Хеш-блокчейн

Что такое хеш-блокчейн?

Хеш-блокчейн — неформальное название блокчейна, в котором криптографические хеш-функции используются для идентификации данных, связывания блоков, проверки записей и выявления несанкционированных изменений.

Обычно это выражение не обозначает отдельный тип блокчейна с единой общепринятой технической спецификацией.

Оно лишь подчеркивает роль хеширования в блокчейнах криптовалют.

Большинство современных блокчейнов используют хеши в заголовках блоков, идентификаторах транзакций, деревьях Меркла, фиксации состояния аккаунтов, процессах создания цифровых подписей, системах Proof of Work и процедурах проверки данных.

В обзоре блокчейна NIST объясняется, что записи блокчейна группируются в блоки, а каждый блок криптографически связывается с предыдущим.

Если содержимое более раннего блока изменится, изменится и его криптографический хеш.

Из-за этого ожидаемая связь с последующими блоками нарушается, и изменение можно обнаружить.

Поэтому хеш-блокчейн следует понимать как блокчейн, структура и защита которого основаны на криптографических хешах, а не как отдельную криптовалюту, токен, компанию или механизм консенсуса.

Что такое криптографический хеш?

Криптографический хеш — это выходное значение фиксированной длины, полученное в результате применения хеш-функции к входным данным.

Входными данными могут быть короткое сообщение, транзакция криптовалюты, заголовок блока, смарт-контракт или гораздо более крупный набор данных.

В определении криптографической хеш-функции NIST она описывается как функция, преобразующая данные разной длины в битовую строку фиксированной длины.

Результат обычно называют хешем, дайджестом, дайджестом сообщения или хеш-значением.

Надежная криптографическая хеш-функция устроена как односторонний цифровой отпечаток данных.

При обработке одного и того же входного значения одним алгоритмом получается одинаковый хеш.

Небольшое изменение входных данных должно приводить к существенному изменению результата.

Вычислительно восстановить исходные данные, имея только хеш, должно быть практически невозможно.

Также должно быть вычислительно практически невозможно найти два разных входных значения, которые дают одинаковый хеш.

Зачем блокчейнам нужны хеш-функции

Блокчейнам нужны хеш-функции, поскольку участники децентрализованной сети должны согласовывать идентичность и целостность данных без единого администратора центральной базы данных.

Хеш позволяет компактно представить транзакцию, блок, состояние аккаунта или другой набор информации.

Узлы могут самостоятельно вычислить хеш и сравнить его с ожидаемым протоколом значением.

Если данные изменились, вычисленный хеш обычно перестает совпадать с ожидаемым.

Так программное обеспечение блокчейна может обнаруживать измененные транзакции, недействительные блоки, неверные данные о состоянии и поврежденные файлы.

Хеши также позволяют связывать большие объемы данных с помощью деревьев Меркла и других аутентифицированных структур данных.

Без надежных хеш-функций многие механизмы проверки целостности, используемые в сетях криптовалют, не работали бы должным образом.

Как хеши связывают блоки блокчейна

Обычно каждый новый блок блокчейна связывается с предыдущим с помощью хеша, записанного в заголовке нового блока.

В описании заголовка блока Bitcoin указано, что заголовок блока Bitcoin содержит хеш заголовка предыдущего блока.

Таким образом текущий блок связан с конкретным родительским блоком.

Если данные в родительском блоке изменятся, изменится и хеш этого блока.

Дочерний блок по-прежнему будет содержать исходный хеш родительского блока, поэтому связь перестанет быть действительной.

Изменение родительского блока также потребует изменения дочернего и всех последующих блоков, построенных на его основе.

Именно этот механизм связи хешами лежит в основе названия «блокчейн».

В документации Ethereum по блокам также объясняется, что блоки содержат хеш предыдущего блока, связывая записи в цепочку.

Что такое хеш блока?

Хеш блока — это криптографический дайджест, полученный из заголовка блока или другого представления блока, определенного протоколом.

Он служит компактным идентификатором блока.

Обозреватели блокчейна, узлы, кошельки и разработчики могут ссылаться на конкретный блок по его хешу, не повторяя все содержащиеся в нем данные.

В Bitcoin заголовок блока включает версию, хеш заголовка предыдущего блока, корень Меркла, временную метку, закодированную целевую сложность и nonce.

Сериализованный заголовок обрабатывается с помощью предусмотренной протоколом процедуры хеширования, в результате чего получается хеш блока.

Хеш блока — это не пароль, и он не дает контроля над средствами.

Это общедоступная информация, используемая для идентификации, проверки и организации цепочки.

Хеш блока и высота блокчейна

Хеш блока и высота блока идентифицируют блоки разными способами.

Хеш блока — это криптографический идентификатор, вычисляемый на основе данных блока.

Высота блока — это его положение относительно первого блока в цепочке.

Во время форка на одной высоте могут временно существовать два конкурирующих блока, но их хеши будут различаться.

Таким образом, хеш идентифицирует конкретный блок, а высота указывает его общее положение в цепочке.

Приложениям, которым нужна точная идентификация, следует использовать правильный хеш блока, а не полагаться только на высоту.

Как работают хеши транзакций

Хеш транзакции — это дайджест, используемый для идентификации транзакции криптовалюты.

Его часто называют идентификатором транзакции или TXID.

