Что такое хеш-функция и как работают алгоритмы хеширования

0
26

В общем случае (согласно принципу Дирихле) не существует однозначного соответствия между выходными данными (хеш-кодом, значениями, возвращёнными хеш-функцией) и входными данными (исходными данными). Выходные данные (возвращаемые хеш-функцией значения) менее разнообразны, чем входные данные (значения входного массива). Случай, при котором хеш-функция преобразует более чем одни входные данные (один массив входных данных) в одинаковые выходные данные (сводки), называется «коллизией».

Геометрическое хеширование[править править код]

Применяется, например, при реализации хеш-таблиц и в криптографии. Одним из методов является добавление «соли», то есть добавление некоторой последовательности символов к хешируемым данным, применяемое, например, при хранении UNIX-паролей. Однако, «соль» не усложняет атаку на каждый пароль в отдельности. Если рассчитанное значение хеша совпадает с отправленным вместе с пакетом (так называемой контрольной суммой), то значит потерь по пути не было (можно переходить к следующему пакету). Но на самом деле это ведь не текст, а массив цифровых символов (по сути число).

Методы поиска коллизий[править править код]

Такой массив называется хешем, или хеш-суммой, а сам процесс — хешированием. Хеширование часто используется в алгоритмах электронно-цифровой подписи, где шифруется не сообщение, а хеш-код сообщения, что уменьшает время вычисления и увеличивает криптостойкость. Также в большинстве случаев вместо паролей хранятся значения (солёные) хеши паролей.

Где и как используют хеширование

Например, в массив из нескольких миллионов разных строк длиной 1 млн символов нужно добавить еще одну, при условии, что там ее еще нет. Чтобы не заниматься посимвольным сравнением каждой строки, можно предварительно вычислить хэш каждой из них, и уже сделать сравнение по нему. Хэширование представляет собой преобразование любого объема информации в уникальный набор символов, который присущ только этому массиву входящей информации. Хэш или хэш-функция – одна из основных составляющих современной криптографии и алгоритма блокчейна. Это когда хеш-функция всё-таки выдаёт один и тот же хеш для двух разных сообщений. В теории это неизбежно даже для самых продвинутых алгоритмов — ведь у нас есть бесконечное число сообщений на входе и строго фиксированная строка на выходе.

  1. Если рассчитанное значение хеша совпадает с отправленным вместе с пакетом (так называемой контрольной суммой), то значит потерь по пути не было (можно переходить к следующему пакету).
  2. С помощью хэша тут опять же удостоверяются, что подписывают именно тот документ, что требуется.
  3. Оно основывается на создании фиксированной строки символов, называемой хеш-суммой, при помощи хеш-функции, анализирующей содержимое файла.
  4. В идеале не должно существовать способа отыскания коллизий более быстрого, чем полный перебор.
  5. Давайте подробнее рассмотрим основы и узнаем, что такое хеш пароля по сути.

Это важная характеристика хеш-функций, благодаря которой даже небольшие изменения в начальных данных сильно изменяют итоговое хеш-значение. Если хеш-функция удовлетворяет всем этим свойствам, она считается криптографической — то есть устойчивой к основным видам хакерских атак. Пришло время выяснить, что за математическая магия превращает обычный текст в мешанину из символов. Для этого мы пошагово разберём работу алгоритма SHA-1 — сейчас он считается устаревшим, но для понимания основ подходит идеально. Во время авторизации пароль сначала хешируется и только потом записывается в базу данных.

Это небезопасно, потому что так злоумышленник сможет подменить верную информацию неверной. Если говорить о криптографической хеш-функции, то она чаще всего работает в несколько шагов. Данные разбиваются на части и проходят через сжимающую функцию, которая преобразовывает информацию в меньшее количество бит. Функция должна быть криптостойкой — такой, результат которой практически невозможно вскрыть.

Стойкость к восстановлению данных подразумевает, что, даже если злоумышленник будет очень долго подбирать возможные комбинации, он никогда не сможет получить исходный массив информации. Это скорее уникальная метка, которая генерируется для каждого набора данных индивидуально. Если захешировать большую книгу и одно слово, получатся хеши одинаковой длины. А если изменить в слове одну букву и снова захешировать полученную строку, новый хеш будет совершенно другим, там не окажется участков, которые повторяли бы предыдущий. В статье мы рассказали о том, что криптографические алгоритмы шифрования применяются для обеспечения безопасности в блокчейне.

