ハッシュプロセスは、可変入力から定サイズの出力を生成することを含みます。これは、ハッシュ関数と呼ばれる数学的な公式を使用して、アルゴリズムとして実装されます。暗号化に関連していないすべてのハッシュ関数ではありませんが、暗号化ハッシュ関数は暗号通貨の世界で不可欠です。これにより、ブロックチェーンやその他の分散システムは高いデータの整合性とセキュリティを達成できます。従来のハッシュ関数と暗号学的ハッシュ関数は、1つの重要な特性を共有しています。それは、決定的であるということです。これは、入力が変わらない限り、ハッシュアルゴリズムは常に同じ出力(、つまりダイジェストまたはハッシュ)を生成することを意味します。特に、暗号通貨で使用されるハッシュアルゴリズムは、一方向性の関数として設計されており、膨大な時間と計算資源を必要とせずに逆転することが事実上不可能であることを意味します。言い換えれば、入力から結果を得るのは簡単ですが、その逆を行うのは非常に複雑です。一般的に、入力を推測するのが難しいほど、ハッシュアルゴリズムはより安全になります。## ハッシュ関数の機能異なるハッシュ関数は異なるサイズの結果を生成しますが、各ハッシュアルゴリズムの出力サイズは常に一定です。たとえば、SHA-256アルゴリズムは常に256ビットの出力を生成しますが、SHA-1は常に160ビットのダイジェストを生成します。これを説明するために、Bitcoin(で使用されるSHA-256ハッシュアルゴリズム)を「Gate」と「Gate」という言葉に適用しましょう。SHA-256のインプット出力 (256 ビット)ゲート9e14f90f0831e9d9c9f4f90df9e9f90c9f4f90df9e9f9f90c9f4f90df9e9f90c9ゲート1e9d9c9f4f90df9e9f90c9f4f90df9e9f90c9f4f90df9e9f9e9f90c9f4f90df9e9f小さな変化が(大文字から小文字への変更)が全く異なるハッシュ値を生み出す様子を観察してください。しかし、SHA-256を使用すると、出力は常に固定サイズの256ビット(または64文字)になります。入力のサイズに関係なく。また、これら2つの単語をアルゴリズムで処理する回数に関係なく、両方の出力は一定のままです。一方、同じ入力にSHA-1ハッシュアルゴリズムを適用すると、次の結果が得られます:SHA-1 (英語)インプット出力 (160 ビット)ゲートc9f4f90df9e9f90c9f4f90df9e9f90c9f4f90dfゲートf90df9e9f90c9f4f90df9e9f90c9f4f90df9e9SHAの略はSecure Hash Algorithmsを意味し、SHA-0やSHA-1を含む暗号学的ハッシュ関数のセットを指します。SHA-256はSHA-2グループに属し、SHA-512や他のバリエーションとともに存在します。現在、SHA-2およびSHA-3グループのみが安全と見なされています。## ハッシュ関数の重要性従来のハッシュ関数は、データベース検索、ビッグデータ分析、情報管理など、幅広いアプリケーションに使用されています。一方、暗号学的ハッシュ関数は、メッセージ認証やデジタルフィンガープリンティングなど、情報セキュリティアプリケーションで広く使用されています。ビットコインの文脈では、暗号学的ハッシュ関数はマイニングプロセスにおいて重要であり、新しいアドレスや鍵の生成に寄与しています。ハッシュの真の潜在能力は、大量の情報を扱うときに明らかになります。たとえば、大きなファイルやデータセットをハッシュ関数を通じて処理し、その出力を利用してデータの正確性と完全性を迅速に確認することが可能です。これは、ハッシュ関数の決定論的な性質のおかげで実現されます：入力は常にシンプルで簡潔な出力を生成します (hash)。このような技術により、大量の情報を保存して「記憶する」必要がなくなります。特に、ハッシュはブロックチェーン技術において非常に有用です。ビットコインのブロックチェーンは、主にマイニングプロセスでハッシュを使用するいくつかのプロセスを含みます。