Данные транзакции сериализуются в соответствии с правилами сети и обрабатываются требуемым алгоритмом хеширования.

Полученное значение позволяет узлам, кошелькам и обозревателям блокчейна ссылаться на эту транзакцию.

Если хешируемые данные транзакции изменятся, изменится и ее хеш.

Сам по себе хеш транзакции не доказывает, что транзакция подтверждена, успешно выполнена или имеет окончательный экономический статус.

Пользователям также нужно проверить, включена ли транзакция в действительный блок, сколько у нее подтверждений и считается ли она финализированной в этой сети.

Хеш блока и хеш транзакции

Хеш блока идентифицирует блок, а хеш транзакции — транзакцию.

Один блок может содержать множество транзакций с отдельными хешами.

Эти идентификаторы транзакций можно организовать в дерево Меркла и представить в виде корня Меркла.

Затем корень Меркла записывается в заголовок блока.

Это означает, что хеш блока связан со всеми включенными в него транзакциями через фиксацию данных о транзакциях.

Несмотря на то что оба вида хешей создаются с помощью криптографических хеш-функций, они выполняют разные задачи.

Деревья Меркла в хеш-блокчейне

Дерево Меркла — это основанная на хешах структура данных, которая сводит множество элементов данных к одному корневому хешу.

Хеши транзакций располагаются в нижнем уровне дерева в качестве листьев.

Пары хешей объединяются и снова хешируются, формируя следующий уровень.

Процесс повторяется, пока наверху не останется один хеш.

Это итоговое значение называется корнем Меркла.

В руководстве по блокчейну Bitcoin объясняется, что корень Меркла хранится в заголовке блока и вычисляется на основе транзакций в блоке.

Если включенная в блок транзакция изменится, изменится и ее хеш.

Измененное значение приведет к изменению родительских хешей и в итоге — корня Меркла.

Тогда изменятся также заголовок блока и хеш блока.

Что такое доказательство Меркла?

Доказательство Меркла — это небольшой набор хешей, подтверждающий, что конкретный элемент входит в более крупное дерево Меркла.

Проверяющей стороне не нужно получать все транзакции или элементы данных из дерева.

Она берет проверяемый элемент и объединяет его с хешами из доказательства.

Если в результате вычислений получается ожидаемый корень Меркла, элемент соответствует зафиксированному набору данных.

В руководстве Ethereum по доказательствам Меркла объясняется, как значения из доказательства можно хешировать вместе, чтобы восстановить корень.

Доказательства Меркла полезны для легких клиентов, распределения токенов, списков разрешенных адресов, роллапов, мостов, проверки хранилищ и приложений на основе смарт-контрактов.

Действительное доказательство Меркла подтверждает включение элемента в дерево с заданным корнем, но само по себе не подтверждает, что источник этого корня заслуживает доверия или финализирован.

Хеши и состояние блокчейна

Блокчейны со смарт-контрактами используют хеши не только для транзакций и связи блоков, но и для представления состояния сети.

Состояние может включать балансы аккаунтов, код контрактов, значения хранилища, nonce и другие данные протокола.

Исторически Ethereum представлял состояние исполнения с помощью модифицированного дерева Меркла — Патриции.

В документации Ethereum по дереву Меркла — Патриции объясняется, что эта структура формирует криптографически проверяемый корень.

Два одинаковых состояния дают одинаковый корень при использовании одинаковых правил кодирования.

Изменение баланса аккаунта или значения в хранилище контракта приводит к изменению цепочки хешей и корня состояния.

Таким образом блок может зафиксировать большое распределенное состояние с помощью одного компактного корневого значения.

Хеши и смарт-контракты

Смарт-контракты используют хеш-функции для фиксации данных, подписей, идентификаторов, доказательств, контроля доступа, генерации адресов и проверки данных.

Контракт может хранить хеш секретных данных и позднее требовать от пользователя раскрыть исходное значение.

Контракт хеширует раскрытое значение и сравнивает результат с сохраненной фиксацией.

Контракты также могут проверять доказательства Меркла, чтобы не хранить полный список разрешенных адресов.

Хеширование помогает сократить объем данных в блокчейне, но разработчикам необходимо применять безопасное кодирование и разделение доменов.

Неправильное объединение значений может привести к тому, что разные входные данные до хеширования сформируют одинаковое закодированное сообщение.

Надежная хеш-функция не исправляет неоднозначное кодирование на уровне приложения.

Хеш-функции в блокчейнах криптовалют

В разных блокчейнах для разных задач протокола могут использоваться разные хеш-функции.

Bitcoin широко использует SHA-256 и применяет двойное SHA-256 к заголовкам блоков и ряду структур, связанных с транзакциями.

Ethereum широко использует Keccak-256 в приложениях уровня исполнения и расчетах, связанных с аккаунтами.

Другие криптовалютные сети могут использовать SHA-3, алгоритмы семейства BLAKE, конструкции на основе Scrypt или специализированные комбинации.

В проекте NIST по хеш-функциям описаны семейства стандартизированных криптографических алгоритмов SHA-2 и SHA-3.

Keccak-256 и стандартизированная SHA3-256 тесно связаны, но не являются одной и той же функцией из-за различий в заполнении данных и деталях стандартизации.

