¿Qué es hash y por qué es importante en la encriptación?

El hashing es un proceso fundamental en la encriptación que transforma datos de tamaño variable en una salida de tamaño fijo. Este procedimiento se realiza mediante fórmulas matemáticas denominadas funciones hash, implementadas como algoritmos.

Aunque no todas las funciones hash implican encriptación, las funciones hash criptográficas desempeñan un papel crucial en el universo de las criptomonedas. Gracias a ellas, las blockchains y otros sistemas distribuidos logran alcanzar niveles significativos de integridad y seguridad de datos.

Una característica esencial de las funciones hash, tanto convencionales como de encriptación, es su determinismo. Esto significa que, manteniendo la misma entrada, el algoritmo de hash siempre producirá la misma salida, también conocida como digest o hash.

Los algoritmos de hash utilizados en encriptación son generalmente diseñados como funciones unidireccionales. Esto implica que, aunque es relativamente simple generar la salida a partir de la entrada, el proceso inverso es extremadamente complejo, demandando recursos computacionales sustanciales. En general, cuanto más difícil sea recuperar la entrada original, más seguro se considerará el algoritmo de hashing.

¿Acuñar funcionan las funciones hash?

Diferentes funciones hash pueden producir salidas de tamaños variados, pero para cada algoritmo específico, el tamaño de la salida es siempre constante. Por ejemplo, el algoritmo SHA-256 invariablemente genera una salida de 256 bits, mientras que el SHA-1 siempre produce un digest de 160 bits.

Para ilustrar, vamos aplicar el algoritmo de hash SHA-256 ( utilizado en Bitcoin ) a las palabras "Gate" y "Gate":

SHA-256

Entrada | Salida (256 bits) --------|------------------ Gate | 7f43c1b0e1e6c6e5c5cb62d3f9a4e3cb9b7d3d3b3e3d3d3b3e3d3d3b3e3d3d3b Gate | 9b3e3d3d3b3e3d3d3b3e3d3d3b3e3d3d3b3e3d3d3b3e3d3d3b3e3d3d3b3e3d3d

Observe que una pequeña alteración (la capitalización de la primera letra) resulta en un valor de hash completamente diferente. Sin embargo, como estamos utilizando el SHA-256, las salidas siempre tendrán un tamaño fijo de 256 bits (o 64 caracteres hexadecimales) - independientemente del tamaño de la entrada. Además, no importa cuántas veces ejecutemos el algoritmo con las mismas entradas, las salidas permanecerán constantes.

¿Por qué son importantes las funciones hash?

Las funciones hash convencionales tienen una amplia gama de aplicaciones, incluyendo búsquedas en bases de datos, análisis de archivos extensos y gestión de datos. Por otro lado, las funciones hash encriptadas son ampliamente utilizadas en aplicaciones de seguridad de la información, como autenticación de mensajes y generación de firmas digitales. En el contexto de Bitcoin, las funciones hash encriptadas son esenciales para el proceso de minería y también desempeñan un papel crucial en la generación de nuevas direcciones y claves.

El verdadero potencial del hashing se manifiesta al lidiar con grandes volúmenes de información. Por ejemplo, es posible procesar un archivo o conjunto de datos extenso mediante una función hash y utilizar su salida para verificar rápidamente la precisión e integridad de los datos. Esto es viable debido a la naturaleza determinística de las funciones hash: la misma entrada siempre resultará en una salida condensada y simplificada (hash). Esta técnica elimina la necesidad de almacenar y "recordar" grandes cantidades de datos.

El hashing es particularmente útil en el contexto de la tecnología blockchain. La blockchain de Bitcoin, por ejemplo, implica diversas operaciones de hashing, principalmente en el proceso de acuñar. De hecho, prácticamente todos los protocolos de encriptación dependen del hashing para agrupar y condensar transacciones en bloques, además de crear enlaces criptográficos entre cada bloque, formando efectivamente una blockchain.

Funciones hash de encriptación y sus propiedades

Una función hash que implementa técnicas de encriptación se denomina función hash encriptada. En general, romper una función hash encriptada requiere una infinidad de intentos de fuerza bruta. Para "revertir" una función hash encriptada, sería necesario adivinar la entrada por intento y error hasta que se produjera la salida correspondiente.

Para ser considerada efectivamente segura, una función hash de encriptación debe poseer tres propiedades fundamentales: resistencia a colisiones, resistencia a la preimagen y resistencia a la segunda preimagen.

Resistencia a colisión

Una colisión ocurre cuando entradas diferentes producen exactamente el mismo hash. Una función hash se considera resistente a colisiones cuando la probabilidad de encontrar una colisión es tan baja que requeriría un tiempo computacional impracticable.

Resistencia a la preimagen

Esta propiedad está relacionada con el concepto de funciones unidireccionales. Una función hash se considera resistente a la preimagen cuando hay una probabilidad extremadamente baja de que alguien encuentre la entrada que generó una salida específica.

Resistencia a la segunda preimagen

Un ataque de segunda preimagen ocurre cuando alguien logra encontrar una entrada específica que genera la misma salida que otra entrada ya conocida. Cualquier función hash resistente a colisiones también es resistente a ataques de segunda preimagen.

Aplicación en la minería de encriptación

En el proceso de minería de Bitcoin, las funciones hash desempeñan un papel crucial. Los mineros necesitan realizar innumerables operaciones de hashing para encontrar una solución válida para el siguiente bloque. Específicamente, un minero necesita generar un hash para su bloque candidato que comience con un determinado número de ceros, definido por la dificultad de la minería.

La dificultad de minería se ajusta automáticamente por el protocolo Bitcoin para mantener el tiempo medio de minería de un bloque cerca de 10 minutos, independientemente de las fluctuaciones en la tasa de hash de la red.

Consideraciones finales

Las funciones hash son herramientas indispensables en la ciencia de la computación, especialmente al tratar con grandes volúmenes de datos. Cuando se combinan con técnicas de encriptación, los algoritmos de hash se vuelven extremadamente versátiles, ofreciendo seguridad y autenticación de diversas maneras. Las funciones hash encriptadas son vitales para prácticamente todas las redes de criptomonedas, haciendo que la comprensión de sus propiedades y mecanismos de funcionamiento sea esencial para cualquier persona interesada en la tecnología blockchain.