実際、ほぼすべての暗号通貨プロトコルは、トランザクションをブロックにまとめ、個々のブロック間に暗号リンクを生成するためにハッシュに基づいており、実質的にブロックチェーンを作成しています。## クリプトグラフィックハッシュ関数暗号技術を実装するハッシュ関数は、暗号ハッシュ関数と定義されます。一般的に、暗号ハッシュ関数を破るには相当なブルートフォースの努力が必要です。誰かが暗号ハッシュ関数を「逆転」しようとした場合、正しい出力を得るまで推測と試行を繰り返さなければなりません。しかし、異なる入力がまったく同じ出力を生成することも可能であり、これを「衝突」と呼びます。技術的には、暗号学的ハッシュ関数は安全で効果的と見なされるために3つの特性を満たす必要があります。それらを衝突耐性、前画像耐性、第二前画像耐性として説明できます。この論理を三つの簡潔な文に要約しましょう:- 衝突耐性：異なる二つの入力が同じハッシュを出力することを見つけるのは難しい。- プレイメージ耐性: ハッシュ関数を "逆転" することは難しく、利用可能な出力から入力を推測することはできません (。- セカンドプリイメージ抵抗: 特定の入力と衝突する第二の入力を見つけるのが難しい。)衝突抵抗衝突は、異なる入力が同じハッシュを生成する場合に発生します。したがって、ハッシュ関数は衝突が発生するまで衝突耐性があると見なされます。これらの衝突は、可能な入力が無限であるのに対し、可能な出力が限られているため、すべてのハッシュ関数において常に存在することに留意する必要があります。言い換えれば、ハッシュ関数は衝突耐性があると言われており、衝突を見つける確率が非常に低く、何百万年もの計算を必要とします。したがって、衝突のないハッシュ関数は存在しませんが、一部は非常に強力であり、堅牢であると見なすことができます ###例: SHA-256(。SHAアルゴリズムの中で、SHA-0およびSHA-1グループは衝突が発見されたため、もはや安全とは考えられていません。現在、SHA-2およびSHA-3グループは衝突に対して耐性があると見なされています。) プレイメージ耐性前画像耐性の特性は、単方向関数の概念に関連しています。ハッシュ関数が前画像耐性を持つと見なされるのは、特定の出力を得るために誰かが入力を見つける確率が非常に低い場合です。この特性は前のものとは異なることに注意することが重要です。ここでは攻撃者が利用可能な出力を観察して入力を推測しようとします。一方、コリジョンは、誰かが同じ出力を生成する異なる二つの入力を見つけるときに発生します。どちらの入力が使用されるかは関係ありません。プレイメージ耐性の特性は、データを保護するために非常に便利です。なぜなら、メッセージの単純なハッシュが、その情報を明らかにすることなく、その真実性を示すことができるからです。実際には、多くのサービスプロバイダーやウェブアプリケーションは、平文のパスワードの代わりに、パスワードの結果として得られたハッシュを保存して使用しています。### セカンドプリイメージに対する抵抗要約すると、第二前画像抵抗は前述の2つの特性の間にあると言えます。第二前画像攻撃は、誰かが既知の別の入力と同じ出力を生成する特定の入力を見つけることに成功したときに発生します。言い換えれば、第二前像攻撃は衝突を見つけることですが、同じハッシュを生成する2つのランダムな入力を探すのではなく、特定の別の入力によって生成された同じハッシュを生成する入力を探します。したがって、コリジョン耐性のある任意のハッシュ関数は、第二プレイメージ攻撃にも耐性があります。ただし、コリジョン耐性のある関数に対してもプレイメージ攻撃を実行することは可能であり、これは特定の出力から単一の入力を見つけることを含みます。## マイニングビットコインのマイニングには、残高の確認、入出金トランザクションのリンク、ブロック内のトランザクションをハッシュ化してマークルツリーを形成するなど、ハッシュ関数を含む多くのステップがあります。しかし、ビットコインのブロックチェーンが安全である主要な理由の一つは、マイナーが次のブロックの正しい解を見つけるために膨大な数のハッシュ操作を行わなければならないという事実です。