Хэш: механизм "личной карточки" блокчейна — всё, что нужно знать

В мире криптовалют хэш похож на уникальный отпечаток каждого данных — независимо от сложности входных данных, он всегда генерирует фиксированную длину вывода. Это кажется простым, но именно он обеспечивает безопасность всей сети Биткойн.

Почему хэш считается односторонним

Ключевая особенность хэша — определенность + односторонность. Одинаковый ввод всегда дает одинаковый вывод, но обратное преобразование практически невозможно. Например, обработка «bitcoin» и «Bitcoin» с помощью SHA-256 дает совершенно разные хэш-значения — это и есть чувствительность хэша.

Кроме того, независимо от количества вычислений, результат остается неизменным. Эта характеристика делает хэш идеальным инструментом для проверки целостности данных — можно сжать огромный файл до строки из 64 символов, и даже изменение одного бита данных полностью изменит хэш.

Различия между криптографическим хэшем и обычным

Не все хэши связаны с криптографией. Обычные хэши используют для поиска в базах данных и анализа файлов, этого достаточно. Но криптографические хэши — основа блокчейна.

Криптографический хэш должен соответствовать трем основным условиям:

1. Коллизионная устойчивость — невозможно найти два разных входа, дающих одинаковый вывод. Теоретически коллизии возможны (при бесконечном вводе и ограниченном выводе), но для их нахождения потребуется миллионы лет вычислений, поэтому SHA-256 считается безопасным. SHA-0 и SHA-1 уже взломаны, сейчас доверие вызывают только SHA-2 и SHA-3.

2. Устойчивость к первому предобразу — практически невозможно восстановить исходные данные по хэшу. Именно поэтому многие сервисы хранят пароли в виде хэшей, а не в открытом виде — даже при взломе базы данных злоумышленники не смогут вернуть оригинальные пароли.

3. Устойчивость ко второму предобразу — невозможно найти другой вход, дающий тот же хэш. Эта сложность лежит между двумя предыдущими, любой хэш, устойчивый к коллизиям, также устойчив и к второму предобразу.

Роль хэша в майнинге

Процесс майнинга в Биткойне — это массовые вычисления хэшей. Майнеры регулируют параметры блока (Nonce), постоянно пересчитывая хэш, пока не получат значение, начинающееся с определенного количества нулей — это и есть сложность майнинга.

Сложность автоматически регулируется: при росте вычислительной мощности сети она увеличивается, при снижении — уменьшается. Цель — стабилизировать среднее время блока в 10 минут. Поэтому майнинг становится все сложнее — не потому что сам хэш усложняется, а потому что конкуренция за вычислительные ресурсы растет.

Интересно, что майнеры не ищут коллизии. В одном блоке может быть множество допустимых решений (с достаточным количеством нулей), и майнеры просто ищут любой из них. Кто первым найдет — тот и создает следующий блок. Этот дизайн обеспечивает безопасность и одновременно дает равные шансы всем участникам.

Почему хэш — это щит блокчейна

Каждый блок связан с предыдущим через хэш — изменение истории транзакций требует пересчета всех последующих блоков, что при высокой скорости сети практически невозможно. В сочетании с распределенной проверкой это делает блокчейн невосприимчивым к изменению истории.

Проще говоря: хэш превращает большие объемы данных в проверяемую, прослеживаемую и трудноподделываемую информацию. Эти три свойства — незаменимы.