O Que é Hashing: Um Guia Completo

No mundo da tecnologia, é comum ouvirmos o termo “hashing”, mas o que isso realmente significa? Neste guia completo, vamos explorar tudo o que você precisa saber sobre hashing, desde o conceito básico até sua aplicação em criptomoedas e blockchain.

O Conceito de Hashing

Hashing refere-se ao processo de gerar uma saída de tamanho fixo a partir de uma entrada de tamanho variável. Isso é feito por meio do uso de fórmulas matemáticas conhecidas como funções de hash (implementadas como algoritmos de hashing).

Embora nem todas as funções de hash envolvam o uso de criptografia, as chamadas funções de hash criptográficas estão no centro das criptomoedas. Graças a elas, as blockchains e outros sistemas distribuídos são capazes de alcançar níveis significativos de integridade e segurança de dados.

Como Funciona uma Função de Hash?

As diferentes funções de hash produzem saídas de tamanhos diferentes, mas o tamanho das saídas possíveis para cada algoritmo de hashing é sempre constante. Por exemplo, o algoritmo SHA-256 só pode produzir saídas de 256 bits, enquanto o SHA-1 sempre gera uma saída de 160 bits.

Para ilustrar, vamos executar as palavras “Binance” e “binance” pelo algoritmo de hashing SHA-256 (o utilizado no Bitcoin).

Observe que uma pequena alteração (o uso de maiúsculas na primeira letra) resultou em um valor de hash totalmente diferente. Mas, como estamos usando o SHA-256, as saídas sempre terão um tamanho fixo de 256 bits (ou 64 caracteres) – independentemente do tamanho da entrada. Além disso, não importa quantas vezes executamos as duas palavras pelo algoritmo, as duas saídas permanecerão constantes.

Por outro lado, se executarmos as mesmas entradas pelo algoritmo de hashing SHA-1, teremos os seguintes resultados:

Podemos notar que os acrônimos SHA significam Secure Hash Algorithms. Eles se referem a um conjunto de funções de hash criptográficas que incluem os algoritmos SHA-0 e SHA-1, juntamente com os grupos SHA-2 e SHA-3. O SHA-256 faz parte do grupo SHA-2, juntamente com o SHA-512 e outras variantes. Atualmente, apenas os grupos SHA-2 e SHA-3 são considerados seguros.

Por que as Funções de Hash São Importantes?

As funções de hash convencionais têm uma ampla gama de casos de uso, incluindo consultas em bancos de dados, análise de arquivos grandes e gerenciamento de dados. Por outro lado, as funções de hash criptográficas são amplamente utilizadas em aplicações de segurança da informação, como autenticação de mensagens e criação de impressões digitais digitais. No caso do Bitcoin, as funções de hash criptográficas são parte essencial do processo de mineração e também desempenham um papel na geração de novos endereços e chaves.

O verdadeiro poder do hashing é evidente quando lidamos com enormes quantidades de informações. Por exemplo, podemos executar um grande arquivo ou conjunto de dados por uma função de hash e, em seguida, usar sua saída para verificar rapidamente a precisão e integridade dos dados. Isso é possível por causa da natureza determinística das funções de hash: a entrada sempre resultará em uma saída simplificada e condensada (hash). Essa técnica elimina a necessidade de armazenar e “lembrar” grandes quantidades de dados.

O hashing é particularmente útil no contexto da tecnologia blockchain. A blockchain do Bitcoin possui várias operações que envolvem o hashing, a maioria delas no processo de mineração. Na verdade, quase todos os protocolos de criptomoedas dependem do hashing para vincular e condensar grupos de transações em blocos, bem como para produzir links criptográficos entre cada bloco, criando efetivamente uma blockchain.

Funções de Hash Criptográficas

Uma função de hash que utiliza técnicas criptográficas pode ser definida como uma função de hash criptográfica. Em geral, quebrar uma função de hash criptográfica requer uma infinidade de tentativas de força bruta. Para uma pessoa “reverter” uma função de hash criptográfica, ela precisaria adivinhar qual foi a entrada por tentativa e erro até que a saída correspondente seja produzida. No entanto, também existe a possibilidade de diferentes entradas produzirem exatamente a mesma saída, caso em que ocorre uma “colisão”.

Tecnicamente, uma função de hash criptográfica precisa seguir três propriedades para ser considerada efetivamente segura. Podemos descrevê-las como resistência a colisões, resistência a pré-imagem e resistência a segunda pré-imagem.

Antes de discutir cada propriedade, vamos resumir sua lógica em três frases curtas.

• Resistência a colisões: é inviável encontrar quaisquer duas entradas distintas que produzam o mesmo hash como saída.
• Resistência a pré-imagem: é inviável “reverter” a função de hash (encontrar a entrada a partir de uma saída específica).
• Resistência a segunda pré-imagem: é inviável encontrar qualquer segunda entrada que colida com uma entrada especificada.

Resistência a Colisões

Como mencionado, uma colisão ocorre quando diferentes entradas produzem o mesmo hash exato. Portanto, uma função de hash é considerada resistente a colisões até o momento em que alguém encontra uma colisão. Note que sempre haverá colisões para qualquer função de hash porque as possíveis entradas são infinitas, enquanto as possíveis saídas são finitas.

Dito de outra forma, uma função de hash é resistente a colisões quando a possibilidade de encontrar uma colisão é tão baixa que seria necessário milhões de anos de computação. Portanto, apesar de não existirem funções de hash livres de colisões, algumas delas são suficientemente fortes para serem consideradas resistentes (por exemplo, SHA-256).