Разработчики должны использовать точную хеш-функцию и формат кодирования, требуемые соответствующим протоколом блокчейна.

SHA-256 в блокчейн-системах

SHA-256 входит в семейство SHA-2 и формирует результат длиной 256 бит.

256-битный хеш обычно отображается как 64 шестнадцатеричных символа.

Bitcoin широко использует SHA-256 в процессе Proof of Work и структурах фиксации данных.

Одинаковая длина выходного значения в 256 бит не означает, что все значения на основе SHA-256 выполняют одну и ту же задачу.

Хеш блока, идентификатор транзакции, узел Меркла и хеш, связанный с адресом, могут иметь разные форматы входных данных и правила обработки.

Программное обеспечение должно точно соблюдать правила сериализации и порядка байтов, установленные протоколом.

Keccak-256 в Ethereum

Keccak-256 широко используется в операциях уровня исполнения Ethereum.

С его помощью могут вычисляться идентификаторы транзакций, значения, связанные с контрактами, селекторы функций, позиции в хранилище, темы событий и другие фиксации данных.

Разработчики иногда ошибочно используют SHA3-256 вместо Keccak-256, поскольку обе функции формируют результат длиной 256 бит и исторически связаны.

При использовании неверной функции хеши не совпадут.

Поэтому разработчикам криптоприложений следует использовать библиотеки, в которых явно реализован алгоритм, требуемый конкретным блокчейном.

Хеширование и шифрование

Хеширование — не то же самое, что шифрование.

Шифрование преобразует читаемые данные в защищенный шифротекст с помощью ключа и предназначено для последующей расшифровки уполномоченной стороной.

Хеширование создает дайджест фиксированной длины и обычно является односторонней операцией.

Обычного ключа для расшифровки, который восстановил бы произвольные исходные данные из хеша, не существует.

Хеш помогает проверять целостность, а шифрование в первую очередь используется для защиты конфиденциальности.

В системах криптовалют могут применяться обе технологии, но задачи у них разные.

Хеширование и цифровые подписи

Хеш также отличается от цифровой подписи.

Любой, у кого есть те же общедоступные входные данные, может вычислить их хеш.

Для создания цифровой подписи нужен контроль над приватным ключом подписи.

Обычно кошельки хешируют или иным образом кодируют данные транзакции перед созданием подписи для полученного сообщения.

Узлы проверяют подпись с помощью публичного ключа подписавшей стороны и правил подписи, предусмотренных протоколом.

Хеш связывает подпись с сообщением, а цифровая подпись подтверждает авторизацию соответствующим приватным ключом.

Один лишь хеш транзакции не доказывает право собственности на кошелек.

Хеширование и кодирование

Кодирование преобразует данные в другое представление, чтобы их было удобнее хранить или передавать.

Шестнадцатеричная система и Base64 — примеры форматов кодирования.

Закодированные данные обычно можно вернуть в исходную форму без секрета.

Хеш, как правило, нельзя обратить таким же прямым способом.

64-символьный шестнадцатеричный хеш блокчейна — это текстовое представление двоичных данных дайджеста, а не зашифрованное сообщение.

Стойкость к поиску прообраза

Стойкость к поиску прообраза означает, что вычислительно практически невозможно найти входное значение, которое дает выбранный хеш.

Это свойство помогает не допустить, чтобы злоумышленник, имея известный дайджест, эффективно восстановил совпадающие с ним данные.

Стойкость к поиску прообраза важна, когда хеши защищают фиксации данных в блокчейне, целевые значения Proof of Work, системы раскрытия секретов и конструкции адресов.

Уровень защиты зависит от алгоритма, длины результата, качества входных данных и способа применения хеша.

Даже надежный алгоритм не защитит слабый секрет, выбранный из небольшого предсказуемого списка.

Злоумышленник может хешировать все вероятные пароли или короткие коды и сравнивать результаты.

Стойкость ко второму прообразу

Стойкость ко второму прообразу означает, что, зная одно входное значение, должно быть сложно найти другое значение с тем же хешем.

Это свойство помогает защитить запись блокчейна от замены другими данными, сохраняющими исходный дайджест.

Если атаки со вторым прообразом станут практически осуществимыми, злоумышленник сможет попытаться подменить данные, не меняя зафиксированный хеш.

Современные надежные хеш-функции разработаны так, чтобы подобная атака была вычислительно невыполнимой.

Стойкость к коллизиям

Стойкость к коллизиям означает, что вычислительно практически невозможно найти любые два разных входных значения с одинаковым хешем.

С математической точки зрения коллизии неизбежны: бесконечное множество возможных входных данных сопоставляется с конечным числом выходных значений.

Безопасность зависит от того, насколько дорого найти практически применимую коллизию.

Стойкость к коллизиям особенно важна для цифровых подписей, сертификатов, фиксации данных в блокчейне и систем, в которых пользователи могут выбирать оба входных значения.

Разработчикам следует избегать устаревших хеш-функций с известными уязвимостями к практическому поиску коллизий.

Эффект лавины

Эффект лавины описывает, как небольшое изменение входных данных приводит к значительному и непредсказуемому изменению выходного хеша.

Изменение одного символа в транзакции, контракте или заголовке блока должно давать совершенно другой дайджест.

Поэтому визуальное сходство входных записей не имеет значения для их хешей.

