Що таке хеш в блокчейні
Що таке хеш в блокчейні. Щоб успішно інвестувати в криптовалюту, потрібно розуміти, як технологія працює. Цифрова мережа створюється криптографічною функцією. Кожен новий ланцюжок у блоці – це хеш (інформація, зашифрована за певним алгоритмом). З його допомогою майнери перетворюють великі обсяги даних на компактні записи, які легко захищати, зберігати та передавати. По суті хеш у блокчейні — це цифровий відбиток транзакції, який дозволяє однозначно її ідентифікувати.
Схема роботи блокчейна
У системі традиційних розрахунків усі операції підтверджують уповноважені працівники банків. Якщо внести неправильні відомості в контрольну програму, можна здійснити неправомірну транзакцію. Блокчейн працює інакше. Криптовалюта є електронним записом, в якому по черзі враховані всі скоєні операції. Інформація будь-якого розміру шифрується та кодується криптографічним методом.
Створений хеш має певні параметри: 64, 128 чи 256 біт. Найдовший криптокод біткоіну містить 64 символи. Змінити або видалити його неможливо. Щоразу, коли відбувається нова операція, мережа проходить валідацію — перевіряються всі попередні транзакції в блоці. При виявленні будь-яких порушень угода скасовується.
Схематично робота блокчейну виглядає так:
- Користувач надсилає транзакцію, активуючи роботу системи.
- Операції збираються в блок, який має початковий стан (адресу та час) і передбачуване кінцеве (якщо угода буде схвалена).
- Система надсилає інформацію про зібраний блок всім учасникам (майнерам) для верифікації даних початкового стану.
- Користувачі, які отримали дані про передбачувану транзакцію, підтверджують їхню коректність і записують у свій ланцюжок. Немає спеціального місця, де зберігається блокчейн криптовалюти. Впорядковані дані знаходяться скрізь і доступні кожному учаснику мережі у будь-який час.
- Після верифікації блоку майнери підтверджують весь ланцюжок. Транзакція відбувається.
Якщо початковий стан блоку не верифікований, операція скасовується, монети «заморожуються» у сховищі з некоректною ділянкою ланцюга.
Що таке хеш та хешування простими словами?
Слово хеш походить від англійського «hash», одне зі значень означає плутанину або мішанину. Власне це досить повно описує реальне значення цього терміна. Часто ще про такий процес говорять «хешування», що знову ж таки є похідним від англійського hashing (рубати, кришити, сплутувати тощо).
З’явився цей термін у середині минулого століття серед людей, що займаються обробками масивів даних. Хеш-функція дозволяла привести будь-який масив даних до заданої довжини. Наприклад, якщо будь-яке число (будь-якої довжини) почати ділити багато разів поспіль на те саме просте число, то отриманий в результаті залишок від поділу можна буде називати хешем. Для різних вихідних чисел залишок від поділу (цифри після коми) відрізнятиметься. Хешування належить до процесу створення певного виводу із вхідних даних різного розміру. Це робиться за допомогою математичних формул, також відомих як хеш-функції (реалізовані у вигляді алгоритмів хешування).
Не всі хеш-функції передбачають використання криптографії, а лише ті, які спеціально призначені для цього, так звані криптографічні хеш-функції, що лежать в основі криптовалюти. Завдяки їх роботі, блокчейни та інші розподілені системи здатні досягти високого рівня цілісності даних та безпеки.
Хешування належить до процесу створення певного виводу із вхідних даних різного розміру. Це робиться за допомогою математичних формул, також відомих як хеш-функції (реалізовані у вигляді алгоритмів хешування).
Щоб видобути новий блок, майнери повинні перевірити початкові дані та перетворити їх на короткий цифровий запис. Для цього використовується хеш-функція – алгоритм, який перетворює інформацію на код. Механізм працює для даних будь-якого розміру та переводить їх у цифровий код із букв та цифр.
