Hash là gì? Khám phá nền tảng mật mã của blockchain

提到区块链安全性，大家都会提及哈希值。但哈希值究竟是什么？它如何确保交易的不可篡改性？许多人容易将哈希值与加密混淆，实际上哈希值的生成过程是单向的、不可逆的，这正是它在数字世界中如此强大的原因。

Từ hiểu biết về ánh xạ không thể đảo ngược để hiểu bản chất của giá trị băm

Hash（哈希）， còn gọi là散列，是 một chương trình máy tính toán học, nó nhận đầu vào có độ dài bất kỳ, thông qua một thuật toán băm đặc biệt để biến đổi, cuối cùng tạo ra kết quả đầu ra có độ dài cố định, kết quả này chính là giá trị băm mà chúng ta thường gọi.

Nói một cách đơn giản, giá trị băm giống như “dấu vân tay” của dữ liệu — mỗi đầu vào khác nhau sẽ tạo ra một mã dấu vân tay duy nhất, nhưng quá trình này hoàn toàn là một chiều. Bạn có thể dễ dàng tính toán ra giá trị băm dựa trên nội dung gốc, nhưng không thể suy ra nội dung gốc từ giá trị băm. Giống như biết kết quả là 5, bạn không thể xác định đó là 1+4 hay 2+3, giá trị băm cũng vậy, là một ánh xạ không thể đảo ngược.

Chính xác hơn, quá trình tạo giá trị băm không thuộc phạm vi của thuật toán mã hóa. Mã hóa luôn liên quan đến giải mã — có mã hóa thì nhất định có khả năng giải mã. Trong khi đó, tạo giá trị băm là một hệ thống mật mã một chiều, chỉ có quá trình tính toán theo chiều thuận, hoàn toàn không có quá trình giải mã ngược lại. Đó chính là lý do tại sao giá trị băm trở thành thành phần quan trọng trong mật mã hiện đại.

Các thuật toán băm phổ biến và phương pháp tính giá trị băm

Hiện nay, trong ngành công nghiệp phổ biến có ba loại thuật toán có thể tạo ra giá trị băm: dòng MD quốc tế, dòng SHA, và tiêu chuẩn quốc gia Trung Quốc SM3.

Trong đó, SHA-256 là một thuật toán quan trọng do Cơ quan An ninh Quốc gia Mỹ (NSA) thiết kế, và Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Mỹ (NIST) công bố. Tại sao gọi là SHA-256? Bởi vì nó tạo ra giá trị băm có độ dài 256 bit. Nhờ độ an toàn cực cao, SHA-256 đã trở thành một trong những phương pháp bảo vệ thông tin số đáng tin cậy nhất, được ứng dụng rộng rãi trong blockchain, mật mã và các lĩnh vực khác.

Ví dụ, nếu chúng ta thực hiện thuật toán SHA-256 trên chuỗi “hello blockchain world, this is yeasy@github”, giá trị băm sẽ là “db8305d71a9f2f90a3e118a9b49a4c381d2b80cf7bcef81930f30ab1832a3c90”. Miễn là nội dung gốc không thay đổi, giá trị băm này sẽ không bao giờ thay đổi; ngược lại, chỉ cần thay đổi một ký tự, giá trị băm sẽ hoàn toàn khác.

Đây chính là sức mạnh của giá trị băm — không cần xem nội dung gốc của tệp, chỉ cần hai tệp có cùng giá trị băm SHA-256, bạn gần như có thể xác nhận rằng nội dung của chúng là giống nhau.

Giá trị băm bảo vệ dữ liệu như thế nào

Trong giai đoạn đầu của truyền thông mạng, thông tin dễ bị rối loạn hoặc sửa đổi trong quá trình truyền tải. Làm thế nào để người nhận xác định xem thông tin nhận được có giống với nội dung gửi đi không? Việc xác nhận nhiều lần gây tốn thời gian và lãng phí tài nguyên.

