Что такое хеш в блокчейне

Что такое хеш в блокчейне

Что такое хеш в блокчейне. Чтобы успешно инвестировать в криптовалюту, нужно понимать, как работает технология. Цифровая сеть создается криптографической функцией. Каждая новая цепочка в блоке – это хеш (информация, зашифрованная по определенному алгоритму). С его помощью майнеры превращают большие объемы данных в компактные записи, которые легко защищать, хранить и передавать. По сути, хеш в блокчейне — это цифровой отпечаток транзакции, который позволяет однозначно ее идентифицировать.

Схема работы блокчейна

В системе традиционных расчетов все операции подтверждают уполномоченные сотрудники банков. Если внести неправильные сведения в контрольную программу, можно провести неправомерную транзакцию. Блокчейн работает иначе. Криптовалюта представляет собой электронную запись, в которой последовательно учтены все совершенные операции. Информация любого размера шифруется и кодируется криптографическим методом.

Созданный хеш имеет определенные параметры: 64, 128 или 256 бит. Самый длинный криптокод биткоина содержит 64 символа. Изменить или удалить его невозможно. Каждый раз, когда происходит новая операция, сеть проходит валидацию — проверяются все предыдущие транзакции в блоке. При выявлении любых нарушений операция отменяется.

Схематически работа блокчейна выглядит так:

1. Пользователь отправляет транзакцию, активируя работу системы.
2. Операции собираются в блок, который имеет начальное состояние (адрес и время) и предполагаемое конечное (если транзакция будет одобрена).
3. Система отправляет информацию о собранном блоке всем участникам (майнерам) для верификации данных начального состояния.
4. Пользователи, получившие данные о предполагаемой транзакции, подтверждают их корректность и записывают в свою цепочку. Нет специального места, где хранится блокчейн криптовалюты. Упорядоченные данные находятся везде и доступны каждому участнику сети в любое время.
5. После верификации блока майнеры подтверждают всю цепочку. Транзакция совершается.

Если начальное состояние блока не верифицировано, операция отменяется, монеты «замораживаются» в хранилище с некорректным участком цепи.

Что такое хеш и хеширование простыми словами?

Слово хеш происходит от английского «hash», одно из значений которого означает путаницу или мешанину. Собственно, это довольно полно описывает реальное значение этого термина. Часто такой процесс еще называют «хешированием», что опять же является производным от английского hashing (рубить, крошить, спутывать и т. д.).

Появился этот термин в середине прошлого века среди людей, которые занимаются обработкой массивов данных. Хеш-функция позволяла привести любой массив данных к заданной длине. Например, если любое число (любой длины) начать делить много раз подряд на одно и то же простое число, то полученный в результате остаток от деления можно будет называть хешем. Для разных исходных чисел остаток от деления (цифры после запятой) будет отличаться. Не все хеш-функции предполагают использование криптографии, а лишь те, которые специально для этого предназначены, так называемые криптографические хеш-функции, лежащие в основе криптовалюты. Благодаря их работе блокчейны и другие распределенные системы способны достичь высокого уровня целостности данных и безопасности.

Под хешированием понимают процесс создания определенного вывода из входных данных разного размера. Это делается с помощью математических формул, также известных как хеш-функции (реализованные в виде алгоритмов хеширования). Чтобы добыть новый блок, майнеры должны проверить исходные данные и превратить их в короткую цифровую запись. Для этого используется хеш-функция – алгоритм, который превращает информацию в код. Механизм работает для данных любого размера и переводит их в цифровой код из букв и цифр.

Свойства хеширования

Чтобы разобраться, что такое хеш в блокчейне, важно понимать его свойства. Выделим основные:

1. Стабильность параметров на выходе. При анализе одной и той же информации на входе на выходе получается постоянный результат. Это важно, ведь если при каждом действии получать разные хеши, привязать результат к информации об интересующей транзакции не получится.
2. Скорость расчетов. Преобразование массивов, поступающих на вход, должно осуществляться с максимальной скоростью. В противном случае применение системы неэффективно.
3. Проблема обратных расчетов. Процесс преобразования исходных данных в хеш на выходе происходит в одностороннем порядке. Процедура обратного перевода возможна, но максимально усложнена (это необходимо для защиты сети).
4. Влияние небольших изменений. Достаточно внести незначительную правку в исходные параметры, чтобы на выходе появился новый хеш, с другим набором символов. Можно изменить одну букву или даже регистр в строке на входе, чтобы итоговый результат претерпел значительные изменения. Это важное качество в криптовалюте, которое обеспечивает безопасность и неизменность blockchain.
5. Сложность алгоритма. В процессе создания хеша применяется сложная формула, а именно Y = H (k|x), где Y – выходной параметр, k – число из распределения с большой энтропией, а k|x – конкатенация (объединение двух строк). Суть в том, что при наличии значения Y трудно подобрать такой параметр x, чтобы в результате их конкатенации получился итоговый хеш.
6. Коллизионная стойкость. Для каждого источника на входе характерен индивидуальный хеш. Вероятность получения двух одинаковых чисел на выходе при вводе разной информации на входе ничтожно мала. 

Как работает хеш-функция?

Хеширование означает ввод информации любой длины и размера в исходной строке и выдачу результата фиксированной длины, заданной алгоритмом функции хеширования. В контексте криптовалют, таких как Bitcoin, транзакции после хеширования на выходе выглядят как набор символов определенной алгоритмом длины (Bitcoin использует SHA-256).