Эффект лавины помогает выявлять изменения данных, но сам по себе не доказывает надежность хеш-функции.

Также необходимо учитывать стойкость к поиску прообраза, стойкость ко второму прообразу, стойкость к коллизиям и качество реализации.

Хеши и неизменность блокчейна

Хеши способствуют неизменности блокчейна, однако термин «неизменяемый» следует использовать осторожно.

Хеш физически не мешает кому-либо изменить частную копию хранящихся данных.

Он помогает обнаружить изменение, поскольку для измененных данных получится другой хеш.

Правила консенсуса и распределенное согласование определяют, примет ли сеть измененную историю.

В блокчейне Proof of Work для замены старого блока, как правило, нужно заново выполнить Proof of Work для этого блока и догнать принятую сетью цепочку.

В блокчейне Proof of Stake историю защищают иначе — с помощью правил финализации, подписей валидаторов, условий слэшинга и участия в консенсусе.

Связь хешами помогает обнаруживать вмешательство, а консенсус задает правила выбора действительной общей истории.

Обнаружение изменений и защита от изменений

Хеш-блокчейн точнее называть системой, обнаруживающей вмешательство и устойчивой к нему, а не абсолютно защищенной от изменений.

Изменение исторических данных меняет их хеш и нарушает последующие ссылки.

Участники сети могут обнаружить несоответствие.

Возможность злоумышленника заменить историю зависит от его влияния на консенсус, архитектуры сети, финализации, контрольных точек, поведения узлов и экономических затрат.

Небольшую или плохо защищенную сеть может быть легче реорганизовать, чем крупную распределенную сеть.

Хеши необходимы, но не заменяют децентрализованный консенсус.

Хеши в блокчейнах Proof of Work

В блокчейнах Proof of Work хеширование используется как часть процесса выбора производителей блоков и упорядочивания действительной истории.

Майнеры многократно изменяют данные заголовка блока и вычисляют хеши.

Блок подходит для добавления в цепочку, если его хеш соответствует целевому условию сети.

В документации Bitcoin по майнингу объясняется, что майнеры продолжают вычислять хеши, пока не найдут значение ниже целевого порога.

Хешрейт майнера показывает, сколько попыток он может выполнять в секунду.

Победивший хеш не является решением значимого математического уравнения — он лишь соответствует целевому значению, заданному протоколом.

Сложность определяется статистически необходимым числом попыток для нахождения подходящего результата.

Хеши в блокчейнах Proof of Stake

Блокчейны Proof of Stake также широко используют хеши, хотя для создания блоков в них не требуется конкурирующий майнинг с высоким хешрейтом.

Хеши связывают блоки, идентифицируют транзакции, фиксируют состояние, организуют структуры Меркла и поддерживают сообщения с подписями валидаторов.

В Proof of Stake выбор валидаторов и консенсус основаны на стейке и правилах протокола, а не на энергоемком поиске хеша.

Это показывает, что хеширование и Proof of Work — не одно и то же.

Блокчейн может отказаться от майнинга Proof of Work и при этом продолжать использовать криптографические хеши во всей своей архитектуре.

Хеши и форки блокчейна

Форк может произойти, когда два действительных блока ссылаются на один и тот же родительский блок.

Хеши конкурирующих блоков различаются, поскольку различаются их содержимое или данные заголовка.

Правила консенсуса сети определяют, какая ветвь будет принята.

Приложениям следует отслеживать хеши блоков, поскольку блок на заданной высоте может быть заменен при реорганизации сети.

Транзакция из замененного блока может снова попасть в пул ожидающих транзакций или появиться в более позднем блоке.

Дополнительные подтверждения или формальная финализация снижают риск того, что приложение будет опираться на временную ветвь.

Хеши и подтверждения

Подтверждением обычно называют включение транзакции в блок, принятый текущей цепочкой.

Каждый последующий блок добавляет еще один уровень истории над этой транзакцией.

Хеши блоков связывают эти уровни с более ранней записью.

В сетях Proof of Work увеличение числа подтверждений может затруднить отмену транзакции, поскольку злоумышленнику придется заменить больший объем накопленной работы.

Требуемое число подтверждений следует выбирать с учетом суммы транзакции, состояния сети, устройства консенсуса и отношения пользователя к риску.

Отображаемый кошельком хеш транзакции сам по себе не означает, что транзакция получила подтверждение.

Хеши и финализация блокчейна

Финализация — это момент, когда отмена блока или транзакции считается крайне сложной или недопустимой по правилам протокола.

В сетях Proof of Work финализация часто вероятностная: чем больше блоков добавлено, тем меньше вероятность отмены.

В сетях Proof of Stake может быть предусмотрена явная финализация с помощью голосов валидаторов и контрольных точек консенсуса.

Хеши идентифицируют финализированные данные и связывают их, но гарантии финализации обеспечиваются более широким протоколом консенсуса.

Не следует путать наличие хеша блока с окончательным расчетом.

Хеши и адресация по содержимому

Адресация по содержимому идентифицирует информацию по дайджесту, вычисленному на основе содержимого, а не по традиционному местоположению.

Если содержимое изменится, изменится и его идентификатор.

Блокчейн-системы могут использовать хеши содержимого для ссылок на файлы, метаданные, байт-код смарт-контрактов, офчейн-записи и объекты распределенного хранилища.

