Хэш сумма что это

Обновлено: 07.07.2024

Криптографическая хеш-функция, хеш, хеширование,об этом вы сегодня много чего узнаете, а это важно для целостного понимания устройства работы блокчейна!

Слово хеш происходит от английского «hash», одно из значений которого трактуется как путаница или мешанина. Собственно, это довольно полно описывает реальное значение этого термина. Часто еще про такой процесс говорят «хеширование», что опять же является производным от английского hashing (рубить, крошить, спутывать и т.п.). Появился этот термин в середине прошлого века среди людей занимающихся обработках массивов данных и Хеш-функция позволяла привести любой массив данных к числу заданной длины. Проще всего хеширование представить как шифр. Берется какой-нибудь текст, шифруется по определенной системе, где на выходе получается билиберда. Эту билиберду можно превратить обратно в текст, если вы знаете, как именно билиберду шифровали. Например, берем цифру 5, шифруем ее, например умножаем на 4, и получаем 20. Если разделить 20 на 4, получим исходную информацию — 5.В данном случае ключем к расшифровке является цифра 4 Буквенные шифры работают сложнее. И чтобы зашифровать текст Можно каждой букве присвоить свой номер, и таким образом зашифровать текст в виде набора чисел. Также можно сдвинуть алфавит на два символа влево и получить трудночитаемый набор букв. Или же записать текст азбукой Морзе и получить последовательность точек и тире. Кстати, азбука Морзе вам ничего не напоминает? Если Морзе кодировал буквы и цифры последовательностью точек и тире, то наши компьютеры кодируют все единицами и нулями. Одно значение (единица или ноль) называется битом. Если присвоить каждой букве латинского алфавита порядковый номер, то для передачи одной буквы понадобиться всего 4 бита. Учитывая пробелы, прописные и заглавные буквы и разные символы, получается 7 бит или один байт с нулем в начале. Так Почему же для передачи и хранения цифровых данных выбрали аналог морзянки, а не что-то вычурное? Потому что компьютеры работают на электричестве. Если по кабелю не течет ток — компьютер регистрирует ноль. Если течет — единицу. Все просто. А при мощности современного интернета, по кабелям можно надежно передавать 100 миллионов бит в секунду и даже больше Но, что будет, если компьютер на мгновение подвиснет и пропустит несколько единичек и нулей? Информация, которую он примет после подвисания, может оказаться нечитаемой. Для расшифровки битов в понятные нам буквы нужен полный и последовательный набор битов, иначе вместо оригинального текста компьютер получит нечитаемый массив из битов.

Что такое хэш сумма.

Хэширование Bitcoin SHA-256

Как уже было сказано, функция эта должна уметь приводить любой объем цифровых двоичных данных к числу заданной длины (по сути это сжатие до битовой последовательности заданной длины хитрым способом).
При этом малейшее изменение (хоть на один бит) входных данных должно приводить к полному изменению хеша., то есть к лавинному эффекту
Также Хеш функция должна быть стойкой к обратной операции, т.е. вероятность восстановления исходных данных по хешу должна быть весьма низкой, хотя это сильно зависит от задействованных над задачей обратного преобразования вычислительных мощностей
Еще В идеале хеш функция должна иметь как можно более низкую вероятность возникновения коллизий. Согласитесь, что не круто будет, если из разных массивов данных будут часто получаться одни и те же значения хэша
Также Хорошая хеш-функция не должна сильно нагружать железо при своем исполнении. От этого сильно зависит скорость работы системы на ней построенной. И хеш функций много и всегда имеется компромисс между скоростью работы и качеством получаемого результата.
И еще очень желательно, чтобы Алгоритм работы функции должен быть открытым, чтобы любой желающий мог бы оценить ее криптостойкость, т.е. вероятность восстановления начальных данных по выдаваемому хешу.

Все это обязательные условия хорошей хеш функции и Хеширование очень важно для работы блокчейна. Как вы возможно знаете, все, что записано в блокчейне, уже никак нельзя изменить или удалить. А все потому, что данные в блокчейн записываются в виде хеш-суммы всего блока. А хеш-сумма блока рассчитывается с использованием хеш-суммы предыдущего блока, то есть исходная информация блока состоит не только от его содержания, но и в том числе и из хеш суммы предыдущего блока и поэтому Малейшее изменение данных в старом блоке вызовет эффект лавины, и блокчейн просто отбросит блок со странной хеш-суммой. Именно поэтому никто и никогда не смог взломать Биткоин. И именно поэтому советуют подождать шесть подтверждений в сети, чтобы сформировалось шесть и больше блоков, ведь вероятность, что один майнер посчитает шесть и больше блоков ничтожно мала, поэтому чем больше прошло времени и подтверждений после транзакции в сети биткоин, тем надежнее можно считать эту транзакцию. И это все связано с майнингом, который так-же основан на хешировании.

