Хеш: механізм "ідентифікаційного документа" у блокчейні — зрозуміло за однією статтею

У світі криптовалют, хеш — це як унікальний відбиток кожних даних: незалежно від складності вхідних даних, він генерує фіксовану довжину вихідних даних. Це звучить просто, але саме ця функція підтримує безпеку всієї мережі Біткоїн.

Чому кажуть, що хеш є одностороннім

Найважливішою характеристикою хешу є визначеність + односторонність. Одна й та сама вхідна інформація завжди дає однаковий вихід, але повернутися назад — майже неможливо. Наприклад, обробка «bitcoin» та «Bitcoin» за допомогою SHA-256 дає абсолютно різні хеш-значення — це ілюструє чутливість хешу до деталей.

Крім того, незалежно від кількості обчислень, результат залишається незмінним. Ця властивість робить хеш ідеальним інструментом для перевірки цілісності даних — можна зжати великий файл до 64-символьного хешу, і навіть найменша зміна (один біт) змінить весь хеш.

Відмінність криптографічного хешу від звичайного

Не всі хеш-функції використовують у криптографії. Звичайний хеш застосовується для пошуку у базах даних або аналізу файлів, але криптографічний хеш — це основа блокчейну.

Криптографічний хеш має відповідати трьом основним умовам:

1. Стійкість до колізій — важко знайти два різні вхідні значення, що дають однаковий хеш. Теоретично колізії можливі (через обмежену кількість вихідних значень), але для їх знаходження потрібно мільйони років обчислень, тому SHA-256 вважається безпечним. SHA-0 та SHA-1 вже зламані, тому довіряють лише SHA-2 та SHA-3.

2. Стійкість до атак першого і другого виду — з хешу важко відновити початкові дані або знайти інший вхід, що дає той самий хеш. Це забезпечує безпеку збережених паролів та даних.

Роль хешу у майнінгу

Процес майнінгу Біткоїна — це масове виконання хеш-обчислень. Майнеру потрібно змінювати параметри блоку (Nonce) і постійно перераховувати хеш, доки не отримає результат, що починається з певної кількості нулів — це і є складність майнінгу.

Складність автоматично регулюється: при зростанні обчислювальної потужності мережі вона зростає, при зниженні — зменшується. Мета — стабільний час створення блоку близько 10 хвилин. Тому з часом майнінг стає все складнішим — не через зміну хеш-функції, а через змагання всіх учасників.

Цікаво, що майнеру не потрібно шукати колізії. У одному блоці може бути багато валідних рішень (усі з достатньою кількістю нулів), і перемагає той, хто першим знайде будь-який з них. Це забезпечує і безпеку, і рівні можливості для всіх учасників.

Чому хеш — це щит блокчейну

Кожен блок зв’язаний з попереднім через хеш — підробка історії транзакцій означає необхідність перерахунку всіх наступних блоків, що практично неможливо при зростанні мережі. Завдяки децентралізованій валідації, хеш робить блокчейн незмінним у часі.

Простіше кажучи: хеш робить великі обсяги даних перевіреними, відстежуваними і важкими для підробки. Ці три характеристики — незамінні.