Qu'est-ce que le hash et pourquoi est-il important dans le chiffrement ?

Le hachage est un processus fondamental dans le chiffrement qui transforme des données de taille variable en une sortie de taille fixe. Cette procédure est réalisée par le biais de formules mathématiques appelées fonctions de hachage, mises en œuvre sous forme d'algorithmes.

Bien que toutes les fonctions de hachage n'impliquent pas le chiffrement, les fonctions de hachage cryptographiques jouent un rôle crucial dans l'univers des cryptomonnaies. Grâce à elles, les blockchains et d'autres systèmes distribués parviennent à atteindre des niveaux significatifs d'intégrité et de sécurité des données.

Une caractéristique essentielle des fonctions de hachage, tant conventionnelles qu'en chiffrement, est leur déterminisme. Cela signifie que, en maintenant la même entrée, l'algorithme de hachage produira toujours la même sortie, également connue sous le nom de digest ou hash.

Les algorithmes de hachage utilisés dans les monnaies numériques sont généralement conçus comme des fonctions unidirectionnelles. Cela implique que, bien qu'il soit relativement simple de générer la sortie à partir de l'entrée, le processus inverse est extrêmement complexe, nécessitant des ressources informatiques substantielles. En général, plus il est difficile de récupérer l'entrée originale, plus l'algorithme de hachage sera considéré comme sécurisé.

Comment fonctionnent les fonctions de hachage ?

Différentes fonctions de hachage peuvent produire des sorties de tailles variées, mais pour chaque algorithme spécifique, la taille de la sortie est toujours constante. Par exemple, l'algorithme SHA-256 génère invariablement une sortie de 256 bits, tandis que le SHA-1 produit toujours un hachage de 160 bits.

Pour illustrer, nous allons appliquer l'algorithme de hachage SHA-256 ( utilisé dans le Bitcoin ) aux mots "Gate" et "Gate":

SHA-256

Entrée | Sortie (256 bits) --------|------------------ Gate | 7f43c1b0e1e6c6e5c5cb62d3f9a4e3cb9b7d3d3b3e3d3d3b3e3d3d3b3e3d3d3b Gate | 9b3e3d3d3b3e3d3d3b3e3d3d3b3e3d3d3b3e3d3d3b3e3d3d3b3e3d3d3b3e3d3d

Notez qu'un petit changement (dans la capitalisation de la première lettre) entraîne une valeur de hachage complètement différente. Cependant, comme nous utilisons le SHA-256, les sorties auront toujours une taille fixe de 256 bits (ou 64 caractères hexadécimaux) - quel que soit la taille de l'entrée. De plus, peu importe combien de fois nous exécutons l'algorithme avec les mêmes entrées, les sorties resteront constantes.

Pourquoi les fonctions de hachage sont-elles importantes ?

Les fonctions de hachage conventionnelles ont un large éventail d'applications, y compris les recherches dans les bases de données, l'analyse de fichiers volumineux et la gestion des données. D'autre part, les fonctions de hachage chiffrement sont largement utilisées dans des applications de sécurité de l'information, telles que l'authentification des messages et la génération de signatures numériques. Dans le contexte du Bitcoin, les fonctions de hachage chiffrement sont essentielles pour le processus de mint et jouent également un rôle crucial dans la génération de nouvelles adresses et clés.

Le véritable potentiel du hachage se manifeste lorsqu'il s'agit de traiter de grands volumes d'informations. Par exemple, il est possible de traiter un fichier ou un ensemble de données volumineux à l'aide d'une fonction de hachage et d'utiliser sa sortie pour vérifier rapidement la précision et l'intégrité des données. Cela est possible en raison de la nature déterministe des fonctions de hachage : la même entrée produira toujours une sortie condensée et simplifiée (hash). Cette technique élimine la nécessité de stocker et de "se souvenir" de grandes quantités de données.

Le hachage est particulièrement utile dans le contexte de la technologie blockchain. La blockchain de Bitcoin, par exemple, implique diverses opérations de hachage, principalement dans le processus de minage. En effet, pratiquement tous les protocoles de monnaies numériques dépendent du hachage pour regrouper et condenser les transactions en blocs, ainsi que pour créer des liens cryptographiques entre chaque bloc, formant ainsi efficacement une blockchain.

Fonctions de hachage et leurs propriétés

Une fonction de hachage qui implémente des techniques de chiffrement est appelée fonction de hachage cryptographique. En général, casser une fonction de hachage cryptographique nécessite une infinité de tentatives de force brute. Pour "inverser" une fonction de hachage cryptographique, il serait nécessaire de deviner l'entrée par essais et erreurs jusqu'à ce que la sortie correspondante soit produite.

Pour être considérée comme effectivement sécurisée, une fonction de hachage de chiffrement doit posséder trois propriétés fondamentales : résistance aux collisions, résistance à la pré-image et résistance à la seconde pré-image.

Résistance aux collisions

Une collision se produit lorsque des entrées différentes produisent exactement le même hash. Une fonction de hash est considérée comme résistante aux collisions lorsque la probabilité de trouver une collision est si faible qu'elle nécessiterait un temps de calcul impraticable.

Résistance à la pré-image

Cette propriété est liée au concept de fonctions unidirectionnelles. Une fonction de hachage est considérée comme résistante à la pré-image lorsqu'il y a une probabilité extrêmement faible que quelqu'un trouve l'entrée qui a généré une sortie spécifique.

Résistance à la seconde pré-image

Une attaque de seconde pré-image se produit lorsque quelqu'un parvient à trouver une entrée spécifique qui génère la même sortie qu'une autre entrée déjà connue. Toute fonction de hachage résistant aux collisions est également résistante aux attaques de seconde pré-image.

Application dans le minage de chiffrement

Dans le processus de minage de Bitcoin, les fonctions de hachage jouent un rôle crucial. Les mineurs doivent effectuer d'innombrables opérations de hachage pour trouver une solution valide au prochain bloc. Plus précisément, un mineur doit générer un hachage pour son bloc candidat qui commence par un certain nombre de zéros, défini par la difficulté de minage.

La difficulté de minage est automatiquement ajustée par le protocole Bitcoin pour maintenir le temps moyen de minage d'un bloc proche de 10 minutes, indépendamment des fluctuations du taux de hachage du réseau.

Considérations finales

Les fonctions de hachage sont des outils indispensables en informatique, en particulier lorsqu'il s'agit de gérer de grands volumes de données. Lorsqu'elles sont combinées avec des techniques de chiffrement, les algorithmes de hachage deviennent extrêmement polyvalents, offrant sécurité et authentification de diverses manières. Les fonctions de hachage cryptographiques sont vitales pour pratiquement tous les réseaux de crypto-monnaies, rendant la compréhension de leurs propriétés et mécanismes de fonctionnement essentielle pour quiconque s'intéresse à la technologie blockchain.