Hash là nền tảng của sự an toàn trong blockchain: cách hoạt động của phép thuật mật mã

Nếu bạn từng tự hỏi làm thế nào blockchain bảo vệ các giao dịch khỏi việc giả mạo, câu trả lời nằm ở sâu trong các hàm băm. Hàm băm là công nghệ cơ bản biến bất kỳ dữ liệu nào thành một tập hợp ký tự duy nhất, có kích thước cố định. Khái niệm đơn giản, nhưng chính nó làm cho toàn bộ hệ sinh thái tiền điện tử trở nên đáng tin cậy.

Họ hiểu gì về việc hàm băm?

Ở mức cơ bản, hàm băm là quá trình mà trong đó chương trình nhận thông tin với bất kỳ kích thước nào và trả về kết quả có kích thước cố định. Kết quả này được hình thành thông qua các phép toán toán học được gọi là hàm băm. Mặc dù có nhiều loại hàm băm, nhưng chính các phiên bản mật mã đã thay đổi cuộc chơi cho các loại tiền điện tử.

Định hướng — đó là điều làm cho hàm băm trở nên có giá trị. Điều này có nghĩa là một điều đơn giản: nếu dữ liệu đầu vào giữ nguyên, thì kết quả của hàm băm sẽ luôn giống nhau. Chính thuộc tính này được gọi là hàm băm hoặc digest.

Khác với các hàm băm thông thường, các biến thể mật mã được phát triển như những hàm một chiều. Nói cách khác, dễ dàng để có được đầu ra từ đầu vào, nhưng gần như không thể thực hiện quá trình ngược lại - tìm đầu vào chỉ với đầu ra. Chính sự bất đối xứng này đảm bảo an toàn.

Hàm băm hoạt động như thế nào trong thực tế?

Mỗi hàm băm tạo ra đầu ra có kích thước cố định. Ví dụ, thuật toán SHA-256 luôn trả về kết quả 256 bit, trong khi SHA-1 cho 160 bit. Điều này xảy ra bất kể bạn bỏ qua bao nhiêu ký tự qua hàm.

Để hiểu quy mô ảnh hưởng, hãy xem xét một ví dụ thực tiễn. Nếu bỏ qua các từ “Binance” và “binance” qua SHA-256:

• Binance → f1624fcc63b615ac0e95daf9ab78434ec2e8ffe402144dc631b055f711225191
• binance → 59bba357145ca539dcd1ac957abc1ec5833319ddcae7f5e8b5da0c36624784b2

Ngay cả một sự thay đổi tối thiểu ( khác biệt trong việc đăng ký một ký tự ) cũng dẫn đến một kết quả hoàn toàn khác. Tuy nhiên, cả hai kết quả đều có kích thước giống nhau — 64 ký tự, hoặc 256 bit.

Nếu bỏ qua những từ giống nhau qua SHA-1:

• Binance → 7f0dc9146570c608ac9d6e0d11f8d409a1ee6ed1
• binance → e58605c14a76ff98679322cca0eae7b3c4e08936

Kết quả SHA-1 ngắn hơn (40 ký tự), nhưng nguyên tắc vẫn giữ nguyên. Bất kể bạn lặp lại thao tác bao nhiêu lần, kết quả sẽ giống nhau.

Viết tắt SHA được giải thích là Thuật toán băm an toàn. Đây là một gia đình các hàm mật mã, bao gồm SHA-0, SHA-1, các nhóm SHA-2 và SHA-3. Đến nay, chỉ có SHA-2 và SHA-3 được coi là an toàn, vì các phiên bản trước đã phát hiện ra các lỗ hổng.

Tại sao hàm băm lại quan trọng đối với tiền điện tử?

Các hàm băm thông thường được áp dụng trong tìm kiếm cơ sở dữ liệu, phân tích tệp lớn và quản lý thông tin. Nhưng các phiên bản mật mã được sử dụng rộng rãi hơn nhiều — trong việc đảm bảo xác thực, chữ ký số và kiểm soát tính toàn vẹn của dữ liệu.

Trong bối cảnh Bitcoin, hàm băm không chỉ là một công cụ hỗ trợ. Nó được tích hợp vào mọi khía cạnh của mạng lưới: từ việc tạo ra địa chỉ đến quy trình khai thác và liên kết các khối thành chuỗi.

Sức mạnh thực sự của hàm băm được thể hiện khi làm việc với khối lượng dữ liệu khổng lồ. Thay vì lưu trữ và kiểm tra toàn bộ thông tin, bạn có thể cho nó qua hàm băm và nhận được một “dấu ấn” gọn gàng. Nếu dấu ấn này khớp với tiêu chuẩn, dữ liệu không bị thay đổi. Điều này loại bỏ nhu cầu nhớ và truyền tải các tệp lớn.

Trong blockchain, hầu hết các giao thức tiền điện tử dựa vào việc Hàm băm để kết hợp một nhóm giao dịch thành các khối và để thiết lập các liên kết mật mã giữa các khối liên tiếp. Chính các hoạt động này tạo nên chuỗi.

Ba thuộc tính quan trọng của hàm băm mật mã

Để hàm băm mật mã được coi là đáng tin cậy, nó phải đáp ứng ba đặc điểm chính.