具体的に言えば、マイナーは候補ブロックのハッシュ値を生成する際に、さまざまな異なる入力を試す必要があります。基本的に、特定の数のゼロで始まる出力ハッシュを生成した場合にのみ、そのブロックを検証できます。ゼロの数はマイニングの難易度を決定し、これはネットワークの特定のハッシュレートに応じて変動します。この文脈では、ハッシュレートはビットコインのマイニングに使用される計算能力の量を表します。ネットワークのハッシュレートが増加すると、ビットコインプロトコルは自動的にマイニングの難易度を調整し、ブロックをマイニングするのに必要な平均時間が約10分に保たれるようにします。逆に、いくつかのマイナーが活動を放棄することを決定し、ハッシュレートが劇的に減少すると、マイニングの難易度が調整され、###ブロックの平均時間が再び10分(になるまで、より簡単になります。マイナーが衝突を見つける必要はないことを理解することが重要です。なぜなら、特定の数のゼロで始まる)の有効な出力として生成できるハッシュがたくさんあるからです。したがって、特定のブロックに対して複数の可能な解が存在し、マイナーはマイニングの難易度レベルによって決定された閾値を満たす解を見つける必要があるだけです。ビットコインのマイニングは高コストな作業であるため、マイナーはシステムを欺くインセンティブを持たず、それは大きな経済的損失をもたらすことになります。ブロックチェーンに参加するマイナーが増えれば増えるほど、より大きく、より堅牢になります。## 最終的な振り返りハッシュ機能がコンピュータ科学において基本的なツールであることは疑う余地がありません。特に、大量のデータを扱う際においてはなおさらです。暗号技術と組み合わせることで、ハッシュアルゴリズムは多用途であり、さまざまな形でセキュリティと真正性を提供できます。したがって、暗号学的ハッシュ関数は実質的にすべての暗号通貨ネットワークにとって不可欠であり、その特性と機能を理解することはブロックチェーン技術に興味がある人にとって非常に有用です。
ハッシュ：暗号通貨の基本要素
ハッシュプロセスは、可変入力から定サイズの出力を生成することを含みます。これは、ハッシュ関数と呼ばれる数学的な公式を使用して、アルゴリズムとして実装されます。
暗号化に関連していないすべてのハッシュ関数ではありませんが、暗号化ハッシュ関数は暗号通貨の世界で不可欠です。これにより、ブロックチェーンやその他の分散システムは高いデータの整合性とセキュリティを達成できます。
従来のハッシュ関数と暗号学的ハッシュ関数は、1つの重要な特性を共有しています。それは、決定的であるということです。これは、入力が変わらない限り、ハッシュアルゴリズムは常に同じ出力(、つまりダイジェストまたはハッシュ)を生成することを意味します。
特に、暗号通貨で使用されるハッシュアルゴリズムは、一方向性の関数として設計されており、膨大な時間と計算資源を必要とせずに逆転することが事実上不可能であることを意味します。言い換えれば、入力から結果を得るのは簡単ですが、その逆を行うのは非常に複雑です。一般的に、入力を推測するのが難しいほど、ハッシュアルゴリズムはより安全になります。
ハッシュ関数の機能
異なるハッシュ関数は異なるサイズの結果を生成しますが、各ハッシュアルゴリズムの出力サイズは常に一定です。たとえば、SHA-256アルゴリズムは常に256ビットの出力を生成しますが、SHA-1は常に160ビットのダイジェストを生成します。
これを説明するために、Bitcoin(で使用されるSHA-256ハッシュアルゴリズム)を「Gate」と「Gate」という言葉に適用しましょう。
SHA-256の
インプット
出力 (256 ビット)
ゲート
9e14f90f0831e9d9c9f4f90df9e9f90c9f4f90df9e9f9f90c9f4f90df9e9f90c9
ゲート
1e9d9c9f4f90df9e9f90c9f4f90df9e9f90c9f4f90df9e9f9e9f90c9f4f90df9e9f