Сегодня я хотел бы рассказать о том, что из себя представляет хеш-функция, коснуться её основных свойств, привести примеры использования и в общих чертах разобрать современный алгоритм хеширования SHA-3, который был опубликован в качестве Федерального Стандарта Обработки Информации США в 2015 году.

Общие сведения

Криптографическая хеш-функция - это математический алгоритм, который отображает данные произвольного размера в битовый массив фиксированного размера.

Для идеальной хеш-функции выполняются следующие условия:

Давайте сразу рассмотрим пример воздействия хеш-функции SHA3-256.

Число 256 в названии алгоритма означает, что на выходе мы получим строку фиксированной длины 256 бит независимо от того, какие данные поступят на вход.

На рисунке ниже видно, что на выходе функции мы имеем 64 цифры шестнадцатеричной системы счисления. Переводя это в двоичную систему, получаем желанные 256 бит.

Любой заинтересованный читатель задаст себе вопрос: "А что будет, если на вход подать данные, бинарный код которых во много раз превосходит 256 бит?"

Ответ таков: на выходе получим все те же 256 бит!
Дело в том, что 256 бит - это соответствий, то есть различных входов имеют свой уникальный хеш.
Чтобы прикинуть, насколько велико это значение, запишем его следующим образом:

Надеюсь, теперь нет сомнений в том, что это очень внушительное число!

Поэтому ничего не мешает нам сопоставлять длинному входному массиву данных массив фиксированной длины.

Свойства

Криптографическая хеш-функция должна уметь противостоять всем известным типам криптоаналитических атак.
В теоретической криптографии уровень безопасности хеш-функции определяется с использованием следующих свойств:

Pre-image resistance

Second pre-image resistance

Имея заданное входное значение , должно быть сложно найти другое входное значение такое, что

Collision resistance

Давайте чуть более подробно поговорим о каждом из перечисленных свойств.

Несмотря на то, что хеш-функций без коллизий не существует, некоторые из них достаточно надежны и считаются устойчивыми к коллизиям.

Second pre-image resistance. Это свойство называют сопротивлением второму прообразу. Для упрощения можно сказать, что это свойство находится где-то посередине между двумя предыдущими. Атака по нахождению второго прообраза происходит, когда злоумышленник находит определенный вход, который генерирует тот же хеш, что и другой вход, который ему уже известен. Другими словами, злоумышленник, зная, что пытается найти такое, что

Отсюда становится ясно, что атака по нахождению второго прообраза включает в себя поиск коллизии. Поэтому любая хеш-функция, устойчивая к коллизиям, также устойчива к атакам по поиску второго прообраза.

Неформально все эти свойства означают, что злоумышленник не сможет заменить или изменить входные данные, не меняя их хеша.

В частности, хеш-функция должна вести себя как можно более похоже на случайную функцию, оставаясь при этом детерминированной и эффективно вычислимой.

Применение хеш-функций

Рассмотрим несколько достаточно простых примеров применения хеш-функций:

• Верификация пароля
Проверка пароля обычно использует криптографические хеши. Хранение всех паролей пользователей в виде открытого текста может привести к массовому нарушению безопасности, если файл паролей будет скомпрометирован. Одним из способов уменьшения этой опасности является хранение в базе данных не самих паролей, а их хешей. При выполнении хеширования исходные пароли не могут быть восстановлены из сохраненных хеш-значений, поэтому если вы забыли свой пароль вам предложат сбросить его и придумать новый.

• Цифровая подпись
Подписываемые документы имеют различный объем, поэтому зачастую в схемах ЭП подпись ставится не на сам документ, а на его хеш. Вычисление хеша позволяет выявить малейшие изменения в документе при проверке подписи. Хеширование не входит в состав алгоритма ЭП, поэтому в схеме может быть применена любая надежная хеш-функция.

Предлагаю также рассмотреть следующий бытовой пример:

Алиса ставит перед Бобом сложную математическую задачу и утверждает, что она ее решила. Боб хотел бы попробовать решить задачу сам, но все же хотел бы быть уверенным, что Алиса не блефует. Поэтому Алиса записывает свое решение, вычисляет его хеш и сообщает Бобу (сохраняя решение в секрете). Затем, когда Боб сам придумает решение, Алиса может доказать, что она получила решение раньше Боба. Для этого ей нужно попросить Боба хешировать его решение и проверить, соответствует ли оно хеш-значению, которое она предоставила ему раньше.

Теперь давайте поговорим о SHA-3.

Национальный институт стандартов и технологий (NIST) в течение 2007—2012 провёл конкурс на новую криптографическую хеш-функцию, предназначенную для замены SHA-1 и SHA-2.