Хранение хеша содержимого в блокчейне может подтвердить, что конкретный файл существовал или был одобрен, если исходный файл доступен для сравнения.

Сам факт хранения хеша содержимого не означает, что блокчейн автоматически хранит все офчейн-данные.

Хеши и метаданные невзаимозаменяемых токенов

В системах невзаимозаменяемых токенов хеши могут использоваться для проверки изображений, документов, характеристик или метаданных, хранящихся вне блокчейна.

Хеш содержимого помогает выявить изменения офчейн-файла.

Однако некоторые контракты токенов хранят только веб-адрес, не фиксируя криптографически содержимое.

Ресурс по этому адресу может быть изменен, удален или перенаправлен.

Пользователям следует проверить, использует ли токен адресуемое по содержимому хранилище, хеш содержимого в блокчейне, полностью ончейн-данные или изменяемую централизованную ссылку.

Хеши и блокчейн-оракулы

Оракулы передают внешние данные смарт-контрактам.

Хеши могут фиксировать наборы данных, отчеты или подписанные сообщения до того, как информация будет раскрыта или обработана в блокчейне.

Хеш подтверждает, что раскрытые данные соответствуют более ранней фиксации.

Но он не подтверждает точность внешних данных в момент их первоначального получения.

Безопасность оракула по-прежнему зависит от источников данных, авторизации подписантов, агрегации, экономических стимулов, частоты обновления и логики контракта.

Хеши и кроссчейн-мосты

Кроссчейн-мосты могут использовать хеши блоков и транзакций, корни состояния и доказательства Меркла для проверки активности в другой сети.

Мост может подтверждать, что актив был заблокирован, сожжен или переведен в исходной сети.

Контракт в сети назначения может проверить доказательство, связанное с доверенным блоком или корнем состояния.

Безопасность моста также зависит от способа передачи корня, прав на его обновление и корректной обработки реорганизаций исходной сети.

Математически верное доказательство на основе хеша не защитит мост, если он полагается на недобросовестного администратора или скомпрометированную группу подписантов.

Хеши и сети Layer 2

Сети Layer 2 используют хеши и криптографические фиксации для обобщения операций, выполняемых вне базового блокчейна.

Пакет транзакций может быть представлен корнем состояния, фиксацией данных или хешем, связанным с доказательством.

Базовый блокчейн может хранить эту фиксацию, не записывая отдельно каждое внутреннее вычисление в том же формате.

Системы доказательств мошенничества и доказательств корректности используют такие фиксации по-разному, но обе зависят от точного криптографического кодирования.

Если зафиксированные данные не совпадут с заявленным состоянием, проверка должна завершиться ошибкой согласно правилам системы.

Хеши и доказательства с нулевым разглашением

Системы с нулевым разглашением используют хеш-функции для фиксаций данных, деревьев Меркла, построения транскриптов, схем доказательств и представления состояния.

Некоторые системы выбирают хеш-функции, специально оптимизированные для арифметических вычислений внутри криптографических схем.

Хеш-функция, быстрая на обычном процессоре, может оказаться затратной для проверки внутри схемы с нулевым разглашением.

Разработчикам необходимо оценивать безопасность, стоимость вычислений в схеме, размер результата, совместимость и зрелость реализации.

Использование хеш-функции в системе с нулевым разглашением само по себе не обеспечивает безопасность всей системы.

Коллизии хешей и риски для блокчейна

Практическая атака с поиском коллизий в основном хеш-алгоритме блокчейна может привести к серьезным рискам.

Злоумышленник может попытаться создать разные структуры данных с одинаковым дайджестом.

Последствия зависят от того, где используется алгоритм и контролирует ли злоумышленник оба возможных входных значения.

Для майнинга Proof of Work одной стойкости к коллизиям недостаточно: важны также свойства поиска прообраза и перебора целевых значений.

Ослабление функции может потребовать изменений протокола, обновления кошельков и ПО узлов или перехода на более надежный алгоритм.

При разработке блокчейн-протоколов необходимо предусматривать тщательную криптографическую проверку и долгосрочное планирование обновлений.

Можно ли обратить хеш блокчейна?

Надежный хеш блокчейна, как правило, нельзя обратить, как зашифрованные данные.

При этом злоумышленник может перебирать вероятные входные значения, хешировать каждое и сравнивать результаты.

Это эффективно, если исходное значение принадлежит небольшому предсказуемому набору.

Например, хеширование слабого пароля не защищает его от словарной атаки.

Большие записи блокчейна и случайным образом созданные секреты значительно сложнее угадать при использовании надежных параметров.

Односторонний характер хеширования не означает, что каждый хешированный секрет защищен.

Могут ли две записи блокчейна иметь одинаковый хеш?

Теоретически два разных входных значения могут иметь одинаковый хеш фиксированной длины, поскольку возможных входных значений больше, чем выходных.

Такое событие называется коллизией.

Надежный современный хеш-алгоритм устроен так, что поиск практически применимой коллизии требует нереалистичного объема вычислений.

Пользователям не следует ожидать случайных коллизий в правильно спроектированной блокчейн-системе с 256-битными хешами.

Тем не менее разработчикам нужно использовать полный требуемый дайджест и не укорачивать его чрезмерно.

Обеспечивают ли хеши блокчейна анонимность?

