинг — это процесс добавления новых блоков в блокчейн. Майнеры соревнуются в решении сложных математических задач, требующих больших вычислительных мощностей. Первый майнер, решивший задачу, получает возможность добавить новый блок в блокчейн и получает за это вознаграждение в криптовалюте . Решение задачи называется “нонс” (одноразовый номер), и оно включается в заголовок блока вместе с данными. Затем заголовок хешируется. Его хеш должен соответствовать определенному уровню сложности, установленному сетью. Этот процесс гарантирует, что новые блоки защищены от несанкционированного доступа.

Преимущества хеширования в блокчейне

Хеширование имеет решающее значение в блокчейне. Оно защищает от несанкционированного доступа способ хранения и проверки данных. Приведем пример некоторых преимуществ хеширования в блокчейне:

1. Улучшенная безопасность. Алгоритмы хеширования в блокчейнах предназначены для обеспечения безопасности и противодействия атакам. Хеширование работает по односторонней функции, из-за чего получить вводные данные из хеша практически невозможно. Поэтому хакерам сложно изменить данные в блокчейне.
2. Защита от несанкционированного доступа к данным. Хеширование обеспечивает защиту от несанкционированного доступа к данным на блокчейне. Любая попытка изменить данные в блоке или транзакции приведет к получению другого хэша, что нарушит цепочку и даст сигнал о несанкционированном доступе к данным. Поэтому данные на блокчейне изменить невозможно.
3. Упрощение проверки данных. Хеширование предлагает надежный метод проверять целостность данных в блокчейне. Ноды могут независимо проверять хеш каждого блока в цепочке, гарантируя, что данные не были изменены. Благодаря этому можно проверять целостность блокчейна без необходимости в централизованном органе управления.
4. Неизменяемое хранение данных. Хеширование гарантирует, что данные, хранящиеся в блокчейне, нельзя изменить. Как только они добавляются в блокчейн, их нельзя отредактировать или удалить, благодаря чему обеспечивается их целостность.
5. Повышенная эффективность. Хеширование обеспечивает эффективное хранение и извлечение данных в блокчейне. Каждый блок и транзакция имеет уникальный хеш, что значительно упрощает поиск информации в блокчейне.

У хеширования множество преимуществ. Оно обеспечивает повышенную безопасность, защиту от изменения информации, облегчает проверку данных и повышает эффективность. Эти преимущества делают технологию блокчейн надежным решением для цифровых транзакций.

Распространенные методы хеширования

В сфере блокчейна есть несколько распространенных методов хеширования.

Proof of Work (PoW)

Proof of Work — это алгоритм консенсуса, используемый в блокчейнах для проверки транзакций и создания новых блоков. В рамках этого механизма майнеры соревнуются за решение сложных математических задач с помощью вычислительных мощностей. Первый майнер, решивший задачу, получает возможность добавить новый блок в блокчейн и награждается за это криптовалютой.

Чтобы решить задачу, майнеры используют свои вычислительные мощности для хеширования заголовка блока, который включает в себя данные блока и нонс. Нонс (одноразовый номер) — это случайное значение, добавляемое в заголовок блока для создания нового хеша. Затем заголовок хешируется, и полученный хеш должен соответствовать определенному уровню сложности, установленному сетью. Уровень сложности регулярно корректируется, чтобы гарантировать, что блоки добавляются в блокчейн с одинаковой частотой.

Алгоритм PoW разработан таким образом, чтобы быть ресурсоемким, поэтому обмануть систему непросто.

Proof of Stake (PoS)

Proof of Stake — это алгоритм консенсуса для проверки транзакций и создания новых блоков. В отличие от PoW, который требует от майнеров решения сложных математических задач, PoS подразумевает, что валидаторы удерживают определенное количество криптовалюты в стейкинге. Валидаторов, которые будут создавать новые блоки, выбирают в зависимости от того, сколько они отправили в стейкинг.