小さな変化が(大文字から小文字への変更)が全く異なるハッシュ値を生み出す様子を観察してください。しかし、SHA-256を使用すると、出力は常に固定サイズの256ビット(または64文字)になります。入力のサイズに関係なく。また、これら2つの単語をアルゴリズムで処理する回数に関係なく、両方の出力は一定のままです。
一方、同じ入力にSHA-1ハッシュアルゴリズムを適用すると、次の結果が得られます:
SHA-1 (英語)
インプット
出力 (160 ビット)
ゲート
c9f4f90df9e9f90c9f4f90df9e9f90c9f4f90df
ゲート
f90df9e9f90c9f4f90df9e9f90c9f4f90df9e9
SHAの略はSecure Hash Algorithmsを意味し、SHA-0やSHA-1を含む暗号学的ハッシュ関数のセットを指します。SHA-256はSHA-2グループに属し、SHA-512や他のバリエーションとともに存在します。現在、SHA-2およびSHA-3グループのみが安全と見なされています。
ハッシュ関数の重要性
従来のハッシュ関数は、データベース検索、ビッグデータ分析、情報管理など、幅広いアプリケーションに使用されています。一方、暗号学的ハッシュ関数は、メッセージ認証やデジタルフィンガープリンティングなど、情報セキュリティアプリケーションで広く使用されています。ビットコインの文脈では、暗号学的ハッシュ関数はマイニングプロセスにおいて重要であり、新しいアドレスや鍵の生成に寄与しています。
ハッシュの真の潜在能力は、大量の情報を扱うときに明らかになります。たとえば、大きなファイルやデータセットをハッシュ関数を通じて処理し、その出力を利用してデータの正確性と完全性を迅速に確認することが可能です。これは、ハッシュ関数の決定論的な性質のおかげで実現されます：入力は常にシンプルで簡潔な出力を生成します (hash)。このような技術により、大量の情報を保存して「記憶する」必要がなくなります。
特に、ハッシュはブロックチェーン技術において非常に有用です。ビットコインのブロックチェーンは、主にマイニングプロセスでハッシュを使用するいくつかのプロセスを含みます。実際、ほぼすべての暗号通貨プロトコルは、トランザクションをブロックにまとめ、個々のブロック間に暗号リンクを生成するためにハッシュに基づいており、実質的にブロックチェーンを作成しています。
クリプトグラフィックハッシュ関数
暗号技術を実装するハッシュ関数は、暗号ハッシュ関数と定義されます。一般的に、暗号ハッシュ関数を破るには相当なブルートフォースの努力が必要です。誰かが暗号ハッシュ関数を「逆転」しようとした場合、正しい出力を得るまで推測と試行を繰り返さなければなりません。しかし、異なる入力がまったく同じ出力を生成することも可能であり、これを「衝突」と呼びます。
技術的には、暗号学的ハッシュ関数は安全で効果的と見なされるために3つの特性を満たす必要があります。それらを衝突耐性、前画像耐性、第二前画像耐性として説明できます。
この論理を三つの簡潔な文に要約しましょう:
衝突耐性：異なる二つの入力が同じハッシュを出力することを見つけるのは難しい。
プレイメージ耐性: ハッシュ関数を "逆転" することは難しく、利用可能な出力から入力を推測することはできません (。
セカンドプリイメージ抵抗: 特定の入力と衝突する第二の入力を見つけるのが難しい。
)衝突抵抗
衝突は、異なる入力が同じハッシュを生成する場合に発生します。したがって、ハッシュ関数は衝突が発生するまで衝突耐性があると見なされます。これらの衝突は、可能な入力が無限であるのに対し、可能な出力が限られているため、すべてのハッシュ関数において常に存在することに留意する必要があります。
言い換えれば、ハッシュ関数は衝突耐性があると言われており、衝突を見つける確率が非常に低く、何百万年もの計算を必要とします。したがって、衝突のないハッシュ関数は存在しませんが、一部は非常に強力であり、堅牢であると見なすことができます ###例: SHA-256(。
SHAアルゴリズムの中で、SHA-0およびSHA-1グループは衝突が発見されたため、もはや安全とは考えられていません。現在、SHA-2およびSHA-3グループは衝突に対して耐性があると見なされています。