Input – вводимые данные, hash – хеш

Посмотрим, как работает процесс хеширования. Мы собираемся ввести определенные данные. Для этого мы будем использовать SHA-256 (безопасный алгоритм хеширования из семейства SHA-2, размером 256 бит).

Как видите, в случае SHA-256, независимо от того, насколько объемны ваши данные (input), вывод всегда будет иметь фиксированную 256-битную длину. Это крайне необходимо, когда вы имеете дело с огромным количеством данных и транзакций. Таким образом, вместо того чтобы помнить данные, которые могут быть огромными, вы можете просто запомнить хеш и отслеживать его. 

Акроним SHA расшифровывается как Secure Hash Algorithms (безопасный алгоритм хеширования). Он относится к набору криптографических хеш-функций, который включает такие алгоритмы, как SHA-0 и SHA-1, а также группы SHA-2 и SHA-3. SHA-256 входит в группу SHA-2 наряду с SHA-512 и другими аналогами. В настоящее время безопасными считаются только группы SHA-2 и SHA-3.

Где применяется хеш

Хеш-функция имеет широкий спектр применения:

1. При контроле целостности пакетов TCP/IP и других протоколов. Если параметр функции совпадает с переданным пакетом, это свидетельствует об отсутствии потерь и необходимости перейти к следующему пакету.
2. В сети Интернет. Указанный выше протокол применяется в глобальной сети.
3. Технология блокчейн. Здесь хеш-функция обеспечивает целостность цепи операций и защищает систему от взлома. Благодаря такой особенности blockchain отличается надежностью и лежит в основе многих криптовалют.
4. Криптография. При использовании в этой сфере применяется функция, исключающая вычисление исходного массива данных по конечному хешу. Дополнительное условие – стойкость к повторениям. Расчеты занимают больше времени, ведь главный акцент делается на надежности.
5. Электронная цифровая подпись. Хеш-функция применяется для проверки подписи переданного документа.
6. Получение доступа к сайтам в Сети и серверам по персональным данным (логин, пароль). Личная информация, как правило, хранится в зашифрованном виде (хеш-сумма). После ввода пароля полученный параметр превращается в хеш, сверяется с тем, что находится в системе, после чего пользователь попадает в личный кабинет.

Значение хеша в криптовалюте и других сферах трудно переоценить. Это важный параметр, обеспечивающий быстрое преобразование и шифрование данных с возможностью получить информацию о проведенной операции.

Хеширование особенно полезно в технологии блокчейн. В блокчейне Bitcoin выполняется несколько операций, которые включают хеширование, большая часть которого приходится на майнинг. На самом деле практически все криптовалютные протоколы полагаются на хеширование для связывания и сжатия групп транзакций в блоки, а также для создания криптографической взаимосвязи и эффективного построения цепочки из блоков.

Применение хеша в майнинге

В майнинге присутствует множество этапов, которые выполняются с помощью хеш-функций; они включают проверку баланса, связывание входов и выходов транзакций и хеширование всех операций в блоке для формирования дерева Меркла. Но одна из основных причин, по которой блокчейн Bitcoin безопасен, заключается в том, что майнеры должны выполнить как можно больше операций, связанных с хешированием, чтобы в итоге найти правильное решение для следующего блока.

Майнер должен пытаться подобрать несколько вариантов входных данных при создании хеша для своего блока-кандидата. Проверить блок можно будет лишь в том случае, если правильно сгенерированный вывод в виде хеша начинается с определенного количества нулей. Количество нулей определяет сложность майнинга и меняется в зависимости от хешрейта сети. В этом случае хешрейт является объемом мощности вашего компьютера, которую вы инвестируете в майнинг биткоинов. Если хешрейт начинает расти, протокол Bitcoin автоматически отрегулирует сложность майнинга так, чтобы среднее время, необходимое для добычи блока, составляло около 10 минут. Если несколько майнеров решат прекратить майнинг, что приведет к значительному снижению хешрейта, сложность добычи будет скорректирована таким образом, чтобы временно облегчить вычислительную работу (пока среднее время формирования блока не вернется к 10 минутам).

Обратите внимание, что майнерам не нужно искать коллизии, поскольку есть некоторое количество хешей, которые они могут сгенерировать в качестве валидного выхода (начинающегося с определенного количества нулей). Таким образом, существует несколько возможных решений для определенного блока, и майнеры должны найти только одно из них в соответствии с порогом, который определяется сложностью майнинга. Алгоритм майнинга, основанный на SHA-256, называют «доказательством работы» (Proof-of-Work). Такой подход обеспечивает консенсус, который предотвращает атаки на блокчейн. Кроме того, криптография делает децентрализованные системы более безопасными, чем банки с физическим подтверждением платежей.

Поскольку майнинг Bitcoin является настолько затратной задачей, у майнеров нет причин обманывать систему, ведь это приведет к значительным финансовым убыткам. Соответственно, чем больше майнеров присоединяется к блокчейну, тем больше и сильнее он становится.

Вывод

Нет сомнений, что хеш-функции являются одним из основных инструментов информатики, особенно при работе с огромными объемами данных. В сочетании с криптографией алгоритмы хеширования могут быть весьма универсальными, предлагая безопасность и множество способов аутентификации. Таким образом, криптографические хеш-функции жизненно важны практически для всех криптовалютных сетей, поэтому понимание их свойств и механизмов работы, безусловно, полезно для всех, кто интересуется технологией блокчейн.

Интересуют основы криптовалюты? Напишите нам, и мы Вам поможем в этом разобраться.