Les bases de la fonction de hachage : comment elle assure la sécurité de la blockchain

La fonction de hachage est l'un des mécanismes les plus fondamentaux sur lesquels repose la sécurité de l'information moderne. Elle transforme des données d'entrée de n'importe quelle taille en une sortie de longueur fixe à l'aide d'algorithmes mathématiques. Cette simplicité, à première vue, cache un outil puissant qui est à la base des cryptomonnaies, des blockchains et des systèmes distribués.

Comment fonctionne la fonction de hachage en pratique

Chaque fonction de hachage génère une sortie de taille constante, quelle que soit la taille des données d'entrée. Par exemple, l'algorithme SHA-256 produit toujours un résultat de 256 bits, tandis que SHA-1 génère un résumé de 160 bits.

Examinons un exemple concret. Si l'on passe les mots “Binance” et “binance” à travers SHA-256 (le même algorithme que celui utilisé dans Bitcoin):

SHA-256:

• Entrée : Binance → Sortie : f1624fcc63b615ac0e95daf9ab78434ec2e8ffe402144dc631b055f711225191
• Entrée : binance → Sortie : 59bba357145ca539dcd1ac957abc1ec5833319ddcae7f5e8b5da0c36624784b2

Veuillez noter : même un petit changement dans le registre de la première lettre a conduit à un résultat radicalement différent. Cependant, quelle que soit la taille des données d'entrée, le résultat a toujours une taille fixe de 256 bits (64 caractères).

Lors de l'utilisation de SHA-1, nous obtiendrons d'autres valeurs :

SHA-1:

• Entrée : Binance → Sortie : 7f0dc9146570c608ac9d6e0d11f8d409a1ee6ed1
• Entrée : binance → Sortie : e58605c14a76ff98679322cca0eae7b3c4e08936

Mais la longueur de la sortie reste constante – 160 bits.

Propriétés principales de la fonction de hachage cryptographique

Une fonction de hachage cryptographique se distingue d'une fonction de hachage ordinaire par le fait qu'elle possède des caractéristiques particulières qui protègent les données contre les attaques. Pour être considérée comme fiable, une fonction de hachage cryptographique doit satisfaire à trois propriétés critiques :

Résistance aux collisions : impossibilité de trouver deux entrées différentes qui génèrent le même hachage. Bien que les collisions existeront toujours théoriquement ( en raison d'un nombre infini d'entrées et d'un nombre limité de sorties ), la probabilité de les détecter en utilisant une fonction de hachage fiable est si faible qu'il faudrait des millions d'années de calculs.

Résistance à la découverte de la première pré-image : l'incapacité de “dérouler” une fonction de hachage, c'est-à-dire de trouver une entrée à partir d'une sortie connue. Cette propriété est critique pour la protection des données – par exemple, les serveurs peuvent stocker des hachages de mots de passe au lieu des mots de passe eux-mêmes, sans risquer de révéler l'original.

Résistance à la découverte du second préimage : impossibilité de trouver une entrée alternative qui générerait le même hachage pour un résultat déjà connu. Étant donné que toute fonction résistant aux collisions est automatiquement résistante à ce type d'attaque, cette propriété dépend de la première.

Familles d'algorithmes SHA et leur sécurité

SHA signifie Secure Hash Algorithms (algorithmes de hachage sécurisés). C'est un ensemble de fonctions de hachage cryptographiques qui comprend plusieurs générations :

• SHA-0 et SHA-1 : ne sont plus considérés comme sûrs, car des collisions ont été découvertes.
• SHA-2 : inclut SHA-256, SHA-512 et d'autres variantes ; actuellement considéré comme sûr
• SHA-3 : dernière génération, développée comme alternative à SHA-2 ; considérée comme résistante.

À ce jour, seuls SHA-2 et SHA-3 sont considérés comme fiables pour une utilisation cryptographique. SHA-256, qui fait partie de SHA-2, reste l'algorithme principal utilisé dans Bitcoin.

Rôle de la fonction de hachage dans le processus de minage de Bitcoin

Le minage de Bitcoin dépend profondément des fonctions de hachage. Les mineurs effectuent un ensemble d'opérations de hachage, y compris la vérification des soldes, la liaison des entrées et des sorties des transactions, ainsi que le hachage de toutes les opérations dans le bloc pour former l'arbre de Merkle.

La tâche la plus importante d'un mineur est de trouver un hachage valide pour un bloc candidat. Pour cela, la sortie doit commencer par un certain nombre de zéros, qui détermine la difficulté du minage. Le mineur doit expérimenter avec différentes entrées, répétant chaque fois le hachage jusqu'à ce qu'il trouve un résultat correspondant à ce critère.

Le niveau de difficulté n'est pas statique. Le protocole Bitcoin adapte automatiquement la difficulté en fonction du hashrate du réseau (de la puissance de calcul totale de tous les mineurs), garantissant un temps de bloc moyen d'environ 10 minutes. Si plus de mineurs rejoignent le réseau, la difficulté augmente ; si elle diminue, la difficulté diminue en conséquence.

Il est important de comprendre : les mineurs ne recherchent pas de collisions. Pour chaque bloc, il existe un ensemble de solutions correctes possibles (hash qui commencent par le nombre requis de zéros ), et le mineur doit en trouver seulement une. Étant donné que le minage est un processus énergivore et coûteux, les mineurs n'ont pas d'incitation à tromper le système.

Importance pratique des fonctions de hachage dans les cryptomonnaies et les systèmes distribués

Les fonctions de hachage cryptographiques jouent un rôle essentiel dans tous les aspects de la technologie blockchain. Elles sont utilisées pour :

• Création de liens cryptographiques entre les blocs qui forment la structure même de la chaîne
• Regroupement et union des transactions en blocs
• Génération d'adresses et de clés privées
• Assurer l'intégrité et l'authenticité des données

La véritable puissance des fonctions de hachage se manifeste lors du traitement de grandes quantités d'informations. Au lieu de stocker et de vérifier des ensembles de données complets, on peut générer leur hachage et l'utiliser pour une vérification rapide de l'intégrité. Cela résout le problème de l'évolutivité et de l'efficacité du stockage.

Dans le contexte de la blockchain, cela signifie que d'énormes volumes de transactions peuvent être condensés en un seul hachage compact, qui sert d'empreinte digitale pour l'ensemble du bloc. Toute tentative de modifier les données dans les blocs précédents nécessiterait le re-hachage de l'ensemble de la chaîne, rendant de telles attaques pratiquement impossibles.

Conclusion

La fonction de hachage n'est pas seulement un outil mathématique ; c'est la base de la sécurité et de la fiabilité de tout l'écosystème des cryptomonnaies. Comprendre les principes de fonctionnement de la fonction de hachage cryptographique, ses propriétés et ses mécanismes offre une compréhension plus profonde de la manière dont les réseaux blockchain atteignent un tel niveau de sécurité et de décentralisation. De Bitcoin aux systèmes distribués modernes, la fonction de hachage reste le héros invisible qui garantit que les données restent inchangées et fiables.