O conceito de hashing é central para a ciência da computação e a criptografia. Esse processo pode pegar qualquer entrada, como uma sequência de texto, e transformá-la em uma sequência de caracteres de tamanho fixo que geralmente aparece como uma combinação aleatória de letras e números. Este resultado é chamado de código hash ou valor hash. Hashing tem diversas aplicações práticas, incluindo assinaturas digitais, tecnologia blockchain e manutenção de registros, entre outras. Entenda o hashing e sua importância no mundo digital atual neste artigo abrangente.
Introdução ao hash
Na verdade, o hash envolve pegar uma entrada e usar uma função matemática para obter uma saída que tenha algum comprimento definido. Um tipo de cálculo realizado por algoritmos conhecidos como funções hash faz essa operação. Por vários motivos, as funções hash são muito úteis em muitas áreas relacionadas à informática. Descobrir funções hash e suas características principais é o nosso assunto neste artigo:
Características importantes das funções hash Determinísticas: A saída de uma função hash deve sempre ser idêntica aos seus dados de entrada; portanto, o valor de hash resultante nunca mudará, não importa quantas vezes você execute o mesmo procedimento de hash nos mesmos dados.
Independentemente da quantidade de informações contidas nos dados de entrada, a função hash sempre fornece um resultado de saída com número igual de bits ou bytes para todas as entradas fornecidas a ela, como SHA-256, que produz hashes de 256 bits (32 bytes), independentemente de comprimentos de entrada.
Eficiência: aplicativos em tempo real são mais adequados para hashing porque calculam hashes rapidamente para cada entrada fornecida.
Garantindo que não seja possível descobrir que detalhe original levaria a essa forma exata depois que seu valor tiver sido obtido, uma vez que não queremos que ninguém o relacione à minha imagem novamente antes de eu mostrar-lhes esta imagem.
Deveria ser quase impossível encontrar duas entradas diferentes que produzissem os mesmos valores de hash, o que é chamado de resistência à colisão. Esta propriedade é necessária para integridade de dados e prevenção de conflitos.
O valor do hash deve ser completamente diferente se os dados de entrada mudarem um pouco, isso também é conhecido como Efeito Avalanche. Quando tais alterações são feitas em uma entrada, a segurança é aprimorada de tal forma que sempre resultará em outro novo hash
Visão geral do hash
Um algoritmo de hash seguro de 256 bits (SHA-256) será usado para fins ilustrativos na compreensão do hash. Por exemplo, pode-se usar “Hello, World!” como um exemplo simples de string de entrada. A seguinte saída resulta após executar esta string por meio do SHA-256:
Pouca modificação na entrada leva a uma grande variação no valor hash, o que demonstra a natureza determinística e o efeito avalanche das funções hash.
Usos de hash
Hashing tem muitas aplicações em vários subcampos da ciência da computação e segurança da informação. Aqui estão alguns exemplos comuns:
Garantindo a integridade dos dados
Muitas vezes, o hashing ocorre onde a verificabilidade da integridade dos dados se torna importante para garantir que os dados transmitidos não foram alterados ou adulterados, portanto, comparar os originais e os recebidos pode fazer isso verificando seus hashes correspondentes. Na maioria das práticas de distribuição de software, por exemplo, é comum adicionar valores de hash como somas de verificação MD5 ou SHA-256 aos arquivos baixados.
Arquivo de dados seguro
A coisa mais importante em qualquer sistema que exija autenticação de usuário é manter as senhas seguras. As senhas não são armazenadas em formato de texto simples, mas sim os sistemas armazenam os valores hash das senhas. O verificador de valor hash de um sistema compara isso com a senha inserida pelo usuário fornecida durante o processo de login. Esta propriedade garante que mesmo quando o valor do hash estiver comprometido, será difícil recuperar a senha devido ao seu atributo de resistência pré-imagem.
