Что такое хэш функция? Что такое хеш в майнинге? Как он работает? Примеры хэш функций криптовалют

Хэш - это функция, которая реорганизует ввод букв и цифр в зашифрованный вывод фиксированной длины. Хэш создается с использованием алгоритма и необходим для управления цепочкой блоков в криптовалюте.

Как работает хэш

Основой любой криптовалюты является блокчейн, который представляет собой глобальную бухгалтерскую книгу, образованную объединением отдельных блоков данных транзакций.

Блокчейн содержит только надежные, проверенные транзакции и тем самым предотвращает мошеннические операции и двойные траты.

Зашифрованное значение представляет собой последовательность цифр и букв, которые совсем не похожи на исходные данные – это и называется хэшем. Майнинг криптовалюты проделывает работу с этим хэшем.

Особенности:

• Хэш - это функция, которая отвечает зашифрованным требованиям, необходимым для вычисления блокчейна.
• Хэши имеют фиксированную длину, однако практически невозможно угадать длину хэша, если злоумышленник пытается взломать блокчейн.
• Хэш разрабатывается на основе информации, содержащейся в заголовке блока.

Хеширование требует обработку данных из блока через математическую функцию, что и приводит к выводу фиксированной длины. Использование фиксированной длины повышает безопасность, так как любой, кто пытается взломать хэш, не сможет определить длину, увидив длину вывода.

Решение хэша – это решение сложной математической задачи, которое начинается с данных, доступных в заголовке блока. Каждый заголовок блока содержит номер версии, временную метку, хэш, использованный в предыдущем блоке, хэш Merkle, одноразовый номер и целевой хэш.

Майнер сосредотачивается на одноразовом числе, строке чисел. Этот номер добавляется к хэшированному содержимому предыдущего блока, который затем сам хэшируется. В случае если новый хэш меньше или равен целевому хэшу, то он становится решением и майнер получает свое вознаграждение, а сам блок добавляется в цепочку блоков.

Способ проверки транзакций блокчейна образован на шифровании данных с использованием алгоритмического хеширования.

Решение хэша требует от майнера определить, какую строку использовать в качестве одноразового номера, что само по себе требует значительного количества проб и ошибок.

Это связано с тем, что одноразовый номер является случайной строкой. Вряд ли майнер удачно придумает правильный одноразовый номер с первой попытки, а это значит, что он потенциально может протестировать большое количество вариантов одноразового номера, прежде чем получить его правильное значение.

Чем больше сложность - мера того, насколько сложно создать хэш, который удовлетворяет требованию целевого хэша, - тем больше времени потребуется для создания решения.

Пример хэша

Хэширование слова «Компьютер» будет той же длины, что и хеш фразы «Майнинг это круто». Функция, используемая для генерации хеша, является детерминированной, что означает, что она будет давать один и тот же результат каждый раз, когда используется один и тот же ввод.

Обработка хеш-функций, необходимых для шифрования новых блоков, требует значительной вычислительной мощности компьютера (майнинг фермы), что становится в наше время дорогостоящим занятием.

Чтобы привлечь как можно больше майнеров, сама сеть криптовалюты вознаграждает их как новыми токенами, так и монетами с комиссии за транзакцию.

Майнеры получают монеты только в том случае, если они первыми создали хэш, который отвечает требованиям, указанным в целевом хеше.

Что такое хеш-функция?

Хэш функция — это алгоритм шифрования, который принимает любые входные данные (любую строку данных, например текст, числа или комплексные данные) и создает строку символов фиксированной длины, часто называемую «хеш» или «дайджест».

Отличительными особенностями хэш-функции являются:

• Согласованный ввод и вывод: при одинаковых входных данных хеш-функция всегда будет выдавать одну и ту же выходную строку.
• Односторонний характер: невозможно вернуться к выходной последовательности для вывода исходных данных, т. е. они не могут быть декодированы.
• Легко вычислить: можно быстро сгенерировать хеш-строку из любого ввода.
• Небольшое изменение — другой результат. Небольшое изменение во входных данных создаст совершенно другую хэш-строку — свойство, называемое «эффектом лавины» (avalanche effect).

Хэш-функции используются на рынке криптовалют для защиты пользовательской информации, повышения безопасности транзакций и предотвращения манипулирования данными.

Роль хеш-функции в криптографии

Хэш-функция — это не только инструмент безопасности, но и основа многих систем блокчейна и криптовалют.