Властивості хешування
Щоб розібратися, що таке хеш в блокчейні, важливо розуміти його властивості. Виділимо основні:
- Стабільність параметрів на виході. При аналізі однієї й тієї інформації на вході на виході виходить постійний результат. Це важливо, адже при отриманні різних хешів при кожній дії прив’язати результат до інформації про транзакцію, що цікавить, не вийде.
- Швидкість розрахунків. Перетворення масивів, що надходять на вхід, повинно здійснюватися з максимальною швидкістю. В іншому випадку застосування системи є неефективним.
- Проблема зворотних розрахунків. Процес перетворення вихідних даних на хеш на виході відбувається в односторонньому порядку. Процедура зворотного перекладу можлива, але максимально ускладнена (це необхідне захисту мережі).
- Вплив невеликих змін. Достатньо незначного редагування у вихідні параметри, щоб на виході з’явився новий хеш, з іншим набором символів. Можна змінити одну літеру або навіть регістр у рядку на вході, щоб підсумковий результат зазнав значних змін. Це важлива якість у криптовалюті, що забезпечує безпеку та незмінність blockchain.
- Складність алгоритму. У процесі створення хеша застосовується складна формула, а саме Y = H (кIх), де Y – вихідний параметр, k – число з розподілу з великою ентропією, а кIх – конкатенація (об’єднання двох рядків). Суть у тому, що за наявності значення Y важко підібрати такий параметр Х, щоб у результаті конкатенації яких вийшов підсумковий хеш.
- Колізійна стійкість. До кожного джерела на вході характерний індивідуальний хеш. Імовірність отримання двох однакових чисел на виході при введенні різної інформації на вході можлива.
Як працює хеш-функція?
Хешування означає введення інформації будь-якої довжини та розміру у вихідному рядку та видачу результату фіксованої довжини заданої алгоритмом функції хешування. У контексті криптовалют, таких як Bitcoin, транзакції після хешування на виході виглядають як набір символів певним алгоритмом довжини (Bitcoin використовує SHA-256).
Input – дані, що вводяться, hash – хеш
Подивимося, як працює процес хешування. Ми збираємось внести певні дані. Для цього ми будемо використовувати SHA-256 (безпечний алгоритм хешування із сімейства SHA-2, розміром 256 біт).
Як бачите, у випадку SHA-256, незалежно від того, наскільки об’ємні ваші дані (input), висновок завжди матиме фіксовану 256-бітну довжину. Це конче необхідно, коли ви маєте справу з величезною кількістю даних і транзакцій. Таким чином, замість того, щоб пам’ятати дані, які можуть бути величезними, ви можете просто запам’ятати хеш і відстежувати його.
Акронім SHA розшифровується як Secure Hash Algorithms (безпечний алгоритм хешування). Він належить до набору криптографічних хеш-функцій, який включає такі алгоритми як SHA-0 та SHA-1 разом з групами SHA-2 та SHA-3. SHA-256 є частиною групи SHA-2, поряд з SHA-512 та іншими аналогами. В цей час лише групи SHA-2 і SHA-3 вважаються безпечними.
Де застосовується хеш
Хеш-функція має широкий спектр застосування:
- При контролі цілісності пакетів TCP/IP та інших протоколів. Якщо параметр функції збігається з переданим пакетом, це свідчить про відсутність втрат і необхідність перейти до наступного пакета.
- У мережі Інтернет. Зазначений вище протокол застосовується у глобальній мережі.
- Технологія блокчейн. Тут функція хеша забезпечує цілісність ланцюга операцій та захищає систему від злому. Завдяки такій особливості blockchain відрізняється надійністю і лежить в основі багатьох криптовалют.
- Криптографія. При використанні в цій сфері використовується функція, за винятком обчислення вихідного масиву даних по кінцевому хешу. Додаткова умова – стійкість до повторень. Розрахунки займають більше часу, адже головний акцент робиться на надійність.