Хеш блокчейна не обеспечивает анонимность пользователя.

Хеши транзакций и блоков — общедоступные идентификаторы.

Их можно искать, передавать другим и связывать с другой информацией из блокчейна.

Общедоступные данные о транзакциях могут раскрывать адреса, суммы, вызовы смарт-контрактов, переводы токенов и время операций.

Адрес можно связать с реальной личностью на основании публичных заявлений, платежных записей, нарушения конфиденциальности или анализа блокчейна.

Хеширование данных транзакции обеспечивает целостность и идентификацию, но не автоматически защищает личную информацию.

Содержит ли хеш транзакции средства?

Сам по себе хеш транзакции не содержит криптовалюту, которой можно распоряжаться.

Он идентифицирует транзакцию, записанную или переданную в сеть блокчейна.

Контроль над средствами зависит от соответствующих приватных ключей, правил смарт-контракта или системы авторизации аккаунта.

Передача кому-либо хеша транзакции не дает этому человеку контроль над переведенными активами.

Пользователи могут безопасно поделиться хешем для проверки платежа, однако это может раскрыть финансовую активность, связанную с их адресами.

Можно ли украсть криптовалюту с помощью хеша блока?

Хеш блока не дает доступа к кошелькам или приватным ключам.

Это общедоступная информация протокола.

Обычно злоумышленник не может потратить средства, просто зная хеш блока или транзакции.

Кража криптовалюты обычно связана с похищением приватных ключей, вредоносными подписями, взломанными устройствами, небезопасными смарт-контрактами, фишингом или мошенническими разрешениями.

Не вводите секретные данные кошелька на сайтах, которые обещают расшифровать или обратить хеши блокчейна.

Мошенничество с хеш-блокчейном

Мошенники могут использовать технические термины — «хеш», «блокчейн», «майнинг» и «шифрование», — чтобы придать мошенническим продуктам видимость надежности.

Поддельный сервис может заявлять, что способен обратить хеши транзакций и вернуть утраченную криптовалюту.

Другой мошенник может попросить сид-фразу для «проверки» хеша блокчейна.

Легитимному обозревателю блокчейна не нужен приватный ключ или фраза восстановления, чтобы показать общедоступную информацию о транзакции.

Мошенники также могут утверждать, что специальный сертификат хеша гарантирует стоимость токена или защищает от инвестиционных убытков.

Криптографическая целостность не гарантирует честность, ценность, ликвидность или соответствие законодательству проекта.

Как проверить хеш блокчейна

Пользователи могут найти хеш транзакции или блока в надежном обозревателе, предназначенном для нужного блокчейна.

Один и тот же формат хеша может встречаться в разных сетях, поэтому сначала нужно проверить сеть.

Обозреватель должен показывать, найдена ли транзакция, статус ее блока, адреса, суммы, комиссии и сведения о подтверждениях.

Опытные пользователи могут обратиться к собственному узлу и сравнить результат с данными обозревателя.

Отсутствующий хеш может означать, что транзакция не была передана в сеть, была отброшена, относится к другой сети или введена с ошибкой.

Даже найденную транзакцию следует проверить на успешность, число подтверждений, сведения о контракте токена и финализацию.

Как разработчикам использовать хеши блокчейна

Разработчикам следует использовать именно ту хеш-функцию, которая требуется протоколом.

Перед хешированием данные нужно детерминированно сериализовать.

Необходимо использовать однозначные границы полей и указывать длину данных.

Не следует считать шестнадцатеричный текст и исходные двоичные байты взаимозаменяемыми.

При работе с форматами блоков и транзакций, характерными для Bitcoin, необходимо проверять порядок байтов.

Если один алгоритм используется в нескольких приложениях, следует применять разделение доменов.

При разработке новых систем с высокими требованиями к безопасности следует избегать устаревших алгоритмов.

Реализации необходимо проверять по официальным тестовым векторам и с помощью независимых библиотек.

Что такое разделение доменов?

Разделение доменов означает использование отдельного префикса, тега или контекста для каждого случая применения хеш-функции.

Это не позволяет интерпретировать дайджест, созданный для одной цели, как допустимый вход для другой.

Протокол может использовать разные теги для транзакций, блоков, подписей, адресов и узлов дерева.

Без разделения доменов одинаковые последовательности байтов, используемые в разных контекстах, могут привести к неожиданным взаимодействиям.

Разделение доменов — это практика проектирования приложения, а не свойство, автоматически обеспечиваемое каждой хеш-функцией.

Ограничения безопасности хеш-блокчейна

Надежный хеш-алгоритм не гарантирует безопасность всего блокчейна.

Ошибки консенсуса могут привести к принятию недействительной истории.

Логика смарт-контрактов может содержать уязвимости.

Кошельки могут раскрывать приватные ключи.

Мосты могут доверять скомпрометированным администраторам.

Контроль над валидаторами или майнерами может оказаться сосредоточен у небольшого числа участников.

Пользователи могут одобрить вредоносные транзакции.

Хеширование обеспечивает целостность данных и криптографическую связь, но общая безопасность блокчейна зависит от протокола, реализации, управления, экономики и поведения пользователей.

Хеш-функции и квантовые вычисления

Квантовые вычисления создают разные риски для хеш-функций и алгоритмов цифровой подписи с открытым ключом.

