Hash Function چیست؟

تابع هش (Hash Function) یک تابع ریاضی است که ورودی‌های مختلف را به یک مقدار خروجی ثابت و باینری (هش) تبدیل می‌کند. این تابع به طور کلی اطلاعات ورودی را به یک مقدار کوتاه‌تر و ثابت تبدیل می‌کند که به عنوان هش یا مقدار هش شناخته می‌شود. اهمیت این ویژگی این است که حتی با تغییر کوچک در ورودی، مقدار هش به طور کامل تغییر می‌کند.

بطور خلاصه ، ویژگی‌های اصلی یک تابع هش عبارتند از:

1. یکطرفه: از مقدار هش به ورودی اصلی نمی‌توان رسید. به عبارت دیگر، نمی‌توان از مقدار هش به سادگی به داده‌های اصلی بازگشت.

2. سرعت: تابع هش باید به سرعت برای محاسبه مقدار هش از ورودی عمل کند.

3. تصادفیت (Avalanche Effect): حتی تغییرات کوچک در ورودی باید باعث تغییر کامل و تصادفی در مقدار هش شود.

4. مقاومت به تلاش‌های تولید تصادفی: تولید مقدار هش مشابه به صورت تصادفی باید به طور کامل دشوار باشد.

5. تولید مقدار هش یکتا: دو ورودی مختلف باید به مقدار هش مختلف منجر شوند.

تابع هش در زمینه‌های مختلفی از جمله رمزنگاری، امنیت اطلاعات، امضای دیجیتال و بررسی اصالت داده‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. مثال‌هایی از توابع هش شناخته شده عبارتند از MD5، SHA-1، SHA-256، SHA-3 و بسیاری دیگر. با این حال، برخی از توابع هش در گذشته به دلیل آسیب‌پذیری‌ها و کمبودهای امنیتی منسوخ شده‌اند و توابع بهتر و امن‌تری برای کاربردهای امروزی توسعه داده شده‌اند.

در ادامه این مقاله با پرشین الیت همراه باشید تا در مورد ویژگی‌های اصلی یک تابع هش بیشتر بدانیم. پرشین الیت ، کلید ورود شما به دنیای ارزهای دیجیتال 

مفهوم هشینگ یا هش کردن 

هشینگ یا هش کردن به فرآیند تبدیل داده‌های ورودی به یک مقدار هش با استفاده از تابع هش اشاره دارد. این فرآیند به طور خلاصه اطلاعات ورودی را به یک مقدار کوتاه و ثابت تبدیل می‌کند. مقدار هش نتیجهٔ این فرآیند است و به عنوان یک مقدار یکتا مشخصه‌ای از داده‌های ورودی است. این مقدار هش به طور معمول به عنوان نشانه‌ای از داده‌های اصلی استفاده می‌شود و می‌تواند به عنوان یک امضای دیجیتال برای تأیید اصالت و تغییر نکردن داده‌ها مورد استفاده قرار گیرد.

هشینگ به دلیل ویژگی‌های خاص تابع هش مانند یکطرفه‌بودن (امکان بازیابی داده‌های اصلی از مقدار هش وجود ندارد) و تولید مقدار هش یکتا، در بسیاری از حوزه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. برخی از کاربردهای مهم هشینگ عبارتند از:

1. امنیت اطلاعات و رمزنگاری: در ارتباطات امن و رمزنگاری، هشینگ برای ایجاد امضاهای دیجیتال و تولید کلید‌های تصادفی استفاده می‌شود.

2. بررسی اصالت داده‌ها: مقادیر هش به عنوان نشانه‌ای از داده‌ها به کار می‌روند تا تغییر یا دستکاری در داده‌ها شناسایی شود.

3. مدیریت رمز عبور: برای افزایش امنیت، رمزهای عبور به صورت هش‌شده در سیستم‌ها ذخیره می‌شوند.