Độ bền với va chạm

Va chạm xảy ra khi hai đầu vào khác nhau tạo ra cùng một Hàm băm. Về mặt kỹ thuật, các va chạm là điều không thể tránh khỏi đối với bất kỳ hàm băm nào - vì có vô số đầu vào, trong khi số lượng đầu ra là hữu hạn. Nhưng một hàm băm được coi là chống lại va chạm nếu xác suất tìm thấy một va chạm như vậy nhỏ đến nỗi sẽ cần hàng triệu năm tính toán.

SHA-256 — ví dụ về hàm băm, mạnh đến mức gần như được coi là không có va chạm. Tuy nhiên, SHA-0 và SHA-1 không còn được coi là an toàn nữa, vì chúng đã phát hiện ra các lỗ hổng. Chỉ có nhóm SHA-2 và SHA-3 vẫn giữ được trạng thái chống va chạm.

Khả năng chống lại việc tìm kiếm cái nhìn đầu tiên

Tính chất này liên quan chặt chẽ đến khái niệm hàm băm. Nếu bạn có hàm băm, gần như không thể tìm được dữ liệu đầu vào đã tạo ra nó. Kẻ xấu sẽ phải thử hàng tỷ tổ hợp bằng phương pháp thử và sai.

Tính năng này cực kỳ quan trọng trong việc bảo vệ mật khẩu. Nhiều dịch vụ trực tuyến không lưu trữ mật khẩu mà lưu lại hàm băm của chúng. Ngay cả khi cơ sở dữ liệu rơi vào tay kẻ xấu, hắn cũng không thể khôi phục lại mật khẩu gốc.

Khả năng chống lại việc tìm thấy lần đầu tiên thứ hai

Loại tấn công này phức tạp hơn so với loại trước. Kẻ trộm có đầu vào đầu tiên và hàm băm của nó, sau đó cố gắng tìm đầu vào thứ hai để tạo ra cùng một hàm băm. Khác với việc thử nghiệm đơn giản, ở đây cần phải làm việc có mục tiêu với hàm băm cụ thể.

Hợp lý rằng một hàm băm chống va chạm cũng được bảo vệ khỏi cuộc tấn công này - vì cuộc tấn công sau luôn giả định việc tìm kiếm một va chạm. Nhưng hình mẫu đầu tiên có thể được tìm thấy ngay cả trong một hàm băm chống va chạm, vì nó không cần hai đầu vào ngẫu nhiên.

Vai trò của Hàm băm trong việc khai thác Bitcoin

Đào coin không chỉ là quá trình nhận được những đồng coin mới. Đây là một hoạt động phức tạp, đầy rẫy hàm băm ở mỗi giai đoạn: từ việc kiểm tra số dư đến việc liên kết các giao dịch trong cây Merkle.

Lý do chính mà Bitcoin vẫn an toàn là do chi phí tính toán của việc khai thác. Thợ mỏ phải thực hiện một số lượng lớn các phép toán hàm băm để tìm ra giải pháp đúng cho khối tiếp theo.

Trong quá trình tạo ra một ứng viên khối, thợ mỏ thử nghiệm với một số đầu vào khác nhau. Khối được coi là hợp lệ chỉ khi hàm băm của nó bắt đầu bằng một số lượng nhất định các số không. Số lượng số không này xác định độ khó của việc khai thác và được điều chỉnh một cách linh hoạt.

Hàm băm của mạng lưới là tổng sức mạnh tính toán của tất cả các người tham gia. Khi hàm băm tăng, giao thức Bitcoin tự động tăng độ khó để thời gian trung bình tìm kiếm khối vẫn giữ ở khoảng 10 phút. Nếu hàm băm giảm, độ khó sẽ giảm, làm cho công việc dễ dàng hơn.

Quan trọng là các thợ mỏ không tìm kiếm sự va chạm. Thay vào đó, họ tìm kiếm một đầu ra hợp lệ trong số nhiều giải pháp có thể đáp ứng ngưỡng độ khó hiện tại. Đối với mỗi khối, có một vài hàm băm hợp lệ, và thợ mỏ phải tìm ít nhất một cái.

Chính công việc tính toán này ngăn chặn gian lận. Nếu ai đó muốn làm giả lịch sử giao dịch, họ sẽ phải tính toán lại tất cả các khối từ thời điểm tấn công đến hôm nay - một chi phí không đáng về mặt kinh tế. Càng nhiều thợ mỏ tham gia vào mạng lưới, thì cuộc tấn công càng trở nên khó khăn hơn, và chuỗi vẫn đáng tin cậy hơn.

Kết luận

Hàm băm không chỉ là một trò chơi toán học. Đây là nền tảng mà mọi tài sản tiền điện tử và hệ thống phân tán đều dựa vào. Các hàm băm mật mã cung cấp an ninh, tính toàn vẹn của dữ liệu và xác thực theo những cách mà trước đây là không thể.

Hiểu cách các chức năng này hoạt động không phải là một bài tập học thuật. Đó là chìa khóa để hiểu tại sao blockchain lại khó bị tấn công, tại sao tài sản của bạn được bảo vệ và tại sao các hệ thống phi tập trung có thể tồn tại mà không có cơ quan quản lý trung ương. Đối với bất kỳ ai muốn đắm chìm sâu hơn vào hệ sinh thái crypto, kiến thức về Hàm băm là hoàn toàn cần thiết.