آشنایی با تابع هش (Hash Function)

تابع هش، یکی از مفاهیم اساسی در دنیای امنیت سایبری است که به عنوان بنیانی برای ایجاد اینترنتی امن شناخته می‌شود. این توابع، که از جمله مهم‌ترین موضوعات در علم رایانه به شمار می‌روند، نقش محوری در تأمین امنیت استفاده از فضای وب دارند و در تکنولوژی‌های نوین مانند WEB3 بسیار حائز اهمیت هستند. علاوه بر این، توابع هش با استفاده از الگوریتم‌های پیچیده رمزنگاری، به حفظ امنیت داده‌ها و اطلاعات کمک شایانی می‌کنند.

چرا تابع هش مهم است؟

– تضمین امنیت: توابع هش با ایجاد خروجی‌های منحصربه‌فرد برای داده‌های ورودی، از تغییرات ناخواسته یا تخریب‌های احتمالی جلوگیری می‌کنند.

– تأیید اصالت: این توابع به ما امکان می‌دهند تا اصالت داده‌ها را بررسی کنیم، بدون اینکه نیاز به مشاهده محتوای اصلی داده‌ها باشد.

– کاربرد در رمزنگاری: توابع هش در فرآیندهای رمزنگاری و تأیید هویت نقش کلیدی دارند و به ایجاد امنیت لایه‌ای کمک می‌کنند.

نحوه کار تابع هش چگونه است؟

یک تابع هش، داده‌های ورودی را می‌گیرد و یک خروجی ثابت و منحصربه‌فرد تولید می‌کند. این خروجی، که به آن هش گفته می‌شود، حتی اگر تغییر کوچکی در داده‌های ورودی ایجاد شود، به طور کامل متفاوت خواهد بود. این ویژگی، توابع هش را برای تأیید اصالت و تضمین امنیت داده‌ها بسیار مؤثر می‌سازد.

هشینگ چیست؟

هش کردن فرآیند تبدیل داده‌ها – متن، اعداد، فایل‌ها یا هر چیز دیگری به یک رشته با طول ثابت از حروف و اعداد است. داده ها با استفاده از یک الگوریتم خاص به نام تابع هش به این رشته های با طول ثابت یا مقادیر هش تبدیل می شوند.

به عنوان مثال، یک تابع هش که مقادیر هش 32 کاراکتری را ایجاد می کند، همیشه ورودی متن را به یک کد 32 کاراکتری منحصر به فرد تبدیل می کند.

نحوه عملکرد هشینگ

داده های ورودی کلیدی است

داده های ورودی که باید هش شوند به عنوان کلید نیز شناخته می شوند. یک کلید تقریباً در هر قالبی می تواند باشد. این می تواند یک رشته متن، لیستی از اعداد، یک تصویر یا حتی یک فایل برنامه باشد.

تابع هش

بخش مرکزی هر فرآیند هش کردن، تابع هش است که کلید را می گیرد و آن را به یک رشته کاراکتر با طول ثابت تبدیل می کند. اما دقیقاً چگونه کار می کند؟

راز این است که داده ها را به بلوک هایی با اندازه مساوی تقسیم کنیم.

محبوب ترین الگوریتم های هش با اندازه بلوک بین 160 تا 512 بیت کار می کنند. بیت واحد پایه است

از اطلاعات رایانه ای و مربوط به دودویی 0 یا 1 است.

بیایید فرض کنیم که ما با SHA-1 کار می کنیم، یک تابع هش محبوب که با اندازه بلوک های 512 کار می کند.

بیت ها 512 بیت تقریباً برابر با 32 کلمه است، بنابراین اگر یک پیام کوتاه برای هش داشته باشیم، تابع SHA-1 فقط باید یک بار اجرا شود تا یک مقدار هش نهایی ایجاد شود.

البته، بیشتر فایل ها و مجموعه داده ها بسیار بزرگتر از آن هستند، بنابراین الگوریتم تمام داده ها را به قطعات 512 بیتی تقسیم می کند. اگر داده‌های ما 1024 بیت باشد، الگوریتم ابتدا تابع SHA-1 را برای اولین تکه داده اجرا می‌کند، یک مقدار هش تولید می‌کند و سپس این مقدار هش اول را با نیمه دوم داده ترکیب می‌کند تا یک مقدار هش نهایی ایجاد کند.