4. جستجو و انطباق سریع: مقدار هش به عنوان یک شاخص سریع برای جستجو و انطباق داده‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

با این حال، مهم است توجه داشته باشید که توابع هش معمولاً به تنهایی کافی نیستند برای حفاظت کامل از امنیت داده‌ها. از ترکیب توابع هش با روش‌های رمزنگاری و امنیتی دیگر می‌توان برای محافظت از داده‌ها در مقابل تهدیدات امنیتی مختلف استفاده کرد.

ویژگی‌های اصلی تابع هش چیست؟

توابع هش دارای ویژگی‌های خاصی هستند که آن‌ها را از دیگر توابع ریاضی متمایز می‌کنند. این ویژگی‌ها از جمله مهم‌ترین اصول در طراحی توابع هش برای کاربردهای امنیتی و دیگر منافع مشترک است. ویژگی‌های اصلی تابع هش عبارتند از:

1. یکطرفه (One-way): این ویژگی بدین معناست که از مقدار هش به سادگی نمی‌توان به داده‌های اصلی بازگشت. این بدان معناست که تولید مقدار هش از داده‌های اصلی به راحتی انجام می‌شود، اما برعکس از مقدار هش به داده‌های اصلی بازگشت کردن بسیار مشکل است.

2. سرعت (Efficient): توابع هش باید به سرعت برای محاسبه مقدار هش از ورودی عمل کنند. این امر از اهمیت بالایی برخوردار است، زیرا توابع هش ممکن است در سیستم‌هایی با حجم زیاد داده‌ها مورد استفاده قرار گیرند.

3. تصادفیت (Avalanche Effect): تغییرات کوچک در ورودی باید باعث تغییر کامل و تصادفی در مقدار هش شوند. به این معنا که حتی تغییر یک بیت در داده‌های ورودی باید تغییرات زیادی در مقدار هش ایجاد کند.

4. مقاومت به تلاش‌های تولید تصادفی (Pseudorandomness): تولید مقدار هش مشابه به صورت تصادفی باید به طور کامل دشوار باشد. به عبارت دیگر، تازه‌سازی یا تغییر داده‌های ورودی باید منجر به تغییرات قابل پیش‌بینی در مقدار هش نشود.

5. مقاومت به تلاش‌های برگشت‌پذیری (Preimage Resistance): این ویژگی به معنای دشوار بودن بازیابی داده‌های اصلی از مقدار هش است. به عبارت دیگر، با توجه به مقدار هش، نباید بتوان به سادگی به داده‌های ورودی بازگشت.

6. مقاومت به تصادفات (Collision Resistance): این ویژگی به معنای دشوار بودن پیدا کردن دو داده‌ی مختلف که با هم به یک مقدار هش منجر شوند. به عبارت دیگر، نباید بتوان به راحتی دو داده با مقادیر هش یکسان پیدا کرد.

7. مقدار هش یکتا (Deterministic): دو ورودی مختلف باید به مقدار هش مختلف منجر شوند. این ویژگی به اهمیت زیادی برای تشخیص تغییرات در داده‌ها و بررسی اصالت آن‌ها می‌پردازد.

این ویژگی‌ها به عنوان معیارهای اساسی در انتخاب و ارزیابی توابع هش برای استفاده در محیط‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند.

کاربردهای تابع هش در بلاک چین

توابع هش در فناوری بلاک چین (Blockchain) نقشی بسیار مهم و کلیدی دارند. بلاک چین به عنوان یک ساختار داده‌ای که اطلاعات را به صورت زنجیره‌ای و غیرقابل تغییر ثبت می‌کند، از توابع هش برای انجام عملیات‌های امنیتی و تأیید داده‌ها استفاده می‌کند. در زیر به برخی از کاربردهای توابع هش در بلاک چین اشاره می‌کنم:

1. تأیید اصالت داده‌ها (Data Integrity Verification): هشینگ در بلاک چین به منظور تأیید اصالت داده‌ها استفاده می‌شود. هنگامی که داده‌های جدید به یک بلاک اضافه می‌شوند، مقدار هش برای داده‌های اصلی تولید می‌شود و در بلاک ثبت می‌شود. اگر حتی یک بیت کوچکی از داده تغییر کند، مقدار هش به طور کامل تغییر می‌کند. این ویژگی امکان تشخیص تغییرات و دستکاری‌های غیرمجاز در داده‌ها را فراهم می‌کند.

