Hashing Nedir?

Hem geleneksel hem de kriptografik hash fonksiyonları deterministiktir. Deterministik olması bir hashing algoritmasının girdi değişmediği müddetçe her zaman aynı çıktıyı (hash ya da özet olarak bilinir) vereceği anlamına gelir.

Kripto paraların hashing algoritmaları tipik olarak tek yönlü fonksiyonlar şeklinde tasarlanmıştır, yani çok büyük miktarlarda hesaplama süresi ve kaynak harcanmadan tersine çevrilemez. Diğer bir deyişle, girdiden çıktı yaratmak oldukça kolay olsa da diğer yönde işlem yapmak zordur (yalnızca çıktıya dayanarak girdiyi oluşturmak). Genel olarak girdiyi bulmak ne kadar zorsa, hashing algoritmasının da o kadar güvenli olduğu kabul edilir.

Bir hash fonksiyonu nasıl çalışır?

Farklı hash fonksiyonları farklı büyüklüklerde çıktı yaratır fakat her bir hashing algoritması için olası çıktı büyüklüğü her zaman sabittir. Örneğin, SHA-256 algoritması yalnızca 256 bit çıktılar üretebilirken SHA-1 her zaman 160-bitlik bir özet yaratır.

Örnek olarak, "Binance" ve "binance" kelimelerini SHA-256 hashing algoritmasından geçirelim (Bitcoin'de kullanılan).

Çok küçük bir farkın (ilk harfin büyük ya da küçük olması) nasıl tamamen farklı bir hash değeri yarattığına dikkat edin. Fakat biz SHA-256 kullandığımız için, çıktılar her zaman sabit 256 bit (ya da 64 karakter) boyutunda olur - girdi boyutundan bağımsız olarak. Ayrıca, bu iki kelimeyi algoritmadan kaç kere geçirirsek geçirelim, iki çıktı her zaman aynı kalacaktır.

Bunun aksine, aynı girdileri SHA-1 hashing algoritmasından geçirirsek şu sonuçları elde ederiz:

Buradaki önemli nokta, SHA'nın Güvenli Hash Algoritmasının (Secure Hash Algoritm) kısaltması olmasıdır. SHA-0 ve SHA-1 algoritmalarıyla birlikte SHA-2 ve SHA-3 gruplarını dahil eden kriptografik hash fonksiyonları grubunu ifade eder. SHA-256, SHA-512 ve diğer varyantlarla birlikte SHA-2 grubunun bir parçasıdır. Şu anda yalnızca SHA-2 ve SHA-3 grupları güvenli olarak kabul edilir.

Hashing Fonksiyonları Neden Önemlidir?

Hashingin asıl gücü çok büyük miktarlarda bilgiyle başa çıkılması gerektiğinde ortaya çıkar. Örneğin, bir kişi büyük bir dosya ya da veri setini hash fonksiyonu ile çalıştırabilir ve daha sonra bu fonksiyonun çıktısını kullanarak verinin doğruluğunu ve bütünlüğünü hızla doğrulayabilir. Bunu yapmak hash fonksiyonunun deterministik doğası sayesinde mümkün olur: girdi her zaman basitleştirilmiş, yoğunlaştırılmış bir çıktı (hash) yaratır. Böylesi bir teknik büyük boyutlarda verilerin "hatırlanması" ve kaydedilmesi zorunluluğunu ortadan kaldırır.

Hashing özellikle blockchain teknolojisi bağlamında kullanışlıdır. Bitcoin blockchaini hashing'i dahil eden birkaç operasyona sahiptir ve bunların çoğu madencilik sürecinin parçasıdır. Aslında neredeyse tüm kripto para protokolleri, işlem gruplarını bloklara yoğunlaştırmak ve bağlamak ve ayrıca her bir blok arasında kriptografik bağlantı yaratarak bir blockchain oluşturmak için hashing kullanır.

Kriptografik hash fonksiyonları

Yine kriptografik teknikleri içeren bir hash fonksiyonu bir kriptografik hash fonksiyonu olarak tanımlanabilir. Genel olarak, bir kriptografik hash fonksiyonunu kırmak çok sayıda kaba-kuvvet girişimi gerektirir. Bir kişinin, kriptografik hash fonksiyonunu "geri döndürmesi" için istenen çıktı yaratılana kadar girdinin ne olduğunu deneme yanılma yoluyla tahmin etmesi gerekir. Fakat farklı girdilerin tam olarak aynı çıktıları yaratması da olasılık dahilindedir. Bu durumda bir "çakışma" meydana gelir.

Teknik olarak, bir kriptografik hash fonksiyonunun etkin şekilde güvenli kabul edilmesi için üç özelliğe sahip olması gerekir. Bunları çakışmaya dayanıklılık, ters görüntüye dayanıklılık, ve ikincil ters görüntüye dayanıklılık olarak tanımlayabiliriz.

Her bir özelliği ayrıntılı incelemeden önce altlarında yatan mantığı üç kısa cümle ile açıklamak gerekirse:

• Çakışmaya dayanıklılık: herhangi iki farklı girdinin aynı hashi çıktı olarak üretmemesi.

• Ters görüntüye dayanıklılık: hash fonksiyonunu "geri döndürülememesi" (verilen bir çıktıdan girdiyi bulmak).

• İkincil ters görüntüye dayanıklılık: belirli girdiyle çakışan ikinci bir girdi bulunamaması.

