Hàm băm là gì? Tầm quan trọng của hàm băm

null

1. Hàm băm (hash) là gì?

Băm là quá trình chuyển đổi đầu vào gồm các chữ cái và ký tự có kích thước không cố định để tạo đầu ra có kích thước cố định; bằng cách sử dụng các công thức toán học như các hàm băm (được thực hiện dưới dạng các thuật toán băm) và rất cần thiết để quản lý blockchain trong tiền điện tử.

Không phải hàm băm nào cũng sử dụng mật mã hóa, tuy nhiên cái gọi là hàm băm mật mã hóa chính là cốt lõi của tiền mã hóa. Nhờ chúng mà blockchain và các hệ thống phân tán khác có thể đạt được tính toàn vẹn và bảo mật của dữ liệu ở mức độ cao.

Các thuật toán băm của tiền mã hóa thông thường được thiết kế như các hàm băm một chiều, nghĩa là chúng không thể chuyển đổi trở lại một cách dễ dàng mà không phải mất nhiều thời gian tính toán và tài nguyên. Nói cách khác, có thể dễ dàng tạo kết quả đầu ra từ dữ liệu đầu vào, tuy nhiên không thể chuyển đổi theo hướng ngược lại. Việc tìm được dữ liệu đầu vào càng khó khăn, thì tính bảo mật của thuật toán băm đó càng cao.

2. Hàm băm hoạt động như thế nào?

Bản chất của một cryptocurrency là blockchain - sổ kế toán toàn cầu được hình thành bằng cách liên kết khối với nhau riêng biệt của dữ liệu giao dịch. Hash (Băm) yêu cầu xử lý dữ liệu từ một khối thông qua hàm toán học, dẫn đến kết quả đầu ra có độ dài cố định. Sử dụng đầu ra này sẽ tăng tính bảo mật vì bất kỳ ai cố gắng giải mã hàm băm sẽ không thể biết đầu vào dài hay ngắn chỉ bằng cách nhìn vào độ dài của đầu ra.

Giải quyết hàm băm về cơ bản là giải quyết một vấn đề toán học phức tạp và bắt đầu với dữ liệu có sẵn trong tiêu đề khối. Mỗi tiêu đề khối chứa một số phiên bản, dấu thời gian, hàm băm được sử dụng trong khối trước đó, hàm băm của Merkle Root, nonce.

Công cụ khai thác tập trung vào nonce - một chuỗi số. Số này được gắn vào nội dung được băm của khối trước đó, sau đó chính nó được băm. Nếu hàm băm mới này nhỏ hơn hoặc bằng giá trị băm mục tiêu, thì nó được chấp nhận làm giải pháp, người khai thác được trao phần thưởng và khối được thêm vào blockchain. Quá trình xác nhận cho các giao dịch blockchain dựa trên dữ liệu được mã hóa bằng cách sử dụng băm thuật toán.

Việc giải hàm băm yêu cầu người khai thác xác định chuỗi nào sẽ sử dụng làm chuỗi không, chính nó yêu cầu một số lượng đáng kể thử và sai. Điều này là do nonce là một chuỗi ngẫu nhiên.

Hàm băm lấy một phần dữ liệu và xáo trộn nó theo cách phức tạp đến mức trong thực tế, việc đảo ngược là gần như không thể.

Hàm băm biến đoạn dữ liệu thành mã nhị phân, chỉ là 1 và 0. Sau đó, nó chia các con số thành các phần và liên tục áp dụng một hàm tính toán. Kết quả cuối cùng thường là một chuỗi gồm 64 kí tự gồm các chữ và số.

Khi ai đó cố gắng đảo ngược quy trình, nó tạo ra số lượng kết quả tăng theo cấp số nhân. Giống như bạn đang cố gắng tìm ra một con đường qua kính vạn hoa. Điều này có nghĩa là, để một máy tính hack nó, nó sẽ cần có khả năng tính toán nhiều phép tính hơn mức cần thiết để đảo ngược được hàm băm.

2.1. Hàm băm mật mã

Hàm băm mật mã là một lớp hàm băm đặc biệt có các thuộc tính khác nhau. Có một số thuộc tính nhất định mà hàm băm mật mã cần phải có để được coi là an toàn:

2.2. Deterministic – Xác định

Điều này có nghĩa là cho dù bạn có phân tích cú pháp thông qua một đầu vào cụ thể bao nhiêu lần thông qua hàm băm, bạn sẽ luôn nhận được kết quả tương tự. Điều này rất quan trọng bởi vì nếu bạn nhận được các giá trị băm khác nhau mỗi lần thì sẽ không thể theo dõi đầu vào.

2.3. Quick Computation – Tính toán nhanh

Hàm băm phải có khả năng trả về hàm băm của đầu vào một cách nhanh chóng. Nếu quá trình không đủ nhanh thì hệ thống sẽ không hiệu quả.

2.4. Pre-Image Resistance – Kháng hình ảnh trước

Những trạng thái kháng ảnh trước nào là H (A) đã cho là không thể xác định A, trong đó A là đầu vào và H (A) là băm đầu ra. Lưu ý việc sử dụng từ không thể tin được, thay vào đó là không thể. Chúng tôi đã biết rằng không thể xác định đầu vào ban đầu từ giá trị băm của nó. Hãy lấy một ví dụ.