2. اثبات کار (Proof of Work): توابع هش در مکانیزم اثبات کار برای ایجاد بلاک‌های جدید در بلاک چین مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این مکانیزم، ماینرها باید یک مقدار هش خاصی برای بلاک جدید پیدا کنند که شرایط خاصی را ارضاء کند. این فرآیند به عنوان معدن‌کاری (Mining) شناخته می‌شود.

3. امضای دیجیتال (Digital Signatures): توابع هش در امضای دیجیتال برای اثبات اصالت اطلاعات و تراکنش‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. با استفاده از تابع هش و کلید خصوصی، فرد می‌تواند تراکنش‌ها را امضا کرده و اصالت آن‌ها را اثبات کند.

4. تراکنش‌های بلاک چین (Blockchain Transactions): در بلاک چین، تراکنش‌ها از توابع هش برای ایجاد امضاهای دیجیتال و همچنین ایجاد مقادیر هش برای تراکنش‌ها استفاده می‌کنند. این کارها به عنوان بخشی از فرآیند تأیید و ثبت تراکنش‌ها در بلاک‌ها انجام می‌شوند.

5. ارزهای رمزنگاری (Cryptocurrencies): توابع هش در ارزهای رمزنگاری مانند بیتکوین برای ایجاد آدرس‌ها، تراکنش‌ها و بررسی اعتبار تراکنش‌ها به کار می‌روند. هش‌ها در ارتباط با آدرس‌های کیف پول برای تراکنش‌ها و همچنین برای ایجاد بلاک‌های جدید مورد استفاده قرار می‌گیرند.

این تنها چند مثال از کاربردهای توابع هش در بلاک چین هستند. توابع هش با ایجاد امنیت و اعتماد در محیط‌هایی که اطلاعات میان اکثر افراد به اشتراک می‌رسد، نقش بسیار مهمی ایفا می‌کنند.

تابع هش چگونه کار می‌کند؟

تابع هش عملیات ریاضی خاصی است که داده‌های ورودی را به یک مقدار هش تبدیل می‌کند. این تابع به طور معمول از یک الگوریتم تکراری استفاده می‌کند که داده‌های ورودی را به صورت مکرر و با استفاده از تبدیلات ریاضی در حالت باینری یا دیگر فرمت‌های عددی پردازش می‌کند. در نهایت، مقدار هش نهایی به عنوان خروجی حاصل می‌شود.

مراحل کلی عملکرد یک تابع هش عبارتند از:

1. دریافت داده ورودی: ابتدا داده‌های ورودی به تابع هش داده می‌شوند. این داده ممکن است هر نوع اطلاعاتی باشد، مانند متن، تصویر، صدا، یا هر نوع داده دیگری.

2. پردازش مراحل تکراری: تابع هش از یک سری مراحل تکراری برای پردازش داده‌های ورودی استفاده می‌کند. این مراحل می‌توانند شامل تبدیلات ریاضی مختلفی باشند، مانند جمع و ضرب بیت‌ها و انجام عملیات منطقی. این مراحل تکراری به تعداد زیادی تکرار می‌شوند تا داده‌های ورودی به طور کامل پردازش شوند.

3. تولید مقدار هش: در نهایت، مقدار هش نهایی از داده‌های ورودی و تبدیلات ریاضی در مراحل قبلی به دست می‌آید. این مقدار هش به عنوان مقدار خروجی تابع هش مورد استفاده قرار می‌گیرد.

