Papel das funções hash na segurança do blockchain

A tecnologia blockchain tem experimentado um crescimento explosivo recentemente, facilitando aplicações revolucionárias em todos os setores. 

Um aspecto fundamental frequentemente considerado óbvio é o papel crucial das funções de hash criptográficas na ativação das principais propriedades de segurança do blockchain. 

As funções hash estabelecem a base sobre a qual todo o ecossistema blockchain é construído. Sem suas funções, a natureza descentralizada e sem necessidade de confiança do blockchain não seria possível. 

Este artigo explorará como as funções de hash funcionam e sua importância vital para a segurança do blockchain.

Mas primeiro, o que exatamente é uma função hash criptográfica?

O que é uma função hash criptográfica?

Uma função hash criptográfica é um algoritmo que mapeia dados de tamanho arbitrário para uma sequência de bits de tamanho fixo. 

Esta sequência de bits, um valor hash ou resumo, representa os dados de entrada. As funções hash têm quatro propriedades principais que as tornam úteis para blockchains:

Fácil de calcular

É simples calcular o valor de hash para quaisquer dados de entrada. No entanto, é matematicamente inviável derivar os dados de entrada originais apenas a partir do seu valor de hash.

Distribuição uniforme

Os valores de hash aparecem distribuídos aleatoriamente e são únicos, mesmo para pequenas alterações nos dados de entrada. Não há padrões que um invasor possa explorar. 

Função unidirecional

É computacionalmente inviável encontrar duas entradas diferentes que produzam o mesmo valor de hash ou reconstruir os dados de entrada originais a partir de seu valor de hash.

Computação Rápida

As funções hash são projetadas para serem muito rápidas e eficientes de calcular, mesmo para grandes quantidades de dados, para que possam ser dimensionadas para redes blockchain.

Funções de hash criptográficas populares usadas em blockchains incluem SHA-256, RIPEMD-160 e Keccak. Suas propriedades garantem a integridade e a segurança dos dados do blockchain de diversas maneiras importantes.

Então, como exatamente as funções de hash permitem a segurança do blockchain? Existem algumas maneiras principais:

Mantendo a integridade dos dados por meio de hashes

Em um blockchain, cada transação contém informações como o remetente, o destinatário e o valor transacionado. 

Esses dados de transação são transformados em hash usando uma função criptográfica para produzir um identificador de transação exclusivo, conhecido como hash de transação. 

Várias transações são então agrupadas em um bloco e outros dados, como o hash do bloco anterior. 

Os dados do bloco são então transformados em hash para produzir o hash do bloco, que forma a identidade do bloco na cadeia. 

Devido às propriedades de distribuição unidirecional e uniforme, qualquer alteração nos dados da transação ou do bloco, mesmo que seja apenas um bit, resultaria em um valor de hash completamente diferente.

Outros nós na rede podem verificar facilmente a integridade de um bloco recalculando seu hash a partir dos dados do bloco. Se os hashes corresponderem, isso prova que o conteúdo do bloco não foi alterado ou adulterado desde que foi adicionado à cadeia. 

Tentar modificar uma única transação falharia na verificação de hash e invalidaria o bloco inteiro.

Esse mecanismo de hash fornece garantias de integridade de dados sem exigir uma autoridade centralizada. 

Os nós chegam a um consenso sobre a blockchain válida aceitando apenas blocos com hashes que atendam aos critérios de dificuldade da rede. Os nós honestos rejeitarão e ignorarão quaisquer blocos inválidos, corrompidos ou modificados.

Prevenção de gastos duplos por meio de hashes

Além da integridade dos dados, as funções hash ajudam os blockchains evitar gastos duplos—os mesmos ativos digitais não podem ser gastos mais de uma vez. 

Quando um usuário inicia uma transação, as entradas devem fazer referência às saídas de transações não gastas de transações anteriores. 

As entradas incluem os hashes de transação de saída referenciados e dados de assinatura que comprovam a propriedade. 

A nova transação é então incluída em um bloco, onde as saídas referenciadas são marcadas como gastas. As transações que as contêm são agora registradas permanentemente na blockchain imutável.

A propriedade unidirecional dos hashes significa que é praticamente impossível para um invasor calcular transações diferentes que geram hashes para a mesma saída de transação. 

Isso invalida qualquer tentativa de gasto duplo, pois os nós podem simplesmente verificar se as entradas não foram gastas anteriormente na cadeia. 

Os hashes garantem que cada saída de transação exclusiva só possa ser reivindicada uma vez, mantendo a escassez e a integridade dos ativos digitais.

Protegendo o Blockchain por meio de provas

Blockchains empregam provas criptográficas construídas em torno de funções hash para atingir seu modelo descentralizado de confiança e segurança. 

A sistema de prova de trabalho (PoW) assim como o Bitcoin usa a ideia do hash cash — os mineradores competem para ser os primeiros a encontrar um valor nonce que, quando combinado com os dados do bloco e transformado em hash, satisfaz a dificuldade do alvo de hash da rede. 

Isso requer imensos recursos computacionais para realizar o hash do bloco bilhões de vezes com diferentes nonces até que um hash válido seja encontrado. Isso fornece prova de que houve trabalho para criar o bloco. 

A dificuldade se ajusta para atingir um novo bloco a cada 10 minutos, tornando a criação de blocos previsível, mas difícil de falsificar.

Outros blockchains, como o Ethereum, planejam fazer a transição para uma modelo de prova de participação (PoS), em que os validadores apostam e bloqueiam fundos para validar novos blocos. 

No PoS, os validadores devem fornecer prova criptográfica, como assinar sua proposta de bloco com uma chave secreta recente. A prova é verificada por meio da chave pública do validador para garantir que ele seja uma parte interessada legítima. 

Funções hash sustentam essas provas, garantindo que cabeçalhos de bloco, transações e outros dados não possam ser alterados sem invalidar a prova. Elas garantem o consenso e o processo de validação no cerne das redes blockchain descentralizadas.

Protegendo chaves criptográficas por meio de hashes

Além de proteger dados de blockchain, funções de hash também são usadas para proteger chaves criptográficas privadas. 

Ao gerar um nova chave privada, ele é combinado com um valor de sal aleatório e hash várias vezes usando um algoritmo como PBKDF2. 

Estender a chave dessa forma aumenta drasticamente a complexidade para invasores que tentam forçar a descoberta de senhas de usuários ou chaves privadas. Isso garante que as chaves não sejam facilmente recuperáveis, mesmo que os valores com hash sejam interceptados. 

As assinaturas HMAC também combinam uma chave criptográfica com conteúdo de mensagem com hash para verificar a integridade e a autenticidade da mensagem.

Endereços de blockchain também são derivados por meio de hash e codificação da chave pública. A propriedade unidirecional significa que, embora qualquer pessoa possa verificar os pagamentos enviados para um endereço, ninguém, exceto o proprietário, pode assinar criptograficamente as transações a partir dele. 

Os hashes desempenham um papel fundamental na segurança da criptoeconomia por meio de derivação e gerenciamento de chaves fortes e inquebráveis.

Conclusão

Em resumo, as funções de hash criptográficas são as heroínas anônimas que garantem a segurança e a confiança das redes blockchain. 

Suas propriedades de serem facilmente computadas, mas inviáveis ​​de reverter ou prever, sustentam a integridade dos dados do blockchain e a prevenção de gastos duplos. 

Os hashes também protegem os mecanismos de consenso por meio de provas de trabalho e participação. Ao compreender como as funções de hashes funcionam e as funções vitais que desempenham, adquirimos uma compreensão mais profunda da segurança do blockchain.