Валидаторы предоставляют свою криптовалюту в качестве обеспечения, чтобы получить право на подтверждение транзакций и создание новых блоков. Если будет установлено, что валидатор действует вопреки интересам сети, например, пытается создавать недействительные блоки, то его сумма в стейкинге аннулируется.

PoS разработан таким образом, чтобы быть более энергоэффективным, чем PoW, поскольку он не требует такого же объема вычислительной мощности. Он также призван снизить централизацию мощностей майнинга криптовалют в нескольких крупных пулах майнинга , поскольку любой желающий может участвовать в сети в качестве валидатора.

Proof of Authority (PoA)

Proof of Authority — это алгоритм консенсуса, используемый в блокчейнах для проверки транзакций и создания новых блоков. В PoA валидаторы выбираются на основе их репутации, а не вычислительной мощности или суммы в стейкинге. Как правило, валидаторы являются известными и пользующимися доверием членами сообщества или организации.

Чтобы проверять транзакции и создавать новые блоки, валидаторы должны подтверждать свои полномочия, подписывая блоки особым закрытым ключом. Использование идентификационных данных и репутации делает алгоритм PoA менее уязвимым для атак, по сравнению с другими алгоритмами консенсуса, но также делает его более централизованным.

Потенциальные недостатки хеширования

Хотя хеширование и является важнейшим компонентом технологии «блокчейн», у него есть свои минусы. Вот некоторые из них:

1. Коллизионные атаки. Существует вероятность (хоть и малая), что два разных входных значения приведут к созданию одного и того же хеш-значения. Такое происшествие называется коллизией. Злоумышленник может воспользоваться этим недостатком для создания мошеннических транзакций или изменения данных в блокчейне.
2. Централизация. Использование алгоритма консенсуса Proof of Work приводит к централизации мощностей майнинга криптовалют в нескольких пулах майнинга . Такая централизация может поставить под угрозу безопасность блокчейна, если один пул или группа пулов получит контроль над более чем 50% хеш-мощностей сети.
3. Атака 51%.Атака 51% — это тип атаки, при котором отдельный субъект или группа получает контроль над более чем 50% хеш-мощностей сети, что позволяет им манипулировать транзакциями и проводить атаки двойной траты.

Хеширование делает блокчейн безопасной и надежной системой

Хеширование — это важнейший элемент блокчейна, обеспечивающий безопасный и защищенный от несанкционированного доступа способ хранения и проверки данных. Хеширование используется для создания уникальных идентификаторов каждой транзакции и блока с целью проверки целостности данных и защиты их от несанкционированного доступа.

У хеширования есть такие недостатки, как коллизионные атаки и централизация, однако его методы совершенствуются, а безопасность блокчейнов повышается, поэтому существующие минусы будут устранены.

Часто задаваемые вопросы

Какой можно привести пример хеширования на блокчейне?

Хеш блокчейна — это уникальный идентификатор, представляющий блокчейн или транзакцию. В пример можно привести алгоритм хеширования SHA-256, используемый в Bitcoin, который создает 256-битный хеш для каждого блока.

Что такое Hash 256 в блокчейне?

Hash 256 — это тип криптографического алгоритма хеширования, используемого в блокчейне. Он создает уникальный 256-битный хеш фиксированной длины, который идентифицирует блок или транзакцию в блокчейне. Обычно он используется в биткоине и других криптовалютах.

Какие алгоритмы хеширования используются в блокчейнах?

Блокчейны используют различные алгоритмы криптографического хеширования, например, SHA-256 и Scrypt, для создания уникальных идентификаторов каждого блока и транзакции. Эти алгоритмы хеширования разработаны таким образом, чтобы быть безопасными и защищенными от несанкционированного доступа.

Как в блокчейне генерируется хеш блока?

Хеш каждого блока генерируется путем обработки данных блока с помощью алгоритма хеширования, например, SHA-256. Получаемый хеш включает в себя хеш предыдущего блока, создавая связь между ними. Так создается цепочка взаимосвязанных блоков, которая защищена функцией криптографического хеширования, гарантируя, что данные в блокчейне безопасны и защищены от несанкционированного доступа.