Co to jest Hashowanie? Słowniczek

Hashowanie to proces przekształcania danych wejściowych o dowolnym rozmiarze w unikalny ciąg znaków o ustalonej długości, zwany hashem. Jest szeroko stosowane w technologii informatycznej, m.in. do zabezpieczania haseł, szyfrowania danych oraz w systemach rozproszonych. W artykule wyjaśnimy, na czym polega hashowanie, jakie ma zastosowania oraz dlaczego odgrywa istotną rolę w kontekście cyberbezpieczeństwa.

Co to jest Hashowanie?

Hashowanie to proces, w którym dane wejściowe takie jak tekst, plik czy hasło są przekształcane w ciąg znaków o ustalonej długości, nazywany hashem. W przeciwieństwie do tradycyjnych metod szyfrowania, hashowanie jest operacją jednokierunkową. Oznacza to, że po uzyskaniu hashu nie można go łatwo odwrócić, czyli odzyskać oryginalnych danych, co czyni je niezwykle użytecznym narzędziem w zabezpieczaniu informacji.

Wyobraź sobie, że masz hasło „mojehasło123”. Zamiast przechowywać to hasło w bazie danych w jego pierwotnej formie, system może przekształcić je w hash, czyli coś w rodzaju cyfrowego odcisku palca. Przykładowo, jeśli użyjemy popularnej funkcji hashującej SHA-256, nasze hasło zostanie przekształcone w ciąg znaków, który wygląda mniej więcej tak: „ef92b778baebc6aecd3d348e5ff1da832cf1b7046c6ed60591f14a2e4728a200”. Nawet najmniejsza zmiana w haśle, na przykład zamiana „mojehasło123” na „mojeHasło123”, wygeneruje zupełnie inny hash sprawiając, że hashowanie jest bardzo czułe na zmiany danych wejściowych.

W praktyce hashowanie jest powszechnie stosowane do ochrony haseł użytkowników w systemach informatycznych. Zamiast przechowywać hasło w formie jawnej, system zapisuje jego hash. Dzięki temu, nawet jeśli ktoś uzyska dostęp do bazy danych, zobaczy jedynie te zaszyfrowane ciągi znaków, a nie rzeczywiste hasła. To znacząco utrudnia potencjalnym atakującym odgadnięcie lub odzyskanie oryginalnych haseł.

Hashowanie różni się od tradycyjnych metod szyfrowania tym, że jest nieodwracalne. Podczas gdy metody szyfrowania pozwalają na zaszyfrowanie danych i ich późniejsze odszyfrowanie, hashowanie działa w jedną stronę – od danych do hashu. To sprawia, że jest szczególnie przydatne w sytuacjach, gdzie najważniejsze jest zapewnienie integralności i bezpieczeństwa danych, takich jak przechowywanie haseł czy sprawdzanie integralności plików.

Jakie są rodzaje Hashowania?

Istnieje wiele różnych rodzajów funkcji hashujących, które są używane w różnych kontekstach w zależności od wymagań dotyczących bezpieczeństwa, wydajności i specyficznych zastosowań. Oto kilka głównych rodzajów hashowania:

1. Kryptograficzne funkcje skrótu

Kryptograficzne funkcje hashujące są projektowane tak, aby były odporne na różnego rodzaju ataki, co czyni je szczególnie przydatnymi w kontekście bezpieczeństwa danych. Mają one kilka cech, które sprawiają, że są trudne do złamania:

• Odporność na kolizje: Trudno znaleźć dwa różne zestawy danych, które mają ten sam hash.
• Odporność na preimages: Trudno odgadnąć dane wejściowe na podstawie danego hashu.
• Odporność na ataki drugiego rzędu: Trudno znaleźć drugie dane wejściowe, które dadzą ten sam hash co dane już znane.

Przykłady kryptograficznych funkcji skrótu:

• SHA-256 (Secure Hash Algorithm 256-bit): Często stosowany w kryptografii, w tym w blockchainach i kryptowalutach. SHA-256 generuje 256-bitowy (32-bajtowy) hash.
• SHA-3: Najnowsza wersja rodziny algorytmów SHA, oferująca dodatkowe zabezpieczenia i różnorodność długości hashu.
• MD5 (Message Digest Algorithm 5): Był popularny, ale dziś uznawany za przestarzały z powodu odkrytych podatności na kolizje.
• SHA-1 (Secure Hash Algorithm 1): Kiedyś szeroko stosowany, obecnie również uznawany za niewystarczająco bezpieczny w nowych zastosowaniach.

2. Nie-kryptograficzne funkcje skrótu

Te funkcje hashujące są projektowane głównie z myślą o wydajności, a nie bezpieczeństwie. Stosuje się je tam, gdzie odporność na ataki nie jest krytyczna, ale ważne jest szybkie generowanie hashy.

Przykłady nie-kryptograficznych funkcji skrótu:

• MurmurHash: Wydajna funkcja skrótu, często stosowana w systemach indeksowania danych, takich jak tablice skrótów.
• CityHash: Zaprojektowany przez Google, używany w systemach przetwarzania danych w celu szybkiego generowania hashy.
• FNV (Fowler-Noll-Vo): Prosta i szybka funkcja hashująca używana do szybkiego hashowania ciągów znaków.

3. Funkcje skrótu o wydłużonym kluczu (HMAC)

HMAC (Hashed Message Authentication Code) to technika, która łączy funkcję hashującą z kluczem kryptograficznym. Używana jest do zapewnienia integralności i autentyczności wiadomości. HMAC jest często stosowany w protokołach komunikacyjnych, takich jak TLS (Transport Layer Security), do zabezpieczania przesyłanych danych.

Przykład:

• HMAC-SHA256: Używa funkcji SHA-256 wraz z kluczem kryptograficznym do generowania hashu, który można zweryfikować przez odbiorcę mającego ten sam klucz.

