Хэш — это уникальный цифровой отпечаток данных. Это строка фиксированной длины, которая создается из любого исходного набора данных с помощью хэш-функции.
В этой статье мы разберем, для чего нужен хэш, каким образом он создается, где используется и как он связан с криптовалютой. 👇
Что такое хэширование
Хэширование — это процесс преобразования данных произвольного размера в фиксированное значение, которое называется хэшем. Этот процесс используется для быстрой индексации, поиска или проверки целостности данных.
Хэширование позволяет сводить большие объемы данных к компактному и удобному для обработки виду. Например, текст любого размера можно преобразовать в строку фиксированной длины, двоичный код или азбуку Морза, что упрощает хранение и сравнение данных.
В криптовалюте и блокчейне хэширование используется для создания уникальных идентификаторов транзакций, блоков и других данных. Таким образом, хэширование можно назвать своеобразным шифрованием данных, которые невозможно взломать или прочесть. Это ведет к вопросу: чем отличается хэширование от обычного шифрования?
Шифрование vs хэширование
В процессе традиционного шифрования информация видоизменяется таким образом, что доступ к ней может получить лишь авторизованный клиент. Шифрование не приводит данные к единому стандарту, следовательно, чем больше информации, которую нужно засекретить, тем длиннее получается шифр. Также процесс шифрования можно откатить, перевести в исходное состояние, чего не скажешь о хэшировании.
Если рассматривать эти способы видоизменения информации со стороны безопасности, то становится очевидно, что хэширование выигрывает. Все дело в необратимости процесса хэш-функции. А вся безопасность шифра держится лишь на конфедициальности специального ключа, который необходим для разгадки.
Свойства хэша
С определением самого хэша мы разобрались. Теперь давайте разберем его основные свойства и особенности:
- Определенность. Главное свойство хэша — он однозначно соответствует своим исходным данным: одинаковые данные всегда дают одинаковый хэш. Однако даже малейшее изменение данных приводит к полному изменению хэша. Самый примитивный пример использования хэша – это штрих-код на любой продукции, например на шоколадке. Последняя цифра на таком штрих коде является сумма всех предыдущих цифр. В таком коде содержится информацию о наименовании товара и его стоимости;
- Необратимость. Привести захэшированную информацию к первоначальному виду невозможно. Это свойство делает хэширование полезным для хранения паролей и других конфиденциальных данных, так как даже при утечке хэшей злоумышленник не сможет получить доступ к исходной информации;
- Устойчивость к коллизиям. Коллизия — это ситуация, когда разные данные дают одинаковый хэш. Задача хэш-функции минимизировать вероятность таких коллизий. Это свойство особенно важно в контексте безопасности, так как оно предотвращает возможность подмены данных;
- Высокая скорость вычисления. хэш-функции достаточно быстрые, чтобы обрабатывать большие объемы данных без значительных задержек. Это важно для эффективной работы криптосистем и блокчейнов;
Лавинный эффект
Особое внимание стоит уделить свойству лавинного эффекта, ведь именно благодаря ему малейшее изменение исходных данных приводит к значительным изменениям в результате хеширования. Например, если изменить один символ в строке, результат хеширования должен кардинально измениться.
Лавинный эффект делает практически невозможным предсказать хэш, основываясь на знании исходных данных и их незначительных изменений.
Данная особенность обеспечивает безопасность информации, так как оно предотвращает возможность подбора данных, которые дают одинаковый или схожий хэш. В блокчейне лавинный эффект делает хэширование надежным инструментом для защиты данных и транзакций.
Как применяется хэш в криптовалюте и блокчейне
Хэширование выполняет важную функцию в работе децентрализованной сети. В блокчейне биткоина, например, каждый блок содержит хэш предыдущего блока, что создает цепочку блоков, связанную хэшами.
Это делает блокчейн устойчивым к изменениям: если кто-то попытается изменить данные в одном блоке, хэши всех последующих блоков также изменятся, что мгновенно станет очевидным.
Кроме того, хэши используются для создания криптографических ключей, цифровых подписей и других элементов, которые обеспечивают безопасность и подлинность транзакций в криптосистемах.
Хэширование и майнинг
Майнинг криптовалют напрямую связан с процессом хэширования. Чтобы добавить новый блок в блокчейн, майнеры должны найти такой хэш, который соответствует определенным условиям, например, начинается с определенного количества нулей.
Здесь важно, чтобы хэш-функция была достаточно сложной, чтобы сделать процесс нахождения подходящего хэша трудоемким, но при этом эффективной с точки зрения скорости вычисления. Поскольку этот процесс требует значительных вычислительных мощностей, в случае успеха майнеры получают вознаграждение в виде монет блокчейна.
Какие хэш-функции используются в каких блокчейнах
Как мы говорили ранее, хэш-функции разнятся между собой по способам преобразования входных данных в выходные. Разные блокчейны используют разные хэш-функции:
- SHA-256 — основная хэш-функция биткоина. Она создает хэш длиной 256 бит и используется для обеспечения безопасности и создания новых блоков;
- Keccak-256 (SHA-3) — применяется в блокчейне Ethereum. Этот алгоритм был разработан как улучшенная версия SHA-2;
- Scrypt — используется в Litecoin. Этот алгоритм отличается меньшей зависимостью от вычислительной мощности, что позволяет майнить с помощью более простого оборудования;
- Equihash — используется в Zcash и некоторых других блокчейнах. Он отличается высокой скоростью и хорошей устойчивостью к коллизиям, что делает его популярным среди разработчиков новых криптовалют.
Хэш-таблицы
Хэш-таблицы — это структура данных, предназначенная для эффективного хранения и поиска информации. Они используют хэш-функцию для вычисления индекса, по которому данные будут сохраняться в массиве.
Когда вы добавляете данные в хэш-таблицу, например, имена в список, хэш-функция преобразует каждое имя в уникальный хэш-код. Этот хэш-код затем используется как индекс для хранения имени в массиве.
При поиске данных хэш-таблица позволяет быстро найти информацию, так как вы можете вычислить хэш-код нужного имени и сразу перейти к соответствующему индексу в массиве. Это делает операции поиска значительно быстрее по сравнению с традиционными методами, такими как линейный поиск, где требуется проверить каждый элемент поочередно.
Заключение
Хэш — это цифровой отпечаток данных, созданный с помощью специального алгоритма, который преобразует информацию любого размера в строку фиксированной длины. хэширование широко используется в блокчейне и криптовалютах для защиты данных и проверки их целостности. Важное свойство хэша — лавинный эффект, при котором даже небольшие изменения исходных данных полностью меняют результат. Разные блокчейны используют разные хэш-функции, например, SHA-256 в биткоине, Scrypt в Litecoin, SHA-3 в Ethereum и тд, для обеспечения безопасности и стабильности системы.
