Что такое хэш в криптовалюте

Что такое хэш в криптовалюте?

Хэш в криптовалюте — это специальная функция с определёнными свойствами, применяемая для решения задач криптографии. В чем её особенности и назначение? Что такое хэш в криптовалюте, как он работает?

Полученные хэши можно сравнивать, ведь они могут различаться по составу и размеру. Такая необходимость возникает в процессе добычи виртуальных монет. Смежное понятие (хэшрейт) представляет собой скорость расчета хэшей в процессе получения нового блока в цепи блокчейн. Чем больше этот параметр, тем быстрее оборудование находит необходимое число, тем выше заработок майнера. Наиболее производительным оборудованием считаются асики. К примеру, если ASIC-майнер имеет мощность в 10 ТХ/с, это говорит о его возможности обрабатывать 10 000 000 000 000 хэшей за одну секунду.

Что такое хэш в криптовалюте — краткая история

В математическом смысле хэш-функция представляет собой преобразование данных в короткую строчку, имеющую определенную длину. С ее помощью можно контролировать состояние файлов ОС, важных программ и основной информации. Работа осуществляется по желанию или с определенной периодичностью (в автоматическом режиме).

Термин «хэш» произошел от слова hash на английском языке. Прямой перевод определения означает «путаница». Такая формулировка описывает принцип работы функции, задача которой заключается в изменении входного параметра для получения иного значения на выходе. Аналогичный подход характерен и для термина «хэширование». Источником этого слова является английское определение «hashing», что переводится как «крошение».

Определение появилось в 50-х годах XX века в среде специалистов, занимающихся обработкой больших объемов информации. С помощью хэш-функции специалисты приводили любой массив к строчке с определенным числом символов. Так, если конкретную цифру (вне зависимости от числа знаков) множество раз делить на идентичный числовой параметр, полученный набор символов будет называться хэш. Итоговый результат различается в зависимости от применяемого делителя.

Хэш в криптовалюте — сущность

Простыми словами, хэш в криптовалюте — это процесс преобразования одного набора символов (на входе) в другой. Разница в том, что в первом случае параметр носит свободный характер, а во втором — фиксированную длину. Это пояснение характерно для различных сфер, в том числе криптовалюты. Преобразование происходит на основании определенного алгоритма. К примеру, в Биткоине это SHA-256, в Лайткоине — Scrypt и так далее.

Для рассмотрения принципа работы используем протокол Bitcoin из серии SHA-2 (его размер — 256 бит). Вне зависимости от объема вводимых данных итоговый параметр на выходе всегда имеет определенную величину. Это важно, ведь в случае с криптовалютами речь идет о передаче огромного потока информации и совершении множества транзакций в секунду.

Наличие хэша — возможность упростить запоминание больших массивов информации. Достаточно иметь хэш-функцию для получения необходимых сведений об операции в сети.

Свойства хэша в криптовалюте

Чтобы разобраться, что такое хэш в криптовалюте, важно понимать его свойства. Выделим основные:

Стабильность параметра на выходе. При анализе одной и той же информации на входе на выходе получается неизменный итог. Это важно, ведь при получении различных хэшей при каждом действии привязать результат к интересующей информации о транзакции не выйдет.

Функции хэша в криптовалюте

Хэш-функция обладает следующими функциями:

Преобразование информации из свободной в строго определенную длину.

Что такое хэш в майнинге? Как он работает?

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.

• 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.

What is a Hash?

SHA (Secure Hash Algorithm) is a set of cryptographic hash functions designed by the United States National Security Agency (NSA).

To put it in simple term, a Hash function is like a black box, where you input any kind of digital information of any size, and the result (output) is an alphanumeric string (e.g.: 0xe3b0c44298fc1c149afbf4c8996fb92427ae41e4649b934ca495991b7852b855). In the case of SHA-256, the output is 32 bytes. This function has 2 characteristics:

1) Unequivocal: the hash (output) is like the fingerprint of the input data. From a human fingerprint, you can´t create the human. So from the hash of a digital input, you can´t create the original digital input.

2) Collision Resistant: nobody should be able to find two different input values that result in the same hash output. In other words, for any different input, there will be different outputs always. This allows to use this function to check Data Integrity by comparing the computed “hash” (the output from execution of the algorithm) to a known and expected hash value, a person can determine the data’s integrity. For example, computing the hash of a downloaded file and comparing the result to a previously published hash result can show whether the download has been modified or tampered with.

But why is hash so important in blockchain?