4. Funkcje skrótu dla przechowywania haseł

Te funkcje hashujące są specjalnie zaprojektowane do bezpiecznego przechowywania haseł użytkowników. Są odporne na ataki takie jak brute force dzięki zastosowaniu technik takich jak salting i iteracje.

Przykłady:

• bcrypt: Funkcja hashująca, która stosuje salting oraz wiele iteracji, co czyni ją odporną na ataki brute force.
• scrypt: Podobna do bcrypt, ale dodatkowo wymaga znacznej ilości pamięci, co utrudnia ataki z użyciem dedykowanego sprzętu.
• PBKDF2 (Password-Based Key Derivation Function 2): Funkcja stosująca iteracje i salting, używana w różnych standardach, np. w systemie haseł Windows.

5. Funkcje skrótu dla danych wielkich

W systemach przetwarzania dużych ilości danych, takich jak systemy Big Data, czasami używa się funkcji hashujących do szybkiego hashowania dużych wolumenów danych, aby umożliwić efektywną indeksację i wyszukiwanie.

Przykład:

• MurmurHash3: Często używany w systemach takich jak Apache Hadoop do szybkiego hashowania ogromnych zbiorów danych.

Każdy rodzaj hashowania ma swoje specyficzne zastosowanie, od zabezpieczania haseł po szybkie przetwarzanie danych. Wybór odpowiedniej funkcji hashującej zależy od konkretnego zastosowania i wymagań dotyczących bezpieczeństwa, wydajności oraz niezawodności.

Jakie jest zastosowanie hashowania?

Hashowanie znajduje szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach technologii informatycznej, głównie ze względu na swoją zdolność do tworzenia unikalnych, trudnych do podrobienia i nieodwracalnych „odcisków palca” dla danych. Przykłady zastosowań hashowania:

1. Zabezpieczanie haseł: Jednym z najczęstszych zastosowań hashowania jest przechowywanie haseł użytkowników w bazach danych. Zamiast zapisywać hasło w postaci jawnej, system przechowuje jego hash. Gdy użytkownik wprowadza swoje hasło podczas logowania, system hash’u je ponownie i porównuje wynik z przechowywanym hashem. Dzięki temu, nawet jeśli baza danych zostanie przejęta, rzeczywiste hasła użytkowników pozostają bezpieczne, ponieważ nie można łatwo odwrócić procesu hashowania, by odzyskać oryginalne hasła.
2. Weryfikacja integralności danych: Hashowanie jest często używane do sprawdzania, czy dane nie zostały zmodyfikowane. Na przykład, podczas pobierania pliku z internetu, można porównać hash pobranego pliku z hashem udostępnionym przez dostawcę. Jeśli hashe się zgadzają, oznacza to, że plik nie został zmieniony w trakcie przesyłania. To zastosowanie jest powszechne w systemach kontroli wersji, gdzie hashe są używane do identyfikacji i porównywania wersji plików.
3. Kryptografia i podpisy cyfrowe: Hashowanie jest również podstawą wielu technik kryptograficznych, w tym podpisów cyfrowych. W tym przypadku hashowanie jest używane do tworzenia unikalnego identyfikatora dokumentu lub wiadomości, który jest następnie szyfrowany za pomocą klucza prywatnego nadawcy. Odbiorca może odszyfrować ten podpis cyfrowy kluczem publicznym nadawcy i porównać z obliczonym hashem otrzymanej wiadomości, aby upewnić się, że wiadomość nie została zmieniona i pochodzi od właściwego nadawcy.
4. Tablice skrótów i wydajność wyszukiwania: W programowaniu hashowanie jest stosowane w strukturach danych takich jak tablice skrótów (hash tables), które umożliwiają szybkie wyszukiwanie danych. Klucz jest przekształcany w hash, który następnie służy jako indeks w tablicy. Dzięki temu operacje takie jak wyszukiwanie, dodawanie lub usuwanie elementów mogą być wykonywane bardzo szybko, niezależnie od liczby przechowywanych elementów.
5. Generowanie unikalnych identyfikatorów: Hashowanie jest używane do generowania unikalnych identyfikatorów dla obiektów w systemach komputerowych. Na przykład, systemy kontroli wersji używają hashy do jednoznacznego identyfikowania poszczególnych wersji plików lub całych projektów, co ułatwia zarządzanie zmianami i synchronizację między różnymi wersjami.
6. Blockchain i kryptowaluty: W technologii blockchain, na której opierają się kryptowaluty, hash funkcjonuje jako sposób zabezpieczania transakcji i zapewniania niezmienności danych. Każdy blok w łańcuchu zawiera hash poprzedniego bloku, co tworzy silne powiązanie między blokami i sprawia, że modyfikacja danych w jednym bloku jest praktycznie niemożliwa bez modyfikacji wszystkich kolejnych bloków.

Te przykłady pokazują, że hashowanie odgrywa ważną rolę w zapewnianiu bezpieczeństwa i efektywności w wielu obszarach technologii informatycznej.

Podsumowanie

Hashowanie to fundamentalna technika stosowana w informatyce, która umożliwia przekształcanie danych w unikalne, nieodwracalne ciągi znaków. Dzięki temu odgrywa kluczową rolę w zabezpieczaniu haseł, weryfikacji integralności danych, kryptografii, a także w efektywnym zarządzaniu danymi poprzez struktury takie jak tablice skrótów. Hashowanie jest również podstawą technologii blockchain, która zapewnia bezpieczeństwo i niezmienność transakcji. Jego szerokie zastosowanie sprawia, że jest to niezastąpione narzędzie w ochronie informacji i efektywnym przetwarzaniu danych w nowoczesnych systemach komputerowych.