برای ورودی‌های بزرگ‌تر، فرآیند تا زمانی تکرار می‌شود که تمام قطعات 512 بیتی توسط الگوریتم هش پردازش شوند. یک تابع هش ممکن است یک مجموعه داده یا فایل بزرگ را هزاران یا حتی صدها هزار بار قبل از ایجاد مقدار هش نهایی پردازش کند. به همین دلیل است که الگوریتم های هش برای مؤثر بودن باید کارآمد باشند.

مقدار هش

خروجی نهایی تابع هش مقدار هش است که در حالت ایده آل باید برای هر ورودی منحصر به فرد باشد. مقادیر هش ممکن است فقط یک بار برای احراز هویت داده ها یا امضاهای دیجیتال استفاده شوند، یا ممکن است برای جستجوی آسان در جدول هش ذخیره شوند.

چرا از هش استفاده می شود؟

هشینگ در برنامه های مختلفی از امنیت سایبری گرفته تا بلاک چین و حفظ حریم خصوصی داده ها استفاده می شود. در اینجا چند راه وجود دارد که مردم از هش کردن هر روز استفاده می کنند.

احراز هویت پیام و داده

هش کردن به متخصصان امنیت سایبری کمک می کند تا اطمینان حاصل کنند که داده ها بین فرستنده و گیرنده رهگیری نمی شود.

بیایید وانمود کنیم که هر دو جاسوس هستیم. ما در شهرهای مختلف کار می کنیم، کارهای جاسوسی انجام می دهیم، و از آنجایی که اتصال اینترنتی ایمن نداریم، تنها راه قابل اعتماد برای برقراری ارتباط با یکدیگر، ارسال یادداشت های دستی است.

اما اگر یادداشتی برای شما بفرستم، چگونه می توانیم مطمئن شویم که هیچ کس پیام من را دستکاری نکرده است؟ من می توانم پیام را رمزگذاری کنم، اما اگر شخص دیگری رمزگذاری را کشف کرده باشد، چگونه متوجه شویم که پیام من را رهگیری نکرده و آن را با پیام دیگری جایگزین نکرده است؟

یک راه حل استفاده از یک الگوریتم هش برای تبدیل محتوای پیام من به یک سری کاراکتر است. اگر هر دو بتوانیم پیام من را با الگوریتم هش به یک رشته از کاراکترها تبدیل کنیم، متوجه می شویم که هیچ کس پیام من را در مسیر رسیدن به شما دستکاری نکرده است.

به عبارت دیگر، هش راهی برای احراز هویت داده‌ها یا نشان دادن اینکه داده‌های دریافتی در طول مسیر تغییر نکرده است. هنگامی که در حال دانلود نرم افزار هستید، هش کردن به شما کمک می کند تا اطمینان حاصل کنید که آنچه نصب می کنید کد اصلی است و توسط ویروس، تروجان یا سایر بدافزارها در معرض خطر قرار نمی گیرد.

تشخیص تغییرات در داده ها

هش کردن یک روش برای تبدیل داده‌ها به یک مقدار منحصر به فرد است که با استفاده از آن می‌توان تفاوت‌های بین دو مجموعه داده را به سرعت تشخیص داد. برای مثال، اگر دو پیام داشته باشیم که تقریباً مشابه هستند:

“Meet me at Codecademy HQ on Broadway”

“Meet me at Codecadamy HQ on Broadway”

وقتی از تابع هش MD5 برای هر پیام استفاده می‌کنیم، دو مقدار هش متفاوت تولید می‌شود:

پیام اول: fffceea95d4c8393c77ea617ab942206

پیام دوم: aad9085d26114958742098b18348414e

این تفاوت در مقادیر هش نشان می‌دهد که حتی یک تغییر کوچک در داده‌ها می‌تواند نتیجه هش را به طور کامل تغییر دهد. این ویژگی باعث می‌شود هش کردن برای بررسی تفاوت‌ها در داده‌های بزرگ مانند متن یک کتاب بسیار مفید باشد، زیرا به جای خواندن و مقایسه کل متن، تنها با مقایسه دو مقدار هش می‌توان فهمید آیا تفاوتی وجود دارد یا خیر. این کار باعث صرفه‌جویی در زمان و تلاش می‌شود.

حریم خصوصی داده ها

گاهی اوقات، شما می خواهید اطلاعات حساس را ذخیره و بازیابی کنید. برای مثال، بسیاری از وب‌سایت‌ها رمز عبور واقعی شما را در پایگاه داده ذخیره نمی‌کنند، بلکه در عوض مقدار هش رمز عبور شما را ذخیره می‌کنند. به این ترتیب، اگر شخصی پایگاه داده را هک کند، تمام چیزی که پیدا می کند مقادیر هش است که نمی تواند مستقیماً توسط خودش استفاده شود.