- Електронний цифровий підпис. Хеш-функція застосовується для перевірки підпису переданого документа.
- Отримання доступу до сайтів у Мережі та серверів за персональними даними (логін, пароль). Особиста інформація, як правило, зберігається у зашифрованому вигляді (хеш-сума). Після введення пароля отриманий параметр перетворюється на хеш, звіряється з тим, що знаходиться в системі, після чого користувач потрапляє в особистий кабінет.
Значення хеш у криптовалюті та інших сферах важко переоцінити. Це важливий параметр, що забезпечує швидке перетворення та шифрування даних з можливістю отримати інформацію про проведену операцію.
Хешування є особливо корисним у технології блокчейн. У блокчейні Bitcoin здійснюється кілька операцій, які включають хешування, більша частина якого полягає в майнінгу. За фактом, практично всі криптовалютні протоколи покладаються на хешування для зв’язування та стиснення груп транзакцій у блоки, а також для створення криптографічного взаємозв’язку та ефективної побудови ланцюжка з блоків.
Застосування хешу в майнінгу
У майнінгу присутня безліч етапів, які здійснюються за допомогою хеш-функцій, вони включають перевірку балансу, зв’язування входів і виходів транзакцій і хешування всіх операцій в блоці для формування дерева Меркла. Але одна з основних причин, через яку блокчейн Bitcoin є безпечним, полягає в тому, що майнери повинні виконати якомога більше операцій пов’язаних з хешуванням, щоб зрештою знайти правильне рішення для наступного блоку.
Майнер повинен намагатися підібрати кілька різних вхідних даних під час створення хешу для свого блоку-кандидата. Перевірити блок можна буде лише у тому випадку, якщо правильно згенерований висновок у вигляді хешу починається з певної кількості нулів. Кількість нулів визначає складність майнінгу і змінюється залежно від хешрейту мережі.
У цьому випадку, хешрейт є кількістю потужності вашого комп’ютера, яку ви інвестуєте в майнінг біткоінів. Якщо хешрейт починає збільшуватися, протокол Bitcoin автоматично відрегулює складність майнінгу так, щоб середній час, необхідний для видобутку блоку, становив не більше 10 хвилин. Якщо кілька майнерів ухвалять рішення припинити майнінг, що призведе до значного зниження хешрейту, складність видобутку буде скоригована таким чином, щоб тимчасово полегшити обчислювальну роботу (доки середній час формування блоку не повернеться до 10 хвилин).
Зверніть увагу, що майнерам не потрібно шукати колізії, у зв’язку з деякою кількістю хешів, які вони можуть генерувати як валідний вихід (починається з певної кількості нулів). Таким чином, існує кілька можливих рішень для певного блоку, і майнери повинні знайти тільки одне з них відповідно до порогу, який визначається складністю майнінгу. Алгоритм майнінгу, заснований на SHA-256, називають «доказом роботи» (Proof-of-Work). Такий підхід забезпечує консенсус, який запобігає атакам на блокчейн. Крім того, криптографія робить децентралізовані системи безпечнішими, ніж банки з фізичним підтвердженням платежів.
Оскільки майнінг Bitcoin є таким витратним завданням, майнери не мають причин обманювати систему, оскільки це призведе до значних фінансових збитків. Відповідно, чим більше майнерів приєднується до блокчейну, тим більшим і сильнішим він стає.
Висновок
Немає сумнівів, що хеш-функції є одним з основних інструментів інформатики, особливо при роботі з величезними обсягами даних. У поєднанні з криптографією, алгоритми хешування можуть бути вельми універсальними, пропонуючи безпеку та безліч способів автентифікації. Таким чином, криптографічні хеш-функції життєво важливі практично для всіх криптовалютних мереж, тому розуміння їх властивостей та механізмів роботи, безумовно, корисне для всіх, хто цікавиться технологією блокчейн.
Цікавлять основи криптовалюти? Напишіть нам і ми Вам допоможемо розібратися у цьому.