Простейшим примером хеш-функции может служить «обрамление» данных циклическим избыточным кодом (англ. CRC, cyclic redundancy code). • Цифровая подписьПодписываемые документы имеют различный объем, поэтому зачастую в схемах ЭП подпись ставится не на сам документ, а на его хеш. Вычисление хеша позволяет выявить малейшие изменения в документе при проверке подписи. Хеширование не входит в состав алгоритма ЭП, поэтому в схеме может быть применена любая надежная хеш-функция. Неформально все эти свойства означают, что злоумышленник не сможет заменить или изменить входные данные, не меняя их хеша. Результат, производимый хеш-функцией, называется «хеш-суммой» или же просто «хешем», а входные данные часто называют «сообщением».

Для этого разработчики хешируют игровые файлы — если их изменить хотя бы чуть-чуть, хеши не совпадут и клиент Steam не даст запустить игру. Рассмотрим несколько простых и надёжных реализаций «хеш-функций». Национальный институт стандартов и технологий (NIST) в течение 2007—2012 провёл конкурс на новую криптографическую хеш-функцию, как выглядит tesla предназначенную для замены SHA-1 и SHA-2. Алиса ставит перед Бобом сложную математическую задачу и утверждает, что она ее решила. Боб хотел бы попробовать решить задачу сам, но все же хотел бы быть уверенным, что Алиса не блефует. Поэтому Алиса записывает свое решение, вычисляет его хеш и сообщает Бобу (сохраняя решение в секрете).

Контрольная сумма (выходные данные), например, может быть передана по каналу связи вместе с основным текстом (входными данными). На приёмном конце контрольная сумма (выходные данные) может быть рассчитана заново и может сравниваться с переданным значением. Если переданная контрольная сумма не равна рассчитанной контрольной сумме, то при передаче данных данные были искажены и можно запросить повторную передачу данных. Одним из преимуществ хеш-функций, основанных на делении и умножении, является выгодное использование неслучайности реальных ключей.

Низкая вероятность получения двух одинаковых хеш-сумм из двух разных массивов данных при обработке их этой функцией. Расчеты по таким алгоритмам более сложные, но тут уже главное не скорость, а надежность. На практике некоторые хэш-функции также используются для шифрования.

Строка состояния представляет собой строку длины 1600 бит, которая делится на и части, которые называются скоростью и ёмкостью состояния соотвественно. Давайте сразу введем понятие строки состояния, которая играет важную роль в алгоритме. Идеальная криптографическая хеш-функция полностью отвечает перечисленным ниже требованиям. Реальные не могут ответить им на 100%, поэтому задача их создателей — максимально приблизиться к нужным свойствам.

Для разных исходных чисел остаток от деления (цифры после запятой) будет отличаться. Хеш-сумма – это фиксированная строка символов, созданная при помощи хеш-функции на основе Хеширование файлов представляет собой неотъемлемый этап обеспечения безопасности и целостности данных. Оно основывается на создании фиксированной строки символов, называемой хеш-суммой, при помощи хеш-функции, анализирующей содержимое файла.

Как уже упоминалось ранее, коллизия происходит, когда разные входные данные производят одинаковый хеш. Таким образом, хеш-функция считается устойчивой к коллизиям до того момента, пока не будет обнаружена пара сообщений, дающая одинаковый выход. Стоит отметить, что коллизии всегда будут существовать для любой хеш-функции по той причине, что возможные входы бесконечны, а количество выходов конечно. Хеш-функция считается устойчивой к коллизиям, когда вероятность обнаружения коллизии настолько мала, что для этого потребуются миллионы лет вычислений. Выше мы писали, что коллизия — явление, когда у двух разных наборов данных получается одинаковый хеш.

Криптоаналитик, перехватив сообщение (входные данные) и значение хеш-функции (выходные данные), не сможет восстановить код, то есть не сможет подделать сообщение (см. имитозащита). Возможных преобразований для получения хеша бесконечное количество. Это могут быть формулы на основе умножения, деления и других операций, алгоритмы разного уровня сложности. Но если хеш применяется для защиты данных, его функция должна быть криптографической — такие хеш-функции обладают определенными свойствами. Именно криптографические хеш-функции используются, например, при хранении паролей.