Во-первых, хэш-функция помогает проверить целостность транзакции. Каждая транзакция в блокчейне зашифрована в уникальную хэш-цепочку.

Это означает, что любое изменение в транзакции приведет к изменению хэш-цепочки, позволяя обнаружить подделку и гарантируя, что данные не были изменены.

Хэш-функция также помогает защитить блоки в цепочке блокчейна. В таких системах, как Биткойн, каждый блок содержит уникальную хэш-цепочку, связанную с транзакциями в блоке.

Когда создается новый блок, он содержит хеш предыдущего блока, образуя связанный блокчейн. Благодаря этому, если хакер захочет изменить один блок, ему придется изменить все последующие блоки, что сделать очень сложно.

Хэш-функция также является важным фактором в процессе добычи криптовалюты. Майнеры должны решать проблемы хеширования, чтобы находить новые блоки и получать вознаграждения. Эта проблема обычно требует решения хэш-строки, которая имеет некоторые особые свойства, что делает процесс майнинга ресурсоемкой задачей, но необходимой для поддержания безопасности сети.

Хэш-функция также защищает личную информацию пользователя. Когда пользователь создает криптовалютный кошелек, хеш-функция шифрует его ключи безопасности (приватные ключи), помогая защитить кошелек от несанкционированного доступа.

Популярные алгоритмы хеширования в криптовалюте

В сфере криптографии существует несколько известных алгоритмов хэширования, которые широко используются для защиты транзакций и данных в блокчейне.

Эти алгоритмы имеют разные уровни безопасности и производительности:

SHA-256 (256-битный алгоритм безопасного хеширования)

SHA-256 — самый популярный алгоритм хеширования, используемый в Биткойне и многих других блокчейнах.

SHA-256 создает 256-битную строку из любых данных и имеет высокий уровень безопасности, допуская около 2^256 возможных комбинаций.

Это делает практически невозможным грубую расшифровку хеш-строк SHA-256.

SHA-256 также играет важную роль в механизме PoW BTC, помогая предотвращать атаки и поддерживать децентрализацию сети.

Ethash

Ethash — это алгоритм хеширования, который использовался в Ethereum до перехода на Ethereum 2.0 и Proof of Stake (PoS).

Ethash требует большого объема памяти в майнинге. Благодаря этому Ethereum сохраняет свою децентрализацию, поскольку в майнинге могут участвовать обычные пользователи.

Scrypt

Алгоритм Scrypt используется в Litecoin и некоторых других криптовалютах.

Scrypt менее ресурсоемок, чем SHA-256.

Важность хеш-функций в криптобезопасности

Хэш-функция считается важным фактором, помогающим защитить систему блокчейна от атак и обеспечить целостность данных.

Хэш-функция помогает обнаруживать и предотвращать изменения данных в блокчейне, поскольку любое небольшое изменение в данных приведет к совершенно другой хэш-цепочке.

Это помогает защитить блокчейн от атак с изменением данных.

Хэш-функции также помогают защититься от атак методом перебора.

Длина хеш-строки в 256 бит создает пространство из 2^256 возможностей, что делает попытку использования всех комбинаций для ее расшифровки практически невозможной даже для суперкомпьютеров.

Хэш-функция также помогает поддерживать децентрализацию блокчейна, позволяя всем участникам проверять целостность данных без необходимости доверять посреднику.

Несмотря на множество преимуществ, хэш-функции по-прежнему сталкиваются с некоторыми проблемами и рисками.

Одним из самых больших рисков является возможность коллизий, когда два разных данных создают одну и ту же хэш-строку.

Хотя алгоритмы хеширования, такие как SHA-256, предназначены для минимизации возможности коллизий кода, теоретически этот риск все еще существует. Если хакеры смогут создать поврежденный код, они смогут создать фальшивые данные, сохраняя при этом хеш-цепочку нетронутой.

Хэш-функция также потребляет много ресурсов. В частности, в механизме PoW решение проблем хеширования требует, чтобы устройства для майнинга потребляли много энергии.

Согласно отчету Кембриджа, майнинг Биткойнов потребляет более 120 ТВт-ч электроэнергии в год, оказывая значительное воздействие на окружающую среду.

Кроме того, с переходом некоторых блокчейнов на механизм PoS роль хеш-функции в майнинге блоков значительно снизилась.

Однако хеш-функции по-прежнему играют важную роль в безопасности и проверке данных.