این به ویژه برای صنایع بهداشتی و مالی مفید است. به جای ذخیره اطلاعات قابل شناسایی مستقیم مانند نام یا شماره تامین اجتماعی، پایگاه داده می تواند مقدار هش این اطلاعات را ذخیره کند.

بلاک چین

یکی از محبوب ترین کاربردهای هش، بلاک چین است، به ویژه در مورد ارزهای دیجیتال مانند بیت کوین. ما در اینجا بیشتر به بلاک چین می رویم، اما به عنوان یک بررسی سریع، مجموعه ای دیجیتالی از تراکنش ها یا سوابق مربوط به چیزی است. از آنجایی که همه به داده های یکسانی در یک بلاک چین دسترسی دارند، چگونه همه می توانند مطمئن باشند که هیچ کس هیچ یک از تراکنش های گذشته را تغییر نداده است؟ اینجاست که هش وارد می شود.

در یک بلاکچین، هر رکورد یا تراکنش جدید به عنوان یک بلوک شناخته می‌شود. در مورد بیت‌کوین، یک بلوک شامل مقدار انتقال، زمان‌بندی، و مقدار هش داده‌های بلوک قبلی است. پس اگر کسی سعی کند تاریخچه تراکنش‌ها برای یک واحد بیت‌کوین را تغییر دهد، مقادیر هش تغییر خواهند کرد و تراکنش نامعتبر خواهد بود. هش کردن روشی است که بلاکچین‌ها می‌توانند اصالت و یکپارچگی داده‌ها را زمانی که همه به داده‌های یکسان دسترسی دارند، تضمین کنند.

الگوریتم های هش محبوب

از روزهای اولیه محاسبات دیجیتال، الگوریتم‌های هش مختلفی توسعه یافته‌اند که هر کدام روش‌ها، مزایا و معایب خاص خود را دارند. در اینجا سه ​​الگوریتم هش محبوب که امروزه استفاده می شود.

Message Digest 5 (MD5)

MD5 زمانی رایج ترین الگوریتم هش در روزهای اولیه رمزنگاری کامپیوتری بود. اما، الگوریتم از برخوردهای مکرر رنج می برد، و در حالی که هنوز به طور گسترده در سراسر جهان استفاده می شود، دیگر برای داده های حساس یا محرمانه استفاده نمی شود.

MD5 همچنین به طور قابل توجهی کندتر از الگوریتم های ذکر شده در زیر است، و در حین استفاده از آن، شانس بیشتری برای پایان دادن به یک مقدار هش برای دو ورودی متفاوت وجود دارد.

الگوریتم هش ایمن (SHA)

SHA در واقع به گروهی از الگوریتم های هش اشاره دارد. خانواده توابع هش SHA-2 در اصل توسط آژانس امنیت ملی ایالات متحده (NSA) توسعه داده شد و استانداردی برای هش کردن داده های خصوصی است. در حال حاضر توسط ارزهای دیجیتال و سیا استفاده می شود.

CRC32

هنگامی که هدف اصلی هش کردن صرفاً تشخیص خطاها و تغییرات در داده‌ها باشد، بیشتر افراد با کد بررسی افزونگی چرخه‌ای (CRC) کار می‌کنند. هش کردن با CRC32 همچنین یک راه سریع و آسان برای بررسی یکپارچگی فایل است، به ویژه با فایل های ZIP و فایل های دانلود شده از سرورهای FTP.

نتیجه

بنابراین، هش برای مدیریت کارآمد داده ها و امنیت ضروری است. از الگوریتم‌هایی برای تبدیل داده‌های متنوع به رشته‌ای از کاراکترها با اندازه ثابت استفاده می‌کند که بازیابی سریع داده‌ها را تسهیل می‌کند و یکپارچگی داده را تضمین می‌کند. هش کردن یک ابزار ارزشمند در امنیت سایبری و مدیریت پایگاه داده است اگر شغلی را در زمینه امنیت سایبری دنبال می‌کنید، باید نقش هش در امنیت داده‌ها، یکپارچگی و حریم خصوصی را بدانید. همچنین یک ابزار ارزشمند برای مهندسین Back-End و Data Scientists است.