Các nguyên tắc của hàm băm: cách nó đảm bảo an ninh cho blockchain

Hàm băm – là một trong những cơ chế cơ bản nhất mà nền tảng của an ninh thông tin hiện đại được xây dựng. Nó chuyển đổi dữ liệu đầu vào có kích thước bất kỳ thành đầu ra có độ dài cố định thông qua các thuật toán toán học. Sự đơn giản này thoạt nhìn che giấu một công cụ mạnh mẽ, nằm ở nền tảng của tiền điện tử, blockchain và các hệ thống phân phối.

Cách hoạt động của hàm băm trong thực tế

Mỗi hàm băm đều tạo ra đầu ra có kích thước giống nhau, bất kể kích thước của dữ liệu đầu vào. Ví dụ, thuật toán SHA-256 luôn tạo ra kết quả 256 bit, trong khi SHA-1 tạo ra tóm tắt 160 bit.

Hãy xem một ví dụ cụ thể. Nếu bỏ qua các từ “Binance” và “binance” qua SHA-256 ( cùng một thuật toán được sử dụng trong Bitcoin):

SHA-256:

• Vào: Binance → Ra: f1624fcc63b615ac0e95daf9ab78434ec2e8ffe402144dc631b055f711225191
• Vào: binance → Ra: 59bba357145ca539dcd1ac957abc1ec5833319ddcae7f5e8b5da0c36624784b2

Lưu ý: ngay cả một thay đổi nhỏ trong chữ cái đầu tiên cũng dẫn đến kết quả hoàn toàn khác. Tuy nhiên, bất kể kích thước của dữ liệu đầu vào, kết quả luôn có kích thước cố định 256 bit (64 ký tự).

Khi sử dụng SHA-1, chúng ta sẽ nhận được các giá trị khác:

SHA-1:

• Vào: Binance → Ra: 7f0dc9146570c608ac9d6e0d11f8d409a1ee6ed1
• Vào: binance → Ra: e58605c14a76ff98679322cca0eae7b3c4e08936

Nhưng độ dài đầu ra vẫn không đổi – 160 bit.

Các thuộc tính chính của hàm băm mật mã

Hàm băm mật mã khác với hàm băm thông thường ở chỗ nó có những đặc điểm đặc biệt giúp bảo vệ dữ liệu khỏi các cuộc tấn công. Để được coi là đáng tin cậy, hàm băm mật mã phải thỏa mãn ba thuộc tính quan trọng:

Khả năng chống va chạm: sự không thể tìm thấy hai đầu vào khác nhau tạo ra cùng một hash. Mặc dù lý thuyết va chạm luôn tồn tại (do số lượng đầu vào vô hạn và số lượng đầu ra có hạn ), xác suất phát hiện chúng khi sử dụng một hàm băm đáng tin cậy là rất nhỏ, đến mức cần hàng triệu năm tính toán.

Khả năng chống lại việc tìm kiếm đầu vào đầu tiên: sự không thể “đảo ngược” hàm băm, tức là tìm đầu vào bằng cách sử dụng đầu ra đã biết. Tính chất này rất quan trọng để bảo vệ dữ liệu – ví dụ, các máy chủ có thể lưu trữ các hàm băm của mật khẩu thay vì chính mật khẩu, mà không có nguy cơ tiết lộ bản gốc.

Khả năng chống lại việc tìm kiếm giá trị đầu vào thứ hai: không thể tìm thấy một đầu vào thay thế nào tạo ra cùng một băm cho kết quả đã biết. Vì bất kỳ hàm nào chống lại va chạm đều tự động chống lại loại tấn công này, thuộc tính này phụ thuộc vào giá trị đầu vào đầu tiên.

Họ SHA thuật toán và an ninh của chúng

SHA được giải thích là Các Thuật Toán Băm Bảo Mật (thuật toán băm an toàn). Đây là một tập hợp các hàm băm mật mã, bao gồm một vài thế hệ:

• SHA-0 và SHA-1: không còn được coi là an toàn nữa, vì đã phát hiện ra các xung đột.
• SHA-2: bao gồm SHA-256, SHA-512 và các biến thể khác; hiện tại được coi là an toàn
• SHA-3: thế hệ mới nhất, được phát triển như một sự thay thế cho SHA-2; cũng được coi là bền vững

Hiện nay chỉ có SHA-2 và SHA-3 được coi là đáng tin cậy cho việc sử dụng mật mã. SHA-256, một phần của SHA-2, vẫn là thuật toán chính được sử dụng trong Bitcoin.

