ブロックチェーンハッシュアルゴリズムとは何ですか？ハッシュアルゴリズムのセキュリティに関する議論

ブロックチェーンにおけるハッシュアルゴリズムの役割を理解する

ハッシュアルゴリズムは、入力（または「メッセージ」）を取得し、固定サイズのバイト文字列を返す暗号化関数です。通常、16進数として表される出力は、ハッシュ値または消化として知られています。ブロックチェーンテクノロジーでは、ハッシュアルゴリズムは、データの整合性、不変性、セキュリティを確保するための基礎となっています。各ブロックには、前のブロックのハッシュが含まれており、ブロックの安全なチェーンが作成されます。

ブロックチェーンシステムで最も一般的に使用されるハッシュアルゴリズムの1つはSHA-256で、これは安全なハッシュアルゴリズム256ビットを表しています。国家安全保障局（NSA）によって開発され、Bitcoinのプロトコルで広く採用されています。 SHA-256の決定論的な性質により、同じ入力が常に同じ出力を生成することを保証し、データの一貫性を検証するのに理想的です。

どのようにハッシュすると、ブロックチェーンのデータの整合性が保証されます

ハッシュ関数は、ブロックチェーンに保存されているデータの整合性を維持する上で重要な役割を果たします。ブロック内のすべてのトランザクションは、単一のルートハッシュで頂点に達し、マークルツリー構造に結合されます。トランザクションの一部がわずかに変更された場合、結果として生じるハッシュは、暗号化ハッシュ関数の重要な特性である雪崩効果のために完全に異なります。

変化に対するこの感度は、トランザクションで単一の文字を変更すると、ブロック全体とチェーン内のすべてのブロックが無効になることを意味します。したがって、許可されていない変更はすぐに検出可能になります。このメカニズムは、中央当局が取引を監督しない分散型ネットワークへの信頼を強化します。

暗号化ハッシュ関数のセキュリティプロパティ

暗号化ハッシュ関数は、ブロックチェーンでの使用に適しているために、いくつかの重要なセキュリティプロパティを満たす必要があります。

• イメージ前の抵抗：ハッシュ値hを与えられた場合、ハッシュ（m）= hなどの入力メッセージを見つけることは計算上無効でなければなりません。
• 2番目の前イメージ抵抗：入力M1を考えると、ハッシュ（M1）=ハッシュ（M2）など、別の入力M2≠M1を見つけることは困難なはずです。
• 衝突抵抗：ハッシュ（M1）=ハッシュ（M2）など、2つの異なる入力M1とM2を見つけるのは難しいはずです。

これらのプロパティにより、ハッシュ関数は、ブルートフォースや誕生日攻撃など、さまざまな形態の攻撃に耐性があることを保証します。これらの保証がなければ、ブロックチェーンの不変性と信頼モデルは崩壊します。

ブロックチェーンシステムで使用される一般的なハッシュアルゴリズム

SHA-256はBitcoinで使用されているため、最も有名なハッシュアルゴリズムのままですが、他のブロックチェーンプラットフォームは、設計目標に応じて異なるハッシュ関数を採用しています。

• Keccak-256： Ethereumは、ハッシュ操作にSHA-3のこのバリアントを使用しています。 SHA-256と同様のセキュリティ保証を提供しますが、内部構造は異なります。
• Scrypt： Litecoinおよびその他の暗号通貨はScryptを使用しています。Scryptはメモリ集約的で、ASICマイニングに抵抗するように設計されています。
• X11： DASHは、セキュリティとエネルギー効率を強化するために、11の異なるアルゴリズムを含むチェーンハッシュアプ​​ローチを使用します。

各アルゴリズムには、特定のパフォーマンスとセキュリティの要件に合わせた独自の機能があります。適切なハッシュ関数を選択すると、地方分権化の目標、特殊なハードウェアに対する抵抗、計算効率などの要因に依存します。

ハッシュアルゴリズムの潜在的な脆弱性とリスク

その堅牢性にもかかわらず、ハッシュアルゴリズムは脆弱性の影響を受けません。時間が経つにつれて、コンピューティングパワーと暗号化の進歩は、以前に安全なアルゴリズムを弱める可能性があります。たとえば、 MD5とSHA-1は、かつて安全であると見なされると、衝突攻撃が成功したために非推奨になりました。

ブロックチェーンでは、単一のハッシュ関数への依存は、その関数が損なわれた場合にリスクをもたらします。 SHA-256やKeccak-256などの現在の基準は既知の攻撃に対して安全なままですが、研究者は潜在的な弱点について継続的に評価します。量子コンピューティングは、実用的な量子攻撃はまだ実現可能ではありませんが、古典的なハッシュ関数に対する理論的脅威も提起します。

これらのリスクを緩和するために、ブロックチェーン開発者は、多くの場合、複数の層の暗号化を組み込んだり、後四半期の抵抗を提供する新しいアルゴリズムを採用したりします。暗号化プロトコルの定期的な監査と更新は、長期的なセキュリティを維持するのに役立ちます。

よくある質問

Q：誰かがSHA-256で衝突を見つけた場合はどうなりますか？ SHA-256で衝突が発見された場合、多くのブロックチェーンシステム、特にBitcoinのセキュリティが損なわれます。このような発見は、代替ハッシュアルゴリズムへの広範な移行を引き起こす可能性があります。

Q：ハッシュアルゴリズムは既存のブロックチェーンでアップグレードできますか？はい、ブロックチェーンはアップグレードを実装して、ハードフォークと呼ばれるプロセスを介してハッシュアルゴリズムを切り替えることができます。ただし、これにはネットワーク参加者の間でコンセンサスが必要であり、互換性の問題が発生する場合があります。

Q：なぜ一部のブロックチェーンが複数のハッシュ関数を使用するのですか？複数のハッシュ関数を使用すると、単一の障害点に関連するリスクを減らすことにより、セキュリティが増加します。 1つのアルゴリズムが損なわれている場合、他のアルゴリズムがシステムを保護します。

Q：ハッシュは、仕事の証明システムの採掘にどのように貢献しますか？鉱夫は、さまざまな非CE値でヘッダーを繰り返しハッシュし、ターゲットのしきい値を下回るハッシュを見つける。このプロセスは、中央当局を必要とせずにネットワークを確保し、トランザクションを検証します。