Организаторами были опубликованы некоторые критерии, на которых основывался выбор финалистов:

Способность противостоять атакам злоумышленников

• Производительность и стоимость

Вычислительная эффективность алгоритма и требования к оперативной памяти для программных реализаций, а также количество элементов для аппаратных реализаций

• Гибкость и простота дизайна

Гибкость в эффективной работе на самых разных платформах, гибкость в использовании параллелизма или расширений ISA для достижения более высокой производительности

В финальный тур попали всего 5 алгоритмов:

Победителем и новым SHA-3 стал алгоритм Keccak.

Давайте рассмотрим Keccak более подробно.

Keccak

Хеш-функции семейства Keccak построены на основе конструкции криптографической губки, в которой данные сначала «впитываются» в губку, а затем результат Z «отжимается» из губки.

Любая губчатая функция Keccak использует одну из семи перестановок которая обозначается , где

перестановки представляют собой итерационные конструкции, состоящие из последовательности почти одинаковых раундов. Число раундов зависит от ширины перестановки и задаётся как где

В качестве стандарта SHA-3 была выбрана перестановка Keccak-f[1600], для неё количество раундов

Далее будем рассматривать

Давайте сразу введем понятие строки состояния, которая играет важную роль в алгоритме.

Строка состояния представляет собой строку длины 1600 бит, которая делится на и части, которые называются скоростью и ёмкостью состояния соотвественно.

Соотношение деления зависит от конкретного алгоритма семейства, например, для SHA3-256

В SHA-3 строка состояния S представлена в виде массива слов длины бит, всего бит. В Keccak также могут использоваться слова длины , равные меньшим степеням 2.

Алгоритм получения хеш-функции можно разделить на несколько этапов:

• Строка P делится на n блоков длины

• «Впитывание»: каждый блок дополняется нулями до строки длиной бит (b = r+c) и суммируется по модулю 2 со строкой состояния , далее результат суммирования подаётся в функцию перестановки и получается новая строка состояния , которая опять суммируется по модулю 2 с блоком и дальше опять подаётся в функцию перестановки . Перед началом работы криптографической губки все элементыравны 0.

• «Отжимание»: пока длина результата меньше чем , где - количество бит в выходном массиве хеш-функции, первых бит строки состояния добавляется к результату . После каждой такой операции к строке состояния применяется функция перестановок и данные продолжают «отжиматься» дальше, пока не будет достигнуто значение длины выходных данных .

Все сразу станет понятно, когда вы посмотрите на картинку ниже:

Функция дополнения

Функция перестановок

Базовая функция перестановки состоит из раундов по пять шагов:

Тета, Ро, Пи, Хи, Йота

Далее будем использовать следующие обозначения:

Так как состояние имеет форму массива , то мы можем обозначить каждый бит состояния как

Обозначим результат преобразования состояния функцией перестановки

Также обозначим функцию, которая выполняет следующее соответствие:

- обычная функция трансляции, которая сопоставляет биту бит ,

где - длина слова (64 бит в нашем случае)

Я хочу вкратце описать каждый шаг функции перестановок, не вдаваясь в математические свойства каждого.

Шаг

Эффект отображения можно описать следующим образом: оно добавляет к каждому биту побитовую сумму двух столбцов и

Схематическое представление функции:

Шаг

Отображение направлено на трансляции внутри слов (вдоль оси z).

Проще всего его описать псевдокодом и схематическим рисунком:

Шаг

Шаг представляется псевдокодом и схематическим рисунком:

Шаг

Шаг является единственный нелинейным преобразованием в

Псевдокод и схематическое представление:

Шаг

Отображение состоит из сложения с раундовыми константами и направлено на нарушение симметрии. Без него все раунды были бы эквивалентными, что делало бы его подверженным атакам, использующим симметрию. По мере увеличения раундовые константы добавляют все больше и больше асимметрии.

Ниже приведена таблица раундовых констант для бит

Все шаги можно объединить вместе и тогда мы получим следующее:

Где константы являются циклическими сдвигами и задаются таблицей:

Итоги

В данной статье я постарался объяснить, что такое хеш-функция и зачем она нужна
Также в общих чертах мной был разобран принцип работы алгоритма SHA-3 Keccak, который является последним стандартизированным алгоритмом семейства Secure Hash Algorithm

Наверное не поверите, но до сих пор не знал, что такое хеш-сумма файла, зачем и как её замерять .

Что такое хеш-сумма файла

Допустим, что их скачал с разных сайтов. Как видите, совершенно одинаковое название и расширение, но кроме этого сходства, у этих инсталляторов может быть схожий до последнего байта размер.

Такой изменённый файл можно распространять в сети Интернет под видом официального, белого и пушистого.

Кстати, идеального антивируса не существует и ваш Защитник может подвести в любой момент, если не знали.