Certificados e Assinaturas Eletrônicas
O hash sustenta certificados e também assinaturas digitais. Para que as assinaturas digitais garantam que um documento ou mensagem de comunicação seja genuíno e não tenha sido adulterado, elas usam funções hash para criar representações exclusivas. A criptografia de e-mail e os certificados SSL/TLS (Secure Socket Layer) são dois exemplos de seu uso generalizado em comunicações seguras.
Tipos de função hash de criptografia
Os aplicativos de segurança têm sido os principais impulsionadores do desenvolvimento da função de hashing criptográfico. As funções de hashing criptográfico mais famosas incluem
Depois de muitos anos de uso extensivo, o Algoritmo Message Digest 5 (MD5) perdeu sua credibilidade porque pode ser facilmente manipulado por aqueles que o decifram.
Algoritmo Hash Seguro 1 (SHA-1): Assim como o MD5, o SHA-1 é atualmente considerado desatualizado, pois pode ser facilmente hackeado.
Esses dois algoritmos que foram amplamente adotados para várias formas de criptografia e hoje são considerados seguros são SHA-256 e SHA-3, respectivamente.
Ativos Digitais e Tecnologia Blockchain
Hashing suporta criptomoedas como Bitcoin usado em blockchains. Quando cada bloco contém um valor hash do anterior, uma cadeia inalterável de blocos é criada na tecnologia blockchain. Isso protege o blockchain, uma vez que a alteração de qualquer bloco exigiria a alteração também de todos os blocos subsequentes, tornando isso computacionalmente impossível. A mineração de criptomoedas também requer a resolução de problemas matemáticos complexos usando algoritmos hash.
Recuperação de dados com tabelas hash
Outras estruturas de dados, como tabelas hash, também fazem uso extensivo de hashes. Uma tabela hash usa uma função hash para gerar um índice em uma coleção de buckets ou slots para recuperar um valor. As tabelas hash são frequentemente usadas na criação de matrizes associativas e bancos de dados, pois suportam recuperação, inserção e exclusão rápida de dados.
Coisas importantes a serem observadas
Embora tenha seus pontos fortes, o hashing pode apresentar alguns desafios. Estas coisas devem ser levadas em conta:
Colisões e vulnerabilidades de segurança
Apesar dos melhores esforços das funções hash criptográficas para minimizar essas chances, colisões ainda são possíveis. A probabilidade de tais ataques aumenta exponencialmente com o poder computacional. É por isso que MD5 e SHA-1, dois algoritmos de hash mais antigos, permanecem inseguros hoje.
Custos associados às operações
A sobrecarga de computação pode ocorrer resultante do hash, ainda mais se algoritmos de hash criptográfico fortes forem aplicados. Isto sacrifica o desempenho em detrimento da segurança, especialmente em ambientes com recursos limitados.
Computação em nível quântico
A computação quântica pode representar uma ameaça aos algoritmos de hash criptográficos existentes. Quando comparadas aos computadores normais, as máquinas quânticas podem ter a capacidade de quebrar essas funções mais rapidamente do que elas. Atualmente, há intensa pesquisa em andamento sobre o desenvolvimento de tipos de funções hash que resistirão à computação quântica.
Para concluir,
Hashing é um conceito essencial em ciência da computação e criptografia que permite acesso rápido aos dados, garantia de integridade dos dados e proteção dos dados quando armazenados. O determinismo define o comprimento de saída e a resistência à colisão coloca o armazenamento de senhas, assinaturas digitais, blockchain ou mesmo sistema de recuperação entre muitas outras áreas onde pode ser utilizado para esse fim
O aumento da importância das funções hash tem sido bastante significativo com o avanço da tecnologia, levando a novos desenvolvimentos e melhorias nas técnicas criptográficas. Qualquer pessoa que procure carreiras em ciência da computação, segurança cibernética ou comunicações digitais precisa saber sobre hashing e seus usos. O uso de hashing pode resultar na construção de sistemas digitais mais confiáveis, eficientes e seguros.