Giả sử bạn đang gieo xúc xắc và đầu ra là hàm băm của số xuất phát từ xúc xắc. Làm thế nào bạn có thể xác định số ban đầu là gì? Thật đơn giản, tất cả những gì bạn phải làm là tìm ra giá trị băm của tất cả các số từ 1-6 và so sánh. Vì các hàm băm là xác định, nên hàm băm của một đầu vào cụ thể sẽ luôn giống nhau, vì vậy bạn chỉ cần so sánh các giá trị băm và tìm ra đầu vào ban đầu.

Nhưng điều này chỉ hoạt động khi lượng dữ liệu nhất định là rất ít. Điều gì xảy ra khi bạn có một lượng dữ liệu khổng lồ? Giả sử bạn đang xử lý hàm băm 128 bit. Phương pháp duy nhất mà bạn phải tìm ra đầu vào ban đầu là bằng cách sử dụng phương thức brute-force mạnh mẽ. Phương pháp Brute-force về cơ bản có nghĩa là bạn phải chọn một đầu vào ngẫu nhiên, băm nó và sau đó so sánh đầu ra với băm mục tiêu và lặp lại cho đến khi bạn tìm thấy một kết quả khớp.

3. Tầm quan trọng của hàm băm

Các hàm băm truyền thống có nhiều trường hợp sử dụng, bao gồm tra cứu cơ sở dữ liệu, phân tích tệp lớn và quản lý dữ liệu. Hơn nữa, các hàm băm mật mã còn được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng bảo mật thông tin, như xác thực thông điệp và dấu vân tay kỹ thuật số. Khi được sử dụng trong Bitcoin, các hàm băm mật mã là một phần thiết yếu của quá trình đào và cũng góp phần tạo ra các địa chỉ và khóa mới.

Về bản chất, băm là một công cụ mạnh mẽ khi cần xử lý một lượng thông tin lớn. Chúng ta có thể chạy một tệp hoặc tập dữ liệu lớn thông qua hàm băm, sử dụng kết quả đầu ra từ của nó để nhanh chóng xác minh tính chính xác và tính toàn vẹn của dữ liệu. Nhờ vào kỹ thuật này, sẽ không còn phải lưu trữ và “ghi nhớ” một lượng thông tin lớn nữa.

Băm được coi là quy trình vô cùng hữu ích trong công nghệ blockchain. Trên thực tế, gần như tất cả các giao thức tiền mã hóa đều dựa vào băm để liên kết và rút gọn các nhóm giao dịch thành các khối và cũng để tạo ra các liên kết mật mã giữa mỗi khối, tạo ra một blockchain một cách hiệu quả.

4. Ứng dụng của hash

Bảo mật dữ liệu

Mã hóa mật khẩu: Hash được sử dụng để mã hóa mật khẩu trong các hệ thống lưu trữ dữ liệu. Khi người dùng đăng nhập, mật khẩu của họ được băm và so sánh với giá trị băm đã lưu trữ, đảm bảo rằng mật khẩu gốc không bao giờ bị lộ.

Blockchain

Tạo khối (block): Trong blockchain, mỗi khối chứa một giá trị băm của khối trước đó, tạo thành một chuỗi liên kết an toàn. Điều này giúp đảm bảo tính toàn vẹn và bảo mật của dữ liệu trên blockchain.
Bằng chứng công việc (Proof of Work): Các thợ đào (miners) trong blockchain cần giải quyết các bài toán phức tạp để tìm ra giá trị băm phù hợp, giúp xác minh và thêm các khối mới vào chuỗi.

Kiểm tra tính toàn vẹn của dữ liệu

Phát hiện thay đổi dữ liệu: Hash có thể được sử dụng để kiểm tra xem dữ liệu có bị thay đổi hay không. Bằng cách so sánh giá trị băm của dữ liệu ban đầu và dữ liệu hiện tại, ta có thể xác định xem dữ liệu có bị sửa đổi không mong muốn.

5. Các thuật toán băm phổ biến

Các thuật toán hash phổ biến — *Các thuật toán băm nổi tiếng*

MD5 (Message Digest Algorithm 5): Một trong những hàm băm phổ biến nhất, nhưng hiện tại được coi là không an toàn đối với các ứng dụng bảo mật nghiêm ngặt.
SHA-1 (Secure Hash Algorithm 1): Từng được sử dụng rộng rãi nhưng hiện tại cũng bị coi là không an toàn đối với các ứng dụng đòi hỏi bảo mật cao.
SHA-256 (Secure Hash Algorithm 256-bit): Một thuật toán băm mạnh mẽ và an toàn, thường được sử dụng trong blockchain và các ứng dụng bảo mật hiện đại.

6. Tương lai của hàm hash

Hiện tại với sự phát triển của công nghệ thông tin, không có gì là không thể bị hack, tuy nhiên hàm băm đã gần chạm đến giới hạn đó. Ở thời điểm hiện tại, sẽ mất hàng triệu hoặc hàng tỷ năm để hack một hàm băm. Tuy nhiên, vẫn còn đó những mối lo ngại về máy tính lượng tử. Điều này có thể phá vỡ các hàm băm được sử dụng bởi Bitcoin.

7. Kết luận

MEV là một khái niệm phức tạp nhưng rất quan trọng trong thế giới blockchain. Hiểu rõ về MEV giúp bạn nhận thức được các rủi ro và cơ hội liên quan đến việc khai thác giá trị từ các giao dịch blockchain. Đồng thời, việc nắm bắt các giải pháp hạn chế MEV sẽ giúp cải thiện sự ổn định và minh bạch của hệ sinh thái blockchain.

Đọc thêm: