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.