Çakışmaya dayanıklılık

Daha önceden belirttiğimiz gibi, farklı girdiler tam olarak aynı hashi ürettiğinde meydana gelir. Dolayısıyla, bir hash fonksiyonu birisi bir çakışma bulana kadar çakışmaya dayanıklı olarak kabul edilir. Çakışmalar herhangi bir hash fonksiyonu için her zaman var olacaktır çünkü olası girdiler sonsuzken olası çıktılar sınırlı sayıdadır.

Diğer bir deyişle, çakışma ihtimalinin milyonlarca yıllık hesaplama gerektirecek kadar düşük olduğu koşullarda bir hash fonksiyonu çakışmaya dayanıklıdır. Dolayısıyla hiçbir çakışmaya dayanıklı hash fonksiyonu olmasa da, bazı fonksiyonlar dayanıklı kabul edilecek kadar güçlüdür (ör. SHA-256).

Ters görüntüye dayanıklılık

Ters görüntüye dayanıklılık özelliği tek yönlü fonksiyon kavramıyla ilişkilidir. Bir hash fonksiyonunun, birisinin belirli bir çıktı yaratan bir girdi bulma olasılığının çok düşük olması durumunda ters görüntüye dayanıklı olduğu kabul edilir.

Bu özellik bir öncekinden farklıdır çünkü bir saldırgan belirli bir çıktıya bakarak girdinin ne olduğunu tahmin etmeye çalışır. Diğer yandan bir çakışma birisinin aynı çıktıyı yaratan iki farklı girdi bulması durumunda görülür fakat hangi girdilerin kullanıldığının önemi yoktur.

Ters görüntü dayanıklılığı verinin korunmasına yönelik değerli bir özelliktir çünkü mesajın basit bir hashi bilgiyi paylaşma gereksinimi olmadan bu mesajın doğruluğunu kanıtlayabilir. Uygulamada birçok hizmet sağlayıcı ve web uygulaması, düz metin olarak şifreler yerine şifrelerden oluşturulmuş hashleri saklar ve kullanır.

İkincil ters-görüntü dayanıklılığı

Basitleştirmek için, ikincil ters görüntü dayanıklılığının diğer iki özellik arasında bir yerde olduğunu söyleyebiliriz. İkincil ters görüntü saldırıları, bir kişinin halihazırda bilinen bir girdinin yarattığı bir çıktıyla aynı çıktıyı yaratan belirli bir girdiyi bulması durması durumunda gerçekleşir.

Diğer bir deyişle, ikincil ters görüntü saldırısı bir çakışma bulmayı içerir ama aynı hashi yaratan iki rastgele girdi aramak yerine, belirli bir girdi tarafından yaratılan hashin aynısını yaratan başka bir girdi aranır.

Bu nedenle, çakışmaya dayanıklı bir hash fonksiyonu ikincil ters görüntü saldırılarılarına da dayanıklıdır çünkü ikincil ters görüntü saldırıları her zaman bir çakışma içerir. Fakat, çakışmaya dayanıklı fonksiyonlara yine de ters görüntü saldırıları yapılabilir çünkü burada tek bir çıktıdan tek bir girdi bulunur.

Madencilik

Bu durumda hash oranı, Bitcoin madenciliğine ne kadar bilgisayar gücü yatırımı yapıldığını temsil eder. Eğer ağın hash oranı yükselirse Bitcoin protokolü madencilik zorluk seviyesini, bir bloğu kazmak için gerekli ortalama sürenin yaklaşık 10 dakika olarak kalacağı şekilde otomatik olarak ayarlar. Bunun aksine, eğer birkaç madenci kazma işleminden vazgeçerek hash oranının büyük miktarda düşmesine neden olursa, madencilik zorluğu kazma işlemini daha kolay hale getirecek şekilde ayarlanır (ortalama blok süresi 10 dakikaya geri dönene kadar).

Madencilerin çakışma bulmak zorunda olmadığı çünkü geçerli bir çıktı olarak yaratabilecekleri birden fazla hash olduğu unutulmamalıdır (belirli sayıda sıfır ile başlayanlar). Bu yüzden belirli bir blok için birkaç farklı olası çözüm bulunur ve madencilerin madencilik zorluğu tarafından belirlenen eşiğe göre bunlardan yalnızca bir tanesini bulması gerekir.

Bitcoin madenciliği yoğun maliyetli bir işlem olduğu için madencilerin sistemi kandırmaya çalışmak için geçerli bir nedenleri yoktur çünkü bunun sonucunda finansal kayıp yaşamak durumunda kalırlar. Bir blockchaine ne kadar çok madenci katılırsa, o blockchain daha büyük ve daha güçlü hale gelir.

Son fikirler

Hash fonksiyonlarını bilgisayar bilimleri için özellikle de büyük miktarlarda verilerle çalışma konusunda çok önemli araçlar olduğuna hiç şüphe yoktur. Hashing algoritmaları kriptografi ile birleştirildiklerinde çok kullanışlı hale gelerek, birçok farklı yoldan güvenlik ve doğruluk sunar. Dolayısıyla kriptografik hash fonksiyonları neredeyse tüm kripto para ağları için hayati öneme sahiptir bu nedenle de özelliklerini ve çalışma mekanizmalarını anlamak blockchain teknolojisiyle ilgilenen herhangi biri için oldukça faydalıdır.