Алгоритм Шора угрожает нескольким широко используемым системам с открытым ключом, если появятся достаточно мощные отказоустойчивые квантовые компьютеры.

Алгоритм Гровера может обеспечить квадратичное ускорение некоторых задач поиска по хешу.

Поэтому иногда говорят, что эффективный запас стойкости 256-битного хеша к поиску прообраза при идеализированном квантовом поиске ниже, чем при классическом полном переборе.

Это не означает, что существующие хеши блокчейнов можно обратить с помощью доступных сегодня квантовых компьютеров.

Разработчикам протоколов все же следует пересматривать долгосрочные размеры параметров, переход на новые подписи и криптографическую гибкость.

Может ли блокчейн изменить хеш-алгоритм?

Блокчейн может сменить хеш-алгоритм в рамках обновления протокола, если сообщество, разработчики, операторы узлов и другие необходимые участники согласуют изменения.

Это может быть сложно, поскольку от существующего алгоритма могут зависеть проверка блоков, оборудование для майнинга, ПО кошельков, смарт-контракты, доказательства и внешние интеграции.

Изменение алгоритма Proof of Work может сделать имеющееся оборудование для майнинга несовместимым.

Изменение хеширования состояния или транзакций может потребовать правил миграции и новых структур данных.

Поэтому криптографические обновления следует планировать заранее, пока экстренная ситуация не усложнила координацию.

Преимущества хеширования в архитектуре блокчейна

Хеши дают компактные идентификаторы для больших записей.

С их помощью независимые узлы могут проверять соответствие данных ожидаемым фиксациям.

Они связывают блоки в упорядоченную историю, изменения в которой можно обнаружить.

Они поддерживают эффективные доказательства Меркла, не требуя от каждого проверяющего обрабатывать весь набор данных.

Они помогают идентифицировать транзакции, блоки, контракты и сохраненное содержимое.

Они используются в майнинге Proof of Work и во многих структурах данных Proof of Stake.

Также хеши обеспечивают фиксацию данных в смарт-контрактах, корни состояния Layer 2, кроссчейн-доказательства и ссылки на распределенные хранилища.

Ограничения хеширования в архитектуре блокчейна

Хеши не определяют, были ли исходные данные правдивыми.

Если система приняла ложную информацию, блокчейн может навсегда зафиксировать ее.

Хеши не защищают приватные ключи от фишинга или вредоносного ПО.

Они не гарантируют децентрализацию.

Они не доказывают финансовую ценность токена.

Они не обеспечивают конфиденциальность общедоступных данных о транзакциях.

Они не заменяют надежный механизм консенсуса или тщательно написанную логику смарт-контрактов.

Фиксация хеша подтверждает соответствие данных, но не их точность или справедливость в реальном мире.

Распространенные заблуждения о хеш-блокчейне

Распространенное заблуждение состоит в том, что хеш-блокчейн — это отдельная криптовалюта.

Обычно этим выражением обозначают использование хеширования в архитектуре блокчейна, а не отдельный цифровой актив.

Еще одно заблуждение — будто каждый хеш получают с помощью майнинга.

Кошельки, узлы, смарт-контракты и обычное программное обеспечение вычисляют хеши и для множества задач, не связанных с майнингом.

Третье заблуждение — что хеши шифруют данные блокчейна.

Большинство общедоступных записей блокчейна остаются читаемыми, хотя хеши помогают их идентифицировать и связывать.

Четвертое заблуждение — что связь хешами делает блокчейн невозможным для изменения при любых обстоятельствах.

Связи позволяют обнаружить изменения, а консенсус и экономическая безопасность определяют, может ли переписанная история быть принята.

Пятое заблуждение — что знание хеша транзакции дает доступ к переведенным средствам.

Общедоступный хеш — это идентификатор, а не замена приватного ключа.

FAQ

Что означает «хеш-блокчейн»?

Хеш-блокчейн — неформальное выражение для блокчейна, в котором криптографические хеши используются для идентификации данных, связи блоков, фиксации данных и обнаружения изменений.

Является ли хеш-блокчейн криптовалютой?

Нет, обычно это выражение обозначает техническую особенность блокчейн-систем, а не конкретную криптовалюту или токен.

Что такое хеш блокчейна?

Хеш блокчейна — это криптографический дайджест фиксированной длины, полученный из данных транзакции, блока, состояния или других данных протокола.

Зачем каждый блок содержит хеш предыдущего блока?

Хеш предыдущего блока связывает новый блок с конкретным родительским и позволяет обнаружить изменения в более ранней истории.

Что произойдет, если данные блокчейна изменятся?

Хеш измененных данных обычно изменится, что может сделать недействительными корни Меркла, ссылки на блоки, доказательства и последующие связи цепочки.

Хеш блока — это то же самое, что хеш транзакции?

Нет, хеш блока идентифицирует блок, а хеш транзакции — конкретную транзакцию.

Что такое корень Меркла?

Корень Меркла — это один хеш, который криптографически обобщает все листья дерева Меркла, например транзакции, включенные в блок.

Можно ли расшифровать хеш блокчейна?

Нет, хеш — это не обычные зашифрованные данные, и его не предназначено расшифровывать с помощью ключа.

Можно ли обратить хеш?

Надежная хеш-функция затрудняет прямое обращение хеша до вычислительной непрактичности, хотя злоумышленники могут проверять вероятные входные значения методом перебора.