That’s because is part of the mining process and miners responsibility: the miners pick some transactions up and using them as part of the input, they try to calculate a hash function to provide a new block to the chain.

There are many cryptographic hash algorithms. Listed below are a few algorithms that are referenced relatively often. A more extensive list can be found on the page containing a comparison of cryptographic hash functions.

MD5 was designed by Ronald Rivest in 1991 to replace an earlier hash function MD4, and was specified in 1992 as RFC 1321. Collisions against MD5 can be calculated within seconds which makes the algorithm unsuitable for most use cases where a cryptographic hash is required. MD5 produces a digest of 128 bits (16 bytes).

SHA-1 was developed as part of the U.S. Government’s Capstone project. The original specification — now commonly called SHA-0 — of the algorithm was published in 1993 under the title Secure Hash Standard, FIPS PUB 180, by U.S. government standards agency NIST (National Institute of Standards and Technology). It was withdrawn by the NSA shortly after publication and was superseded by the revised version, published in 1995 in FIPS PUB 180–1 and commonly designated SHA-1. Collisions against the full SHA-1 algorithm can be produced using the shattered attack and the hash function should be considered broken. SHA-1 produces a hash digest of 160 bits (20 bytes).

Documents may refer to SHA-1 as just “SHA”, even though this may conflict with the other Standard Hash Algorithms such as SHA-0, SHA-2 and SHA-3.

RIPEMD-160

RIPEMD (RACE Integrity Primitives Evaluation Message Digest) is a family of cryptographic hash functions developed in Leuven, Belgium, by Hans Dobbertin, Antoon Bosselaers and Bart Preneel at the COSIC research group at the Katholieke Universiteit Leuven, and first published in 1996. RIPEMD was based upon the design principles used in MD4, and is similar in performance to the more popular SHA-1. RIPEMD-160 has however not been broken. As the name implies, RIPEMD-160 produces a hash digest of 160 bits (20 bytes).

Whirlpool

In computer science and cryptography, Whirlpool is a cryptographic hash function. It was designed by Vincent Rijmen and Paulo S. L. M. Barreto, who first described it in 2000. Whirlpool is based on a substantially modified version of the Advanced Encryption Standard (AES). Whirlpool produces a hash digest of 512 bits (64 bytes).

SHA-2 (Secure Hash Algorithm 2) is a set of cryptographic hash functions designed by the United States National Security Agency (NSA), first published in 2001. They are built using the Merkle–Damgård structure, from a one-way compression function itself, built using the Davies–Meyer structure from a (classified) specialized block cypher.

SHA-2 basically consists of two hash algorithms: SHA-256 and SHA-512. SHA-224 is a variant of SHA-256 with different starting values and truncated output. SHA-384 and the lesser known SHA-512/224 and SHA-512/256 are all variants of SHA-512. SHA-512 is more secure than SHA-256 and is commonly faster than SHA-256 on 64-bit machines such as AMD64.

The output size in bits is given by the extension to the “SHA” name, so SHA-224 has an output size of 224 bits (28 bytes), SHA-256 produces 32 bytes, SHA-384 produces 48 bytes and finally, SHA-512 produces 64 bytes.

SHA-3 (Secure Hash Algorithm 3) was released by NIST on August 5, 2015. SHA-3 is a subset of the broader cryptographic primitive family Keccak. The Keccak algorithm is the work of Guido Bertoni, Joan Daemen, Michael Peeters, and Gilles Van Assche. Keccak is based on a sponge construction which can also be used to build other cryptographic primitives such as a stream cypher. SHA-3 provides the same output sizes as SHA-2: 224, 256, 384 and 512 bits.

Configurable output sizes can also be obtained using the SHAKE-128 and SHAKE-256 functions. Here the -128 and -256 extensions to the name imply the security strength of the function rather than the output size in bits.

BLAKE2

An improved version of BLAKE called BLAKE2 was announced in December 21, 2012. It was created by Jean-Philippe Aumasson, Samuel Neves, Zooko Wilcox-O’Hearn, and Christian Winnerlein with the goal to replace widely used, but broken MD5 and SHA-1 algorithms. When run on 64-bit x64 and ARM architectures, BLAKE2b is faster than SHA-3, SHA-2, SHA-1, and MD5. Although BLAKE nor BLAKE2 have not been standardized as SHA-3 it has been used in many protocols including the Argon2 password hash for the high efficiency that it offers on modern CPUs. As BLAKE was a candidate for SHA-3, BLAKE and BLAKE2 both offer the same output sizes as SHA-3 — including a configurable output size.

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.