Благодаря практически полностью хаотичному соответствию хэшей исходным данным, практически невозможно вычислить начальный массив данных. Такие хэш-функции должны быть очень стойкими к коллизиям, т.е. Должна обладать минимальной вероятностью получения двух одинаковых хэшей для двух разных массивов данных. Расчеты по таким алгоритмам более сложные и требует больше времени, но зато отличаются надежностью.

Хеширование имеет фундаментальное значение в области криптографии, обеспечивая целостность, аутентификацию и безопасность данных. Он является результатом использования хеш-функции на определенных входных данных и представляет собой строку символов фиксированной длины, которая кажется случайной. Хеш-функции спроектированы так, чтобы даже незначительные изменения в исходных данных приводили к радикальным изменениям в генерируемом хеше. https://coinranking.info/ Это делает хеш уникальным “отпечатком” для каждого набора данных. Для защиты паролей и цифровых подписей от подделки создано несколько методов, работающих даже в том случае, если криптоаналитику известны способы построения коллизий для используемой хеш-функции. Одним из таких методов является добавление к входным данным так называемой криптографической «соли» — строки случайных данных; иногда «соль» добавляется и к хеш-коду.

Число 256 в названии алгоритма означает, что на выходе мы получим строку фиксированной длины 256 бит независимо от того, какие данные поступят на вход. А вот хеш-функции для более простых случаев, например построения таблиц, не обязаны быть криптографическими. На использовании хеш-функций базируется весь принцип работы блокчейна. Изменить деталь незаметно не получится — целостность всего пазла нарушится. Если изменится один блок, то придется методом перебора восстанавливать все последующие блоки. Чтобы осуществить такой перебор, не хватит никаких вычислительных мощностей.

Среди других, менее распространенных примеров использования — поиск дубликатов в больших массивах информации, генерация ID и построение особых структур данных. Это, например, хеш-таблицы — в них идентификатором элемента является его хеш, и он же определяет расположение элемента в таблице. Появился этот термин в середине прошлого века среди людей занимающихся обработках массивов данных. Хеш-функция позволяла привести любой массив данных к числу заданной длины. Например, если любое число (любой длинны) начать делить много раз подряд на одно и то же простое число , то полученный в результате остаток от деления можно будет называть хешем.

Эта работа считается вводящей понятие о «хешировании» в научный оборот и закрепившей термин «хеш», ранее применявшийся только специалистами (жаргон). В 1957 году в журнале «IBM Journal of Research and Development» была опубликована статья Уэсли Питерсона (англ. W. Wesley Peterson) о поиске текста в больших файлах. Эта работа считается первой «серьёзной» работой по «хешированию».

В итоге в каждой части таблицы может быть только один элемент. Нечёткое хеширование — это когда при небольшом изменении входных данных результат меняется не полностью. Про хеш-функции мало говорят за пределами узкой прослойки экспертов по сетевой безопасности. Без неё у нас не было бы ни блокчейна, ни NFT, ни даже электронных справок в «Госуслугах» — а украсть пароль из любого сервиса было бы делом пары минут. В этой статье мы пошагово разберём, как работает алгоритм хеш-функции и чем он отличается от шифрования.

Информацию в таком виде можно удобно и безопасно использовать в программировании. Нередко люди воспринимают блокчейн как что-то сложное для понимания. Чтобы разобраться с принципом работы блокчейна, следует начать с криптографии. Если мы потом в исходном текстовом файле поменяем хотя бы одну букву или добавим лишний пробел, то повторно рассчитанный для него хэш уже будет отличаться от изначального (вообще другое число будет). Ну, конечно же, для того, чтобы понять, что файл именно тот, что и должен быть. Это можно использовать в целом ряде аспектов работы в интернете и без этого вообще сложно представить себе работу сети.

Если подать хеш-функции одинаковые данные, то и хеш у них будет одинаковым. Именно это свойство позволяет использовать хеши для проверки подлинности информации. Хеширование — это преобразование информации с помощью особых математических формул.

В статье Уэсли определил «открытую адресацию», указал на уменьшение производительности при удалении. Спустя шесть лет была опубликована работа Вернера Бухгольца (нем. Werner Buchholz), в которой было проведено обширное исследование «хеш-функций». В течение нескольких последующих лет «хеширование» широко использовалось, но никаких значимых работ не публиковалось. Выбор той или иной хеш-функции определяется спецификой решаемой задачи.