Как же проверить подлинность любого файла, как его идентифицировать со 100% гарантии? Сравнить его хеш-сумму (контрольную сумму)!

Файлы с одинаковым хешем являются абсолютно идентичными, даже если у них разное название или расширение.

Алгоритмы (стандарты) расчёта хеш-суммы файла

Очень и очень просто. Сейчас вмонтируем в Проводник Windows специальный инструмент для вычисления и проверки этой контрольной суммы файла.

Нам поможет абсолютно бесплатная, для личного использования, компьютерная программа под названием HashTab.

Вот такое простое средство для дополнительной защиты от вирусов. Теперь знаете, что такое хеш-сумма файла, зачем и как её замерять. До новых полезных компьютерных программ и интересных приложений на Андроид.

Для проверки целостности файлов применяются хэш-суммы, позволяющие путем сравнения отследить изменения или повреждения в файле.

Что такое целостность файла?

Хэш сумма представляет собой простую последовательность символов, которая должна совпадать у проверяемых объектов. В случае несовпадения контрольных сумм становится понятно, что файл подвергался изменению или повреждению.

Зачем проверять целостность файла?

Полная идентичность контрольной суммы гарантирует, что файл не был несанкционированным образом изменен посторонним пользователем, а также является подтверждением того, что скачиваемые файлы являются точной копией исходных.

Проведение данной процедуры необходимо для проверки целостности загружаемых файлов, чтобы обезопасить свое устройство и убедиться в том, что злоумышленники их не модифицировали, заразив вирусами. Хэш-функция применяется для файлов любых типов, включая установщики EXE и архивы ZIP.

Хакеры могут взломать интернет-ресурс, на котором размещен файл для скачивания, а затем подменить его на зараженный и изменить контрольные суммы, указанные разработчиком программы.

Как можно проверить целостность файла?

Для проверки контрольных сумм файлов можно воспользоваться специальными программами. Можно проверить целостность файла онлайн или прибегнуть к использованию встроенного инструмента в командной строке Windows, который называется CertUtil.

Чтобы выполнить проверку по алгоритму MD5, нужно ввести в командную строку следующее:

после чего указать путь к файлу, который необходимо проверить. После этого останется запустить выполнение команды с помощью клавиши Enter.

Что такое хэш суммы md5?

Это специальный криптографический алгоритм хэширования, состоящий из 32 шестнадцатеричных цифр и букв. Используется во многих файлах и сервисах. Существуют другие подобные алгоритмы, например, SHA.

Как проверить хэш-сумму MD5 с помощью программы Solid Explorer?

Данная программа предназначена для удобного управления файлами. Этот файловый менеджер имеет расширенный функционал, позволяющий выполнять различные действия с файлами. С его помощью можно обеспечить защиту файлов на основе надежного шифрования с помощью пароля и отпечатка пальца.

Данное приложение поддерживает основные сетевые протоколы и подключение к облачным хранилищам. Также можно получить Root-права для доступа к корневому каталогу. Есть функции группировки файлов по папкам и индексированный поиск.

Процесс установки на Android выглядит следующим образом:

Зайти в Play Market и вписать в поиск название приложения.
Запустить загрузку путем нажатия на кнопку « Установить ».
Приступить к настройкам приложения и управлению хранилищем.

Есть ли другие подобные решения

Если требуется быстро проверить целостность файла, но нет доступа к специализированному программному обеспечению, можно открыть вкладку « Свойства » двух сверяемых файлов и провести сравнение величины их размера в байтах. Если величины совпадают, то файл, скорее всего, не подвергался внесению каких-либо изменений.

Также можно инсталлировать бесплатную программу Hashtab с официального сайта разработчика. Для этого необходимо выполнить следующие действия:

Перейти по ссылке и нажать на кнопку Download для начала процесса установки.
В контекстном меню проводника Windows появится новая вкладка под названием « Хэш-суммы файлов ».
Открыв ее, можно будет посчитать контрольные суммы для выбранного файла.
В настройках можно будет указать требуемые алгоритмы для проверки целостности файла.

Еще одним способом проверки совпадения хэш-суммы является использование языков веб-программирования для написания специализированного скрипта.

Советы и выводы

Подводя итоги можно сказать, что проверка хэш-сумм позволяет максимально достоверно определить отсутствие модификаций в проверяемых файлах. Для ее проведения можно прибегнуть к использованию стандартных средств операционной системы Windows или установить стороннюю специализированную программу.

Дайте знать, что вы думаете по этой теме материала в комментариях. За комментарии, дизлайки, отклики, лайки, подписки огромное вам спасибо!

Пожалуйста, оставьте ваши мнения по текущей теме материала. За комментарии, дизлайки, отклики, лайки, подписки огромное вам спасибо!

Читайте также: