#️⃣ Что такое хэш функция в криптографии, описание и примеры

Технология блокчейн признана одним из самых инновационных открытий последних лет. Она оказала огромное влияние на формирование мира и её влияние только растет. Помимо новых возможностей в платежных средствах криптовалюты и блокчейн ввели новый способ заработка — майнинг. Его успешная реализация невозможна без изучения азов добычи. По своей сути технология блокчейн достаточно сложная, и ключ к ее познанию лежит в понимании основ криптографических функций.

Что такое криптографические хеш-функции?

Хэш-функция давно используются в информатике и представляют собой математическую или иную функцию, которая преобразовывает некий массив данных в строку фиксированного размера.

Криптографическими хеш-функциями называют тот класс функций, которые применимы в криптографии. Стойкая криптографическая функция дополнительно отвечает следующим параметрам:

• имеет однонаправленность, то есть из полученной в результате хэширования строки должно быть невозможно воспроизвести исходные данные;
• содержит лавинный эффект — при изменении любого символа кардинально меняется весь хэш;
• устойчива к коллизиям и атакам.

Простыми словами, хэширование — преобразование информации любой длины и размера до определенных параметров, которые и задает хэш-функция. Для функций не важно сколько изначально информации было введено. После выполнения хэш-функции вне зависимости от первоначального объема информации на выходе образуется исключительно фиксированная строка символов, которая называется хешем. Например, в Биткоине хэш состоит из 64 символов или 256 бит, и именно такой вид хешированной строки имеют все цифровые монеты, номера транзакций, ключей и кошельков в криптовалютных системах.

На первый взгляд это может показаться невозможным, но при помощи функций бесконечное количество данных может быть преобразовано в уникальную строку, состоящую всего лишь из 64 символов. При этом, одна и та же информация будет образовывать исключительно один и тот же хэш, который будет совершенно уникальный по отношению к другим хэшам, а при изменении хоть одного незначительного символа в исходной информации с нее будет образован совершенно новый хэш.

Криптографические функции получили широкое применение в современном мире. С их помощью построено большинство систем IT-безопасности, реализованы системы электронных подписей и подтверждение электронных сертификатов, и конечно, именно они являются фундаментальными в безопасности и функционировании блокчейна.

Хэширование — неотъемлемая часть блокчейна, которая обеспечивает ему децентрализацию, безопасность и неподкупность одновременно. Благодаря внедрению криптографических функций в алгоритм работы, все пользователи блокчейна остаются анонимными, ведь в распорядительном реестре блокчейна хранится исключительно преобразованная криптографическими функциями информация, исключающая возможность того, что данные пользователя могут быть восстановлены исходя из хэша данных.

Соединение криптографической функции с распорядительным реестром блокчейна позволило создателю криптовалют, Сатоши Накамото, реализовать децентрализованную платежную систему, которая отвечает всем требованиям безопасности. Это стало возможным благодаря тому, что вся информация надежно зашифрована при помощи преобразования через криптографические функции. Это, в свою очередь, предоставило возможность заработка на криптовалюте при помощи майнинга для всех, поскольку можно делегировать проверку транзакций всем участникам сети, без опасения, что она может быть подделана или украдена и использована в мошеннических целях.

Как работают криптографические хеш-функции

Существует множество различных криптографических функций и каждая из них имеет собственный алгоритм переработки информации. Например, используемая в биткоине и нескольких других популярных криптовалютах хэш-функция, SHA-256, работает по сложной математической формуле, которая опирается на отражение света от эллипсов.

Для того, чтобы понимать принцип работы криптографических хеш функций, достаточно знать, что любая информация, к которой применено хеширование по алгоритму определенной хэш функции, будет преобразована по заданному алгоритму в уникальный хеш-код, отвечающий только первоначально заданной информации. А сам процесс преобразования простому обывателю знать не обязательно, ведь все требуемые вычисления производит техника.

Как используют показатели мегахеша майнеры

В блокчейне криптографические функции отвечают за обновление информации и поддержание консенсуса сети. Для того, чтобы блокчейн мог нормально функционировать, в нем постоянно должна обновляться информация о состоянии кошельков пользователей, совершенных транзакциях, появлении новых монет и так далее.

При обновлении данных любая система становиться уязвимой для атаки. Банки для достижения безопасности используют систему централизованной иерархии с центральным управляющим сервером, который гарантирует подлинность проверки информации. В блокчейне же для этих целей задействована своеобразная хэш-игра, позволяющая блокчейну оставаться децентрализованом и безопасным одновременно, проверка при этом осуществляется равными между собой узлами связи.

Вся информация в блокчейне записывается хэшами в блоки, которые также имеют уникальную хэш-подпись, отражающую всю внесенную в него информацию. Для того, чтобы блокчейн оставался децентрализованным формировать его систему должен не один участник, а все узлы связи. Работает это следующим образом: майнеры со всего мира подключаются к хеш-игре и отправляют в сеть множество комбинаций для подписи блока — nonce, которые должны содержать всю уже добавленную в блокчейн информацию. Подбор правильной подписи к блоку осуществляется методом перебора множества nonce, и как только майнер случайно нашел подпись, соответствующую всем данным блокчейна, система достигает консенсуса и записывает новый блок в остальную сеть, а сам майнер получает награду за победу.

По такому алгоритму функционирования увеличенные шансы на победу в хеш-игре получает майнер, имеющий большие вычислительные мощности и сумевший предложить большее количество nonce. В зависимости от мощности вычислительная техника может предлагать различное количество решений поставленной задачи. Единица измерения мощности вычислительной техники для решения этих задач в майнинге называется хэшрейтом.

Хешрейт отражается в фиксированных показателях:

• Хеш в секунду H/s;
• Килохеш в секунду KH/s;
• Мегахеш в секунду MH/s;
• Гигахэш в секунду GH/s;
• Терахэш в секунду TH/s;
• Петахэш в секунду PH/s.

С текущей сложностью сети наиболее популярным и удобным для расчетов мощности оборудования считается мегахеш в секунду.

Мегахэш — это фактически отражение того, сколько различных хешей вычислительная техника может сгенерировать за одну секунду, например, 1000 мегахешей.

Показатель данной величины является основным для определения эффективности работы майнингового оборудования. Именно на основе значения мегахешей майнер может просчитать мощность своей фермы и соответственно свои силы, первым подобрать правильный nonce и получить вознаграждение в виде выпущенной для него криптовалюты.

При покупке оборудования показатель мегахеш видеокарты играет ключевую роль. По соотношению этого показателя и стоимости оборудования майнер принимает решение о целесообразности покупки конкретной модели вычислительной техники, ведь цена графического процессора может зависеть от множества других функций, которые бесполезны для подбора подписей в майнинге.

Существует множество способов, как посчитать мегахеш и прибыльность майнинга на его основе. Для подсчета прибыльности майнинга на основе показателя мегахеша оборудования майнеру достаточно ввести это значение в калькулятор, разработанный для этих целей.

Для того, чтобы определить, сколько мегахешей выдает видеокарта, следует установить специальное программное обеспечение (счетчик), которое применяется для майнинга, а затем открыть консоль программы. В примерных подсчетах можно также опираться на характеристики моделей, приведенные на специализированных по теме форумах и информационных ресурсах.

Выводы

Ценность криптографической функции в современном мире сложно переоценить. Ее применение в различных областях вывело безопасность сохранности данных на новый уровень, но для большинства пользователей она остается по ту сторону всех процессов.

Единственными, кто не может пренебречь основами знаний являются майнеры, поскольку их заработок напрямую связан с подбором решения по криптографическим функциям. Доход от майнинга напрямую зависит от того, сколько решений по криптографическим функциям в секунду майнер может предложить. Для обозначения этого показателя в криптографических кругах была введена специальная измерительная единица учета — магахэш.