Что такое хеширование?

Хеширование - это процесс преобразования данных (например, файла, сообщения и т.д.) в строку фиксированного размера. Для практического примера, в командной строке Windows вы можете вычислить хеш файла, используя команду “certutil”:

certutil -hashfile myfile.txt MD5

Вывод должен выглядеть примерно так.

MD5 hash of myfile.txt:
65a8e27d8879283831b664bd8b7f0ad4
CertUtil: -hashfile command completed successfully.

Размер вывода MD5 хеша составляет 128 бит, что относительно мало по сравнению с другими функциями хеширования, такими как SHA-256 или SHA-512.

Применение хэширования

Хеширование имеет широкий спектр важных применений.

Хранение паролей

Пароли пользователей почти никогда не хранятся в виде обычного текста. Вместо этого пароль хешируется, и только значение хеша хранится в базе данных.

Например, если пользователь ставит пароль password123, система хеширует эту строку (например, с использованием SHA-256) и сохраняет полученное 64-значное значение хеша в базе данных. Когда пользователь пытается войти в систему, система хеширует введенный пароль и сравнивает его с сохраненным хешем из БД; если они совпадают, пользователь успешно аутентифицирован.

Проверка целостности файлов

Хеширование может использоваться для проверки, что загруженный файл не изменен и не поврежден.

Например, когда вы загружаете обновления ПО, провайдер обычно публикует SHA-256 хеш установочного файла. Вы можете вычислить хеш скачанного файла и сравнить его с опубликованным значением; если они совпадают, вы можете быть уверены, что файл был скачан корректно и без изменений.

Цифровые подписи

Хеши играют роль в создании безопасных цифровых подписей, которые используются для целей неотрекаемости и целостности данных.

Например, если Боб хочет отправить Алисе юридически обязательный контракт, он может создать цифровую подпись, хешируя детали контракта и зашифровав хеш своим приватным ключом. Алиса может проверить подпись, расшифровав ее с помощью публичного ключа Боба и сравнив полученный хеш с хешем деталей контракта. Это доказывает, что Боб авторизовал контракт и что детали не были изменены.

Дедупликация данных

Хеширование используется для обнаружения дублирующихся данных, например, во время процесса резервного копирования, чтобы избежать хранения избыточных копий.

Предположим, у вас есть система бэкапа, которая периодически делает резервные копии ваших файлов. Вместо того чтобы слепо копировать все файлы каждый раз, система резервного копирования может использовать хеширование для идентификации дублирующихся файлов. Она вычисляет значение хеша каждого файла и сравнивает его с хешами уже сохраненных в резервной копии файлов. Если найдено совпадающее значение хеша, это означает, что файл уже существует в резервной копии, и система пропускает этот файл, экономя память и время.

Криптовалюта

Процесс добычи новых биткойнов включает в себя решение сложных математических задач путем многократного хеширования данных до тех пор, пока не будет найдено значение хеша, соответствующее определенному критерию.

Например, майнеры биткойнов соревнуются в нахождении значения хеша, которое удовлетворяет определенным критериям (например, начинается с определенного количества ведущих нулей). Они берут данные из нового блока (включая транзакции) и многократно хешируют их с различными значениями “nonce” до тех пор, пока не будет найдено действительное значение хеша. Первый майнер, нашедший действительный хеш, получает право добавить новый блок в блокчейн и получает вознаграждение в биткойнах. Этот процесс помогает предотвратить двойное расходование и обеспечивает целостность блокчейна.

Окей, а теперь поподробнее.

Функция хеширования

Функция хеширования - это математическое преобразование, которое конвертирует входные данные в выходные данные фиксированного размера, известные как значение хеша. Основные свойства хорошего алгоритма хеширования включают устойчивость к коллизиям, что означает, что вероятность двух различных входных данных, производящих одинаковое значение хеша, крайне мала; необратимость, так что при данном значении хеша восстановить исходные данные вычислительно невозможно; чувствительность к изменениям входных данных, где даже небольшое изменение входных данных приводит к совершенно другому значению хеша; и детерминированность, гарантирующая, что одни и те же входные данные всегда дают один и тот же выходной хеш.

Безопасный алгоритм хеширования

Безопасный алгоритм хеширования, или SHA, - это набор криптографических функций хеширования, разработанных Национальным агентством безопасности США. SHA является одним из наиболее широко используемых алгоритмов хеширования и часто применяется в цифровых подписях, протоколах безопасной связи и различных приложениях безопасности. Некоторые общие варианты алгоритма SHA включают:

SHA-1: Производит 160-битное значение хеша. Несмотря на то, что SHA-1 все еще широко используется, он теперь считается небезопасным из-за уязвимости к атакам с коллизиями.
SHA-2: Семейство функций хеширования, включающее SHA-224, SHA-256, SHA-384 и SHA-512. Эти алгоритмы производят хеш-значения разной длины (224, 256, 384 и 512 бит соответственно) и считаются более безопасными, чем SHA-1.
SHA-3: Новый алгоритм хеширования, выбранный NIST в 2015 году после публичного конкурса на разработку более безопасной альтернативы SHA-2. SHA-3 основан на другой математической структуре, чем SHA-2, и разработан для устойчивости к будущим атакам.

Как видите, хеширование широко используется и является фундаментальной концепцией. Надеюсь, эта статья была для вас полезной.