Данный метод используется, например, при сохранении паролей в UNIX-подобных ОС. Коллизии существуют для большинства хеш-функций, но для «хороших» хеш-функций частота их возникновения близка к теоретическому минимуму. В некоторых частных случаях, когда множество различных входных данных конечно, можно задать инъективную хеш-функцию, по определению не имеющую коллизий. Главное условие для них — невозможность по конечному результату (хэшу) вычислить начальный (массив данных, который обработали данной хеш-функцией).

Как вы знаете, в компьютерной логике используются двоичные числа (ноль и единица). Они запросто могут быть преобразованы в шестнадцатиричные цифры, над которыми можно проводить математические операции. Применив к ним хеш-функцию мы получим на выходе (после ряда итераций) число заданной длины (хеш-сумму). Это специальная структура данных, разработанная для эффективного хранения и оперативного поиска информации. Она оперирует с использованием хеш-функции, которая преобразует ключи (или индексы) в адреса конкретных ячеек массива, где размещаются соответствующие значения. Преимуществом хеш-таблиц является их способность осуществлять операции вставки, поиска и удаления данных с временной сложностью, близкой к постоянной.

Поэтому ничего не мешает нам сопоставлять длинному входному массиву данных массив фиксированной длины. В январе 2005 года Винсент Рэймен и Elisabeth Oswald опубликовали сообщение об атаке на усеченную версию SHA-1 (53 раунда вместо 80), которая позволяет находить коллизии меньше, чем за 280 операций. Быстрее всего информацию о метавселенных, новых проектах, NFT и новинках в блокчейн-индустрии можно найти в нашем телеграм-канале.

Первое, что бросается в глаза, то как сильно отличаются хеши. Даже небольшое изменение в сообщении меняет хеш настолько сильно, что невозможно заметить сходства между новым и старым значением. Хеш-функция SHA-256 гарантирует, что невозможно изменить сообщение, не меняя хеша. Чтобы понять, как алгоритмы шифрования выполняют функции сервера, рассмотрим реальный исторический пример. В материале мы на примерах покажем как с помощью криптографических алгоритмов шифруются данные.

Криптография — совокупность алгоритмов шифрования информации для обеспечения аутентификации, конфиденциальности и целостности данных. Так как в блокчейне сервера отсутствуют, то для этих целей применяют криптографию. Криптографические алгоритмы шифрования позволяют выполнять описанные функции без постороннего вмешательства. Так же хеширование используется в технологии электронной цифровой подписи. С помощью хэша тут опять же удостоверяются, что подписывают именно тот документ, что требуется. Именно он (хеш) передается в токен, который и формирует электронную цифровую подпись.

Кристоф де Каньер и Кристиан Рехберг позже представили усовершенствованную версию атаки на SHA-1, за что были удостоены награды за лучшую статью на конференции ASIACRYPT 2006. Ими была представлена двухблоковая коллизия на 64-раундовый алгоритм с вычислительной сложностью около 235 операций. Какие цифры и буквы будут в хеше, а также сколько их будет, зависит от конкретной хеш-функции. Чтобы не сравнивать контрольные суммы визуально, можно числа по очереди вставить в рассположенное ниже поле (со знаком решетки) и нажать на кнопку «Сравнить файл». Ниже приведены некоторые распространенные типы последовательностей проб. Сразу оговорим, что нумерация элементов последовательности проб и ячеек хеш-таблицы ведётся от нуля, а N — размер хеш-таблицы (и, как замечено выше, также и длина последовательности проб).

Вероятность возникновения коллизий используется для оценки качества хеш-функций. Данный метод можно дополнить для защиты передаваемой информации от фальсификации (метод MAC). В этом случае хеширование производится криптостойкой функцией над сообщением, объединённым с секретным ключом, известным только отправителю и получателю сообщения.

Второе, на что следует обратить внимание — набор из букв и цифр в хеше. На самом деле это одно 64-значное число, просто записанное в шестнадцатеричной системе счисления. Чтобы найти два разных сообщения с одинаковым хешем, придется перебирать их миллионы лет.

Хеш-функция — это математический алгоритм, по которому хешируется информация. Хеш-функций существует очень много, они различаются методами вычислений, назначением, надежностью и другими параметрами. Можно сказать, что хеш-функцией называют алгоритм, который преобразует входные данные произвольной длины в выходные данные фиксированной длины. Длина хеша бывает разной — 64, 128 или 256 бит — значение зависит от типа хеш-функции.