) プレイメージ耐性
前画像耐性の特性は、単方向関数の概念に関連しています。ハッシュ関数が前画像耐性を持つと見なされるのは、特定の出力を得るために誰かが入力を見つける確率が非常に低い場合です。
この特性は前のものとは異なることに注意することが重要です。ここでは攻撃者が利用可能な出力を観察して入力を推測しようとします。一方、コリジョンは、誰かが同じ出力を生成する異なる二つの入力を見つけるときに発生します。どちらの入力が使用されるかは関係ありません。
プレイメージ耐性の特性は、データを保護するために非常に便利です。なぜなら、メッセージの単純なハッシュが、その情報を明らかにすることなく、その真実性を示すことができるからです。実際には、多くのサービスプロバイダーやウェブアプリケーションは、平文のパスワードの代わりに、パスワードの結果として得られたハッシュを保存して使用しています。
セカンドプリイメージに対する抵抗
要約すると、第二前画像抵抗は前述の2つの特性の間にあると言えます。第二前画像攻撃は、誰かが既知の別の入力と同じ出力を生成する特定の入力を見つけることに成功したときに発生します。
言い換えれば、第二前像攻撃は衝突を見つけることですが、同じハッシュを生成する2つのランダムな入力を探すのではなく、特定の別の入力によって生成された同じハッシュを生成する入力を探します。
したがって、コリジョン耐性のある任意のハッシュ関数は、第二プレイメージ攻撃にも耐性があります。ただし、コリジョン耐性のある関数に対してもプレイメージ攻撃を実行することは可能であり、これは特定の出力から単一の入力を見つけることを含みます。
マイニング
ビットコインのマイニングには、残高の確認、入出金トランザクションのリンク、ブロック内のトランザクションをハッシュ化してマークルツリーを形成するなど、ハッシュ関数を含む多くのステップがあります。しかし、ビットコインのブロックチェーンが安全である主要な理由の一つは、マイナーが次のブロックの正しい解を見つけるために膨大な数のハッシュ操作を行わなければならないという事実です。
具体的に言えば、マイナーは候補ブロックのハッシュ値を生成する際に、さまざまな異なる入力を試す必要があります。基本的に、特定の数のゼロで始まる出力ハッシュを生成した場合にのみ、そのブロックを検証できます。ゼロの数はマイニングの難易度を決定し、これはネットワークの特定のハッシュレートに応じて変動します。
この文脈では、ハッシュレートはビットコインのマイニングに使用される計算能力の量を表します。ネットワークのハッシュレートが増加すると、ビットコインプロトコルは自動的にマイニングの難易度を調整し、ブロックをマイニングするのに必要な平均時間が約10分に保たれるようにします。逆に、いくつかのマイナーが活動を放棄することを決定し、ハッシュレートが劇的に減少すると、マイニングの難易度が調整され、###ブロックの平均時間が再び10分(になるまで、より簡単になります。
マイナーが衝突を見つける必要はないことを理解することが重要です。なぜなら、特定の数のゼロで始まる)の有効な出力として生成できるハッシュがたくさんあるからです。したがって、特定のブロックに対して複数の可能な解が存在し、マイナーはマイニングの難易度レベルによって決定された閾値を満たす解を見つける必要があるだけです。
ビットコインのマイニングは高コストな作業であるため、マイナーはシステムを欺くインセンティブを持たず、それは大きな経済的損失をもたらすことになります。ブロックチェーンに参加するマイナーが増えれば増えるほど、より大きく、より堅牢になります。
最終的な振り返り
ハッシュ機能がコンピュータ科学において基本的なツールであることは疑う余地がありません。特に、大量のデータを扱う際においてはなおさらです。暗号技術と組み合わせることで、ハッシュアルゴリズムは多用途であり、さまざまな形でセキュリティと真正性を提供できます。したがって、暗号学的ハッシュ関数は実質的にすべての暗号通貨ネットワークにとって不可欠であり、その特性と機能を理解することはブロックチェーン技術に興味がある人にとって非常に有用です。