Vai trò của hàm băm trong quá trình đào Bitcoin

Việc khai thác Bitcoin phụ thuộc sâu sắc vào các hàm băm. Các thợ mỏ thực hiện một loạt các phép toán băm, bao gồm xác minh số dư, liên kết các đầu vào và đầu ra của giao dịch, cũng như băm tất cả các giao dịch trong khối để hình thành cây Merkle.

Nhiệm vụ quan trọng nhất của thợ mỏ là tìm một hash hợp lệ cho khối ứng cử viên. Để làm được điều này, đầu ra cần phải bắt đầu với một số lượng nhất định các số không, xác định độ khó của việc khai thác. Thợ mỏ phải thử nghiệm với các đầu vào khác nhau, mỗi lần lặp lại quá trình băm cho đến khi tìm ra kết quả phù hợp với tiêu chí này.

Mức độ khó không tĩnh. Giao thức Bitcoin tự động điều chỉnh độ khó dựa trên hashrate của mạng (tổng công suất tính toán của tất cả các thợ mỏ), đảm bảo thời gian khối trung bình khoảng 10 phút. Nếu có nhiều thợ mỏ tham gia vào mạng, độ khó tăng; nếu giảm đi, độ khó sẽ giảm tương ứng.

Quan trọng là phải hiểu: các thợ mỏ không tìm kiếm sự va chạm. Đối với mỗi khối có một tập hợp các giải pháp đúng (băm, bắt đầu bằng số lượng số không cần thiết ), và thợ mỏ chỉ cần tìm một trong số đó. Vì việc khai thác là một quá trình tốn năng lượng và tốn kém, các thợ mỏ không có động lực để lừa dối hệ thống.

Ý nghĩa thực tiễn của các hàm băm trong tiền điện tử và các hệ thống phân phối

Các hàm băm mật mã đóng vai trò không thể thiếu trong tất cả các khía cạnh của công nghệ blockchain. Chúng được sử dụng để:

• Tạo các liên kết mật mã giữa các khối, tạo thành cấu trúc của chuỗi.
• Nhóm và hợp nhất các giao dịch vào các khối
• Tạo địa chỉ và khóa riêng
• Đảm bảo tính toàn vẹn và tính xác thực của dữ liệu

Sức mạnh thực sự của các hàm băm thể hiện khi làm việc với khối lượng thông tin lớn. Thay vì lưu trữ và kiểm tra các tập dữ liệu đầy đủ, có thể tạo ra hàm băm của chúng và sử dụng nó để xác minh nhanh chóng tính toàn vẹn. Điều này giải quyết vấn đề tính khả thi và hiệu quả trong việc lưu trữ.

Trong bối cảnh blockchain, điều này có nghĩa là khối lượng lớn giao dịch có thể được nén thành một hàm băm nhỏ gọn, phục vụ như một “dấu vân tay” số cho toàn bộ khối. Bất kỳ nỗ lực nào để thay đổi dữ liệu trong các khối trước đó sẽ yêu cầu phải băm lại toàn bộ chuỗi, điều này làm cho các cuộc tấn công như vậy trở nên gần như không thể.

Kết luận

Hàm băm – không chỉ là một công cụ toán học; nó là nền tảng của sự an toàn và độ tin cậy của toàn bộ hệ sinh thái tiền điện tử. Hiểu biết về nguyên tắc hoạt động của hàm băm mật mã, các thuộc tính và cơ chế của nó cung cấp sự hiểu biết sâu sắc hơn về cách các mạng blockchain đạt được mức độ an toàn và phân quyền như vậy. Từ Bitcoin đến các hệ thống phân phối hiện đại, hàm băm vẫn là một người hùng vô hình, đảm bảo rằng dữ liệu vẫn không thay đổi và đáng tin cậy.