Hash

Was ist ein Hash?

Ein Hash ist eine mathematische Funktion, die eine Eingabe beliebiger Länge in eine verschlüsselte Ausgabe fester Länge umwandelt. Unabhängig von der ursprünglichen Datenmenge oder Dateigröße ist der eindeutige Hash immer gleich groß.

Die grundlegenden Eigenschaften kryptografischer Hashes sind kollisionsfrei, verborgen und rätselfreundlich. Deterministisches Hashing ist der Schlüssel zur Datenvalidierung und zur Verschlüsselungsherausforderung. In der Blockchain-Technologie verhindern Hashes Betrug und Doppelausgaben. Neben Bitcoins SHA-256 werden in verschiedenen Kryptowährungen unterschiedliche Hashing-Algorithmen verwendet.

Wichtige Erkenntnisse

• Ein Hash wandelt Daten beliebiger Größe in eine verschlüsselte Ausgabe fester Größe um und erhöht so die Datensicherheit.
• Kryptografische Hashfunktionen gewährleisten die Sicherheit der Blockchain, indem sie es erschweren, aus gehashten Ausgaben die ursprünglichen Daten abzuleiten.
• Sichere Hashfunktionen sind für die Validierung der Datenintegrität und die Betrugsprävention in der Blockchain-Technologie unerlässlich.
• Bitcoin-Mining nutzt Hashfunktionen, um Rätsel zu lösen, Transaktionen zu sichern und einen Netzwerkkonsens zu erzielen.
• Verschiedene Kryptowährungen verwenden unterschiedliche Hash-Algorithmen wie SHA-256, Keccak256 und Blake3 zur Datensicherung.

Die Mechanik von Hashfunktionen verstehen

Hashfunktionen nehmen Eingaben unterschiedlicher Länge und erzeugen Ausgaben fester Länge. Kryptografische Hashfunktionen bieten sowohl Nachrichtenübermittlung als auch Sicherheitsfunktionen. Hashfunktionen sind Algorithmen, die bestimmen, wie Informationen verschlüsselt werden.

Beispielsweise verschlüsselt der Secure Hashing Algorithm 256 (SHA-256) Eingaben durch Schritte wie:1

Umwandeln in Binär

Erstellen von Hashwerten

Initialisieren von Konstanten

Aufteilen von Daten in Bits

Erstellen eines Nachrichtenzeitplans

Durchlaufen einer Komprimierungsschleife

Ändern der endgültigen Werte

Unter Verwendung von SHA-256 erzeugt das Wort „Hello“ eine Ausgabe mit derselben Zeichenanzahl (64) wie „Hello world“ und „Hello John“. Der Hash wird jedoch für alle drei deutlich unterschiedlich sein – beachten Sie, dass auch Großbuchstaben den Hash verändern:2

Hello: 185f8db32271fe25f561a6fc938b2e264306ec304eda518007d1764826381969

Hello world: 64ec88ca00b268e5ba1a35678a1b5316d212f4f366b2477232534a8aeca37f3c

Hello John: a8119595d77342cc73c93697a7f70920d3f4ded5d458e31907607e997ff76868

Die Hashfunktion ist deterministisch, daher liefert sie für identische Eingaben dasselbe Ergebnis. Während SHA-256 in Millisekunden mit sehr geringer Rechenleistung einen gehashten Output erzeugen kann, macht es die Bestimmung der Eingabe schwierig.1

Kurzer Fakt

Nicht alle Kryptowährungen verwenden SHA-256. Keccak256, Equihash, Scrypt, Ethash und Blake3 sind ebenfalls Beispiele für verwendete Hashfunktionen.

Hashing ist ideal für die Sicherheit von Kryptowährungen, da die Umkehrung mit moderner Technologie Tausende von Jahren dauern würde.

Hashfunktionen sind häufig verwendete Datenstrukturen in Computersystemen für Aufgaben wie die Überprüfung der Integrität von Nachrichten und die Authentifizierung von Informationen. Kryptografische Hashfunktionen fügen Sicherheitsfunktionen hinzu, die es erschweren, den Inhalt einer Nachricht oder Information zu erkennen.

Insbesondere weisen kryptografische Hashfunktionen diese drei Eigenschaften auf:3

Sie sind kollisionsfrei: Das bedeutet, dass keine zwei unterschiedlichen Eingabe-Hashes auf denselben Ausgabe-Hash abbilden sollten.

Sie können verborgen sein: Es ist schwierig, den Eingabewert einer Hashfunktion aus ihrer Ausgabe zu erraten.

Sie sollten rätselfreundlich sein: Es sollte schwierig sein, eine Eingabe auszuwählen, die eine vordefinierte Ausgabe liefert. Daher sollte die Eingabe aus einer möglichst breiten Verteilung ausgewählt werden.

Tipp

Aufgrund der Eigenschaften eines Hash werden sie umfassend in der Online-Sicherheit eingesetzt – vom Schutz von Passwörtern über die Erkennung von Datenlecks bis hin zur Überprüfung der Integrität einer heruntergeladenen Datei.

Die Rolle des Hashings in der Blockchain-Technologie

Das Rückgrat einer Kryptowährung ist die Blockchain, ein global verteiltes Hauptbuch, das durch die Verknüpfung einzelner Blöcke (Dateien) von Transaktionsdaten und Informationen mittels Hashing gebildet wird.

Blockchains enthalten nur validierte Transaktionen. Die Validierung erfolgt durch den Vergleich von Hashes, was betrügerische Transaktionen und Doppelausgaben verhindert.

Wie Bitcoin Hashing für Sicherheit und Verifikation nutzt

Kryptowährungen nutzen Hashes auf unterschiedliche Weise. Beispielsweise lösen Miner das Hash-Problem von Bitcoin, indem sie die Daten eines Blocks als Eingabe verwenden und einen Hash erzeugen.

Das Ziel ist es, einen Hash zu erzeugen, der gleich oder kleiner als der Zielhash des Netzwerks ist. Das Mining-Programm passt variable Zahlen an, bis es einen Hash erzeugt, der kleiner oder gleich dem Zielhash ist.

Sobald das Problem gelöst ist, vergleicht jeder Knoten den Block-Header, indem er ihn zweimal hasht und sein Ergebnis mit dem Hash des neuen Blocks vergleicht.

Was ist der Hauptzweck eines Hash?

Hashe haben viele Zwecke. In einer Blockchain dienen sie als Möglichkeit, Daten zu vergleichen und zu sichern. Für unternehmerische Zwecke könnten sie verwendet werden, um Daten für Speicherzwecke zu komprimieren.

Was ist die einfachste Hashfunktion?

Die Mid-Square-Methode ist eine der einfachsten. Sie quadrieren eine Zahl und verwenden die mittleren zwei Ziffern als Hash. Zum Beispiel ergibt das Quadrieren der Zahl 61 das Ergebnis 3721. Der Hash wäre 72, die beiden mittleren Zahlen.

Was ist ein Hash in der Kryptografie?

Ein Hash ist eine mathematische Funktion, die eine variable Eingabe in eine deterministische hexadezimale Zahl umwandelt.