Giá trị băm cung cấp một giải pháp tinh tế. Người gửi có thể tính toán một giá trị băm cho tin nhắn gốc, rồi đính kèm giá trị này vào sau tin nhắn để gửi đi. Người nhận sau khi nhận được tin nhắn, cũng tính toán giá trị băm của nội dung gốc, rồi so sánh với giá trị băm nhận được. Nếu hai giá trị băm hoàn toàn trùng khớp, chứng tỏ tin nhắn không bị sửa đổi trong quá trình truyền; nếu khác nhau, dù chỉ một ký tự, người nhận có thể phát hiện ngay lập tức. Cơ chế kiểm tra toàn vẹn dựa trên giá trị băm này đã trở thành phương pháp tiêu chuẩn trong truyền dữ liệu hiện đại.

Vai trò quan trọng của giá trị băm trong blockchain

Giá trị băm trong công nghệ blockchain có vai trò quan trọng nhất. Mỗi khối đều chứa giá trị băm của khối trước đó, và khối tiếp theo lại chứa giá trị băm của chính nó, cứ thế nối tiếp nhau tạo thành một chuỗi không thể đảo ngược, không thể sửa đổi.

Lấy ví dụ Bitcoin, hệ thống sử dụng giá trị băm để tạo ra bản tóm tắt dữ liệu của mỗi giao dịch. Khi có ai đó cố gắng sửa đổi lịch sử giao dịch, giá trị băm của khối đó sẽ thay đổi ngay lập tức, và tất cả các khối sau đó cũng sẽ bị thay đổi theo. Cấu trúc chuỗi này đảm bảo toàn bộ hồ sơ giao dịch của blockchain có độ tin cậy và an toàn cực cao — để thành công trong việc sửa đổi một giao dịch, kẻ tấn công phải tính lại giá trị băm của toàn bộ chuỗi các khối phía sau, điều này gần như là không thể tính toán.

Đây chính là lý do tại sao blockchain có tính “không thể sửa đổi” — nền tảng của tính không thể sửa đổi này chính là đặc tính của giá trị băm.

Bốn đặc điểm cần có của giá trị băm xuất sắc

Không phải tất cả các thuật toán băm đều phù hợp để sử dụng trong blockchain hoặc các ứng dụng mật mã. Một thuật toán tạo ra giá trị băm đáng tin cậy phải đáp ứng bốn điều kiện sau:

Nhanh chóng theo chiều thuận — Với nội dung gốc và thuật toán băm, phải có khả năng tạo ra giá trị băm tương ứng trong thời gian và tài nguyên tính toán hạn chế. Điều này đảm bảo hiệu quả hoạt động của hệ thống.

Khó khăn trong việc đảo ngược — Với một giá trị băm cho trước, gần như không thể suy ra nội dung gốc trong thời gian hạn chế. Đây là nền tảng bảo mật của giá trị băm, thể hiện rõ tính “một chiều”.

Nhạy cảm với đầu vào — Ngay cả một thay đổi nhỏ trong dữ liệu đầu vào cũng phải làm cho giá trị băm thay đổi rõ rệt. Đảm bảo mọi sửa đổi đều có thể được phát hiện ngay lập tức.

Tránh va chạm — Rất khó tìm ra hai nội dung khác nhau mà có cùng giá trị băm (gọi là “va chạm”). Tính chống va chạm mạnh đảm bảo tính duy nhất của giá trị băm.

Chính nhờ các đặc điểm này, giá trị băm trở thành công cụ nền tảng không thể thiếu trong mật mã hiện đại và công nghệ blockchain. Từ kiểm tra dữ liệu, xác thực giao dịch, kiểm tra toàn vẹn tệp tin đến cấu trúc chuỗi của blockchain, giá trị băm luôn hiện diện, âm thầm bảo vệ an toàn và độ tin cậy của thế giới số. Hiểu rõ cách hoạt động của giá trị băm cũng chính là hiểu tại sao blockchain có thể duy trì an toàn và tin cậy mà không cần tổ chức trung tâm.