4. خروجی مقدار هش: مقدار هش نهایی به عنوان خروجی تابع ارائه می‌شود. این مقدار هش کوتاه‌تر از داده‌های ورودی است و به عنوان یک نماینده یکتا از داده‌های ورودی عمل می‌کند.

یک نکته مهم در توابع هش این است که حتی تغییر کوچکی در داده‌های ورودی باعث تغییر کامل در مقدار هش می‌شود. به عبارت دیگر، تابع هش به عنوان یک "آسپرینگ" ریاضی عمل می‌کند که با تغییرات کوچک در داده‌های ورودی، تغییرات بزرگی در مقدار هش ایجاد می‌شود. این ویژگی مهم برای تشخیص تغییرات و دستکاری‌های غیرمجاز در داده‌ها استفاده می‌شود.

 

 

 

استفاده از تابع هش در ماینینگ ارزهای دیجیتال

ماینینگ در ارزهای دیجیتال، به ویژه در ارزهای رمزنگاری مانند بیتکوین، یک فرآیند کلیدی برای تأیید و ثبت تراکنش‌ها و ایجاد بلاک‌های جدید است. توابع هش در ماینینگ به منظور ایجاد یک مقدار هش خاص به عنوان نتیجه‌ای از محاسبات مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این فرآیند، توابع هش به عنوان قسمتی از مکانیزم اثبات کار (Proof of Work) استفاده می‌شوند. این مکانیزم باعث می‌شود که ماینرها (افرادی که در ماینینگ شرکت می‌کنند) برای ایجاد بلاک‌های جدید و تأیید تراکنش‌ها، مقدار هش‌های خاصی را پیدا کنند.

مراحل عملکرد تابع هش در ماینینگ به صورت خلاصه به شرح زیر است:

1. داده‌های تراکنش‌ها و بلاک قبلی: ابتدا داده‌های تراکنش‌های جدید و مشخصات بلاک قبلی (مانند مقدار هش بلاک قبلی) به عنوان ورودی‌ها به تابع هش داده می‌شوند.

2. مقدار دشواری (Difficulty Level): در ماینینگ، مقدار دشواری برای پیدا کردن مقدار هش مشخص می‌شود. این مقدار تعیین کننده میزان سختی محاسبات و مدت زمان لازم برای پیدا کردن مقدار هش است. هدف این است که ماینرها تا زمانی که مقدار هش تولید شده تحت مقدار دشواری مشخص باشد، محاسبات را ادامه دهند.

3. Nonce: ماینرها باید یک مقدار اضافی به نام Nonce (عدد تصادفی) پیدا کنند که با داده‌های تراکنش‌ها و مقدار دشواری ترکیب می‌شود.

4. محاسبه مقدار هش: مقدار هش نهایی با ترکیب داده‌های تراکنش‌ها، بلاک قبلی و Nonce به تابع هش داده می‌شود. ماینرها باید Nonce را به صورت تکراری تغییر داده و مقدار هش را محاسبه کنند تا تا زمانی که مقدار هش تولید شده کمتر از مقدار دشواری مشخص شده باشد.

5. تأیید تراکنش‌ها و ایجاد بلاک: ماینری که موفق به پیدا کردن مقدار هش مناسب با مقدار دشواری است، تراکنش‌های جدید را تأیید کرده و یک بلاک جدید ایجاد می‌کند. این بلاک شامل مقدار هش از تراکنش‌ها، Nonce، مشخصات بلاک قبلی و سایر اطلاعات مرتبط است.

توابع هش در این مراحل به عنوان یک ابزار برای ایجاد مقدار هش، کنترل مقدار دشواری، و تأیید اصالت تراکنش‌ها و بلاک‌ها استفاده می‌شوند. با توجه به اینکه پیدا کردن مقدار هش صحیح بسیار دشوار و زمان‌بر است و به توان محاسباتی قوی نیاز دارد، این فرآیند از نظر امنیتی مؤثر است.