Entre os vários algoritmos SHA, os grupos SHA-0 e SHA-1 não são mais seguros porque colisões foram encontradas. Atualmente, os grupos SHA-2 e SHA-3 são considerados resistentes a colisões.

Resistência a Pré-imagem

A propriedade de resistência a pré-imagem está relacionada ao conceito de funções unidirecionais. Uma função de hash é considerada resistente a pré-imagem quando há uma probabilidade muito baixa de alguém encontrar a entrada que gerou uma saída específica.

Observe que essa propriedade é diferente da anterior porque um atacante estaria tentando adivinhar qual foi a entrada olhando para uma saída específica. Uma colisão, por outro lado, ocorre quando alguém encontra duas entradas diferentes que geram a mesma saída, mas não importa quais entradas foram usadas.

A propriedade de resistência a pré-imagem é valiosa para proteger dados, pois um simples hash de uma mensagem pode provar sua autenticidade, sem a necessidade de revelar as informações. Na prática, muitos provedores de serviços e aplicativos da web armazenam e usam hashes gerados a partir de senhas em vez das senhas em texto simples.

Resistência a Segunda Pré-imagem

Para simplificar, podemos dizer que a resistência a segunda pré-imagem está em algum lugar entre as outras duas propriedades. Um ataque de segunda pré-imagem ocorre quando alguém consegue encontrar uma entrada específica que gera a mesma saída de outra entrada que já conhecem.

Em outras palavras, um ataque de segunda pré-imagem envolve encontrar uma colisão, mas em vez de procurar duas entradas aleatórias que geram o mesmo hash, eles procuram uma entrada que gera o mesmo hash que foi gerado por outra entrada específica.

Portanto, qualquer função de hash que seja resistente a colisões também é resistente a ataques de segunda pré-imagem, pois este último sempre implicará em uma colisão. No entanto, ainda é possível realizar um ataque de pré-imagem em uma função resistente a colisões, pois isso implica em encontrar uma única entrada a partir de uma única saída.

Mineração

Existem muitas etapas na mineração do Bitcoin que envolvem funções de hash, como verificar saldos, vincular entradas e saídas de transações e aplicar o hash às transações dentro de um bloco para formar uma árvore de Merkle. Mas uma das principais razões pela qual a blockchain do Bitcoin é segura é o fato de que os mineradores precisam realizar uma infinidade de operações de hashing para eventualmente encontrar uma solução válida para o próximo bloco.

Especificamente, um minerador precisa tentar várias entradas diferentes ao criar um valor de hash para seu bloco candidato. Em essência, eles só poderão validar seu bloco se gerarem um hash de saída que comece com um certo número de zeros. O número de zeros é o que determina a dificuldade de mineração e varia de acordo com a taxa de hash dedicada à rede.

Nesse caso, a taxa de hash representa quanto poder computacional está sendo investido na mineração do Bitcoin. Se a taxa de hash da rede aumentar, o protocolo do Bitcoin ajustará automaticamente a dificuldade de mineração para que o tempo médio necessário para minerar um bloco permaneça próximo de 10 minutos. Em contrapartida, se vários mineradores decidirem parar de minerar, causando uma queda significativa na taxa de hash, a dificuldade de mineração será ajustada, tornando mais fácil minerar (até que o tempo médio do bloco volte a 10 minutos).

Observe que os mineradores não precisam encontrar colisões porque existem vários hashes que podem gerar uma saída válida (iniciando com um certo número de zeros). Portanto, existem várias soluções possíveis para um determinado bloco, e os mineradores só precisam encontrar uma delas – de acordo com o limite determinado pela dificuldade de mineração.

Como a mineração de Bitcoin é uma tarefa que requer custos, os mineradores não têm motivos para trapacear o sistema, pois isso levaria a perdas financeiras significativas. Quanto mais mineradores se juntam a uma blockchain, maior e mais forte ela se torna.

Conclusão

Não há dúvidas de que as funções de hash são ferramentas essenciais na ciência da computação, especialmente ao lidar com grandes quantidades de dados. Quando combinadas com criptografia, as funções de hash podem ser bastante versáteis, oferecendo segurança e autenticação de várias maneiras diferentes. Portanto, as funções de hash criptográficas são vitais para quase todas as redes de criptomoedas, então entender suas propriedades e mecanismos de funcionamento certamente é útil para qualquer pessoa interessada em tecnologia blockchain.

Esperamos que este guia completo sobre hashing tenha esclarecido suas dúvidas e fornecido uma compreensão mais profunda dessa importante área da tecnologia. Se você quiser saber mais, não deixe de explorar outros recursos e artigos relacionados.

Perguntas Frequentes (FAQs)

O que é hashing?

Hashing é um processo matemático que transforma dados em uma sequência alfanumérica única chamada de hash, usando uma função de hash.

Como os valores de hash são gerados?

Os valores de hash são gerados por meio de uma função de hash, que processa a entrada e produz uma sequência de caracteres única.

O que é um uso comum de hashing em segurança cibernética?

O uso comum de hashing em segurança cibernética é armazenar senhas com segurança, substituindo as senhas em texto simples pelos seus valores de hash.

Qual é a importância do hashing na tecnologia blockchain?

Na tecnologia blockchain, hashing é usado para vincular blocos e garantir a integridade e imutabilidade das transações registradas.