Могут ли два входных значения иметь одинаковый хеш?

Теоретически да, но надежная хеш-функция делает поиск практически применимой коллизии вычислительно непрактичным.

Делает ли хеширование транзакции блокчейна приватными?

Нет, хеши обеспечивают идентификацию и целостность, тогда как сведения об общедоступных транзакциях могут оставаться видимыми и отслеживаемыми.

Можно ли украсть криптовалюту с помощью хеша транзакции?

Нет, хеш транзакции не дает приватный ключ или необходимые для расходования криптовалюты полномочия.

Какую хеш-функцию использует Bitcoin?

Bitcoin широко использует SHA-256 и применяет двойное SHA-256 в важных структурах, например при хешировании заголовков блоков.

Использует ли Ethereum SHA-256?

Ethereum может применять SHA-256 для отдельных операций, но в архитектуре уровня исполнения широко используется Keccak-256.

Keccak-256 — это то же самое, что SHA3-256?

Нет, функции тесно связаны, но различаются деталями стандартизации и дают разные результаты для одинаковых входных данных.

Используются ли хеши только в блокчейнах Proof of Work?

Нет, блокчейны Proof of Stake также используют хеши для блоков, транзакций, фиксации состояния, структур Меркла и множества других задач.

Делает ли высокий хешрейт хеши блоков надежнее?

Высокий хешрейт увеличивает число попыток Proof of Work, но не меняет длину выходного значения или основные криптографические свойства хеш-алгоритма.

Гарантирует ли хеш истинность сохраненных данных?

Нет, хеш подтверждает соответствие данных конкретной фиксации, но не доказывает точность или добросовестность исходной информации.

Что такое стойкость к коллизиям?

Стойкость к коллизиям — это свойство, благодаря которому поиск двух разных входных значений с одинаковым хешем становится вычислительно непрактичным.

Что такое стойкость к поиску прообраза?

Стойкость к поиску прообраза делает вычислительно непрактичным поиск входного значения, которое дает выбранный хеш.

Что такое эффект лавины?

Эффект лавины означает, что небольшое изменение входных данных приводит к значительному и непредсказуемому изменению выходного хеша.

Можно ли обновить алгоритмы хеширования блокчейна?

Да, однако изменение основного хеш-алгоритма может потребовать согласованного обновления протокола, узлов, кошельков, оборудования и приложений.

Защищены ли хеши блокчейна от квантовых компьютеров?

Современные квантовые компьютеры не могут практически обратить надежные хеши основных блокчейнов, хотя будущий квантовый поиск может уменьшить некоторые запасы прочности.

Доказывает ли хеш блока, что блок финализирован?

Нет, хеш идентифицирует блок, а подтверждение и финализация зависят от правил консенсуса блокчейна.

Нужен ли обозревателю блоков приватный ключ, чтобы найти хеш?

Нет, хеши блоков и транзакций являются общедоступной информацией, и легитимному обозревателю не нужен приватный ключ или сид-фраза.

Заключение

Хеш-блокчейн лучше всего понимать как архитектуру блокчейна, которая использует криптографические хеши для идентификации, организации, связывания и проверки данных о криптовалютах.

Это неформальный термин: почти все современные блокчейны так или иначе используют хеширование и не относятся к отдельной категории под названием «хеш-блокчейн».

Хеши связывают каждый блок с родительским, позволяя узлам обнаруживать изменения в более ранних записях.

Хеши транзакций идентифицируют транзакции, а хеши блоков — блоки.

Корни Меркла обобщают множество транзакций или значений состояния с помощью одной компактной фиксации.

Доказательства Меркла позволяют проверять выбранные данные без загрузки всех элементов зафиксированного набора.

В сетях Proof of Work поиск хешей также используется для определения того, соответствует ли кандидат в блоки установленной цели.

Сети Proof of Stake не полагаются на хешрейт майнинга, но продолжают использовать хеши в блоках, транзакциях, структурах состояния и сообщениях консенсуса.

Хеширование отличается от шифрования, кодирования и цифровых подписей.

Оно обеспечивает целостность и компактную идентификацию, но само по себе не дает конфиденциальности, авторизации, децентрализации или гарантии достоверности реальной информации.

Связь хешами помогает обнаружить изменения в блокчейне, а правила консенсуса определяют, какую историю цепочки принимают участники.

Надежная хеш-функция должна обеспечивать стойкость к поиску прообраза, второго прообраза и коллизий с учетом способа ее применения.

Разработчикам также необходимо использовать детерминированную сериализацию, правильный порядок байтов, однозначное кодирование, разделение доменов и точный алгоритм, предусмотренный протоколом.

Пользователям важно помнить, что хеши транзакций и блоков — это общедоступные идентификаторы, которые не дают доступа к средствам в криптовалюте.

Ни одному легитимному обозревателю или инструменту проверки не нужна сид-фраза кошелька для поиска общедоступного хеша.

Главная идея хеш-блокчейна заключается в том, что большие и сложные записи можно представить в виде компактных криптографических отпечатков.

Связывая такие отпечатки с помощью блоков, деревьев Меркла, корней состояния и правил консенсуса, сети криптовалют создают общие истории, которые можно независимо проверять и в которых сложно незаметно изменить данные.