Александр Цихилов - Блокчейн. Принципы и основы

из определенного количества шагов (итераций), на каждом из которых с

данными совершаются какие-либо логические операции из следующего

набора.

•

«Конкатенация» (то есть «сцепление» или «склеивание» двух блоков

данных, когда второй становится продолжением первого, например, конкатенация «1111» и «2222» дает результат «11112222»).

•

«Сложение» (обычное арифметическое действие для двух и более чисел).

•

«Конъюнкция», или «Логическое И», «AND» (результат этой побитовой

операции будет истинным (1), если оба бита являются единицами, в

противном случае результат будет ложным (0)).

•

«Дизъюнкция», или «Логическое ИЛИ», «OR» (результат этой операции

будет истинным (1), если хотя бы один из аргументов является истинным

(1), в противном случае результат будет ложным (0)).

•

«Логическое Исключающее ИЛИ», «XOR» (результат этой операции для

двух бит будет истинным (1), только если один из аргументов будет

истинным (1), а второй ложным (0), в противном случае результат будет

ложным (0)).

•

«Логическое отрицание», «NOT» (побитовая инверсия, результат унарной

операции, где результирующий бит всегда будет противоположен по

значению входящему биту, то есть единицы становятся нулями и

наоборот).

•

«Побитовые сдвиги» (когда значения битов перемещаются в соседние

регистры по направлению сдвига, например, для блока «10100110»

результатом логического сдвига влево будет «01001100»).

Побитовые сдвиги могут быть логическими (когда последний бит по

направлению сдвига теряется, а первый становится нулем) и циклическими

(когда последний бит по направлению становится на место первого). В

приведенном выше примере рассматривается именно логический сдвиг, поскольку результат циклического сдвига влево в данном случае представлял

бы из себя результат «01001101». Кроме того, внутри каждой итерации могут

применяться наборы вспомогательных констант, закрепленные за каждым из

алгоритмов. Эти константы используются в различных операциях, описанных

выше. Таким образом, с каждым шагом алгоритма результат все больше

отдаляется от исходных данных. Происходит сложное циклическое

«перемешивание» данных — возможно, именно поэтому эту процедуру и

назвали «хеширование», что в переводе с английского означает «мешанина» и

часто относится к блюдам из мелко порубленного мяса или овощей.

Ингредиенты подобных блюд, как и результат хеширования, невозможно

привести к исходному виду (прообразу). Однако попытки поиска эффективных

методов восстановления прообразов для различных хеширующих алгоритмов

существовали с самого начала их появления.

Для того чтобы представить себе проблематику, связанную с криптостойкостью

самых популярных алгоритмов хеширования, оценим рассчитанные показатели

многообразия вариантов хешей и вероятностей нахождения коллизий для них.

Соотношение между разрядностью (размером) хеша n и числом возможных

выходов (вариантов генераций хеша) равно 2 в степени n. Если средняя длина

хеша в основных популярных блокчейн-проектах составляет 256 бит, это

означает число выходов, равное 2256 или примерно 1,2 × 1077, то есть

значению, сопоставимому с оценкой числа атомов в наблюдаемой Вселенной.

Однако чтобы найти коллизию, необязательно перебирать все варианты.

Существует известный алгоритм атаки — так называемая «атака дней

рождения», которая базируется на парадоксе, связанном с решением задачи о

вероятности совпадений дней рождения хотя бы у двух человек в группе, состоящей из N людей. Парадокс состоит в том, что оценивается не

вероятность того, что у какого-то конкретно выбранного человека в группе с

кем-то совпадает день рождения (эта вероятность для небольших групп

достаточно мала), а вероятность совпадения дней рождения у любой пары

людей из данной группы. А это уже совсем другой порядок вероятности.

Например, для группы из 23 людей такая вероятность превышает 50%, а для

60 человек и более вероятность становится больше 99%. С коллизиями в

алгоритмах хеширования также можно провести аналогию, но базируясь на

гораздо больших числовых значениях. Однако общий смысл от этого не

меняется: для того, чтобы найти коллизию с какой-то значимой величиной

вероятности, нужно перебрать гораздо меньшее число вариантов, чем

максимальное число возможных выходов. Для ключа в 256 бит и вероятности

нахождения коллизии в 75% это значение составляет 5,7 × 1038, что на 39

порядков меньше максимального математически возможного числа выходов.

Как видите, даже подобная существенно меньшая величина вероятности все

равно поддерживает сложность задачи перебора вариантов на исключительно

высоком вычислительном уровне. Поэтому в блокчейн-технологиях

используются алгоритмы хеширования с высокой разрядностью, чтобы

защитить хранимые данные от посягательств злоумышленников как минимум

до того момента, пока вычислительные мощности не позволят преодолеть эти

барьеры сложности.

Мы постарались рассмотреть основные моменты, которые необходимо знать о

принципах хеширования. К непосредственным применениям этой процедуры

мы еще вернемся в специальных разделах книги, посвященных практическим

реализациям блокчейн-проектов.

История криптографии

Рассматривая технологию блокчейн в деталях, совершенно невозможно

пройти мимо одного из ее самых важных элементов — криптографической

части. Криптография в блокчейн является мощнейшим связующим элементом, на котором базируется основная ценность технологии распределенного

реестра в целом. Именно криптография стоит на страже целостности хранения

и передачи данных, обеспечивает права владения и защищает активы

пользователей системы, в первую очередь — финансовые. Без криптографии

технология блокчейн просто не смогла бы существовать — она бы утратила

все свои преимущества, и в ее использовании не было бы никакого смысла. Но

почему же криптография настолько важна? Давайте попробуем разобраться, что же такое криптография и каким образом она стала фактическим ядром

блокчейн-технологии.

История криптографии уходит далеко в глубь тысячелетий. Во все времена у

людей существовала необходимость передавать секретную информацию на

расстоянии. В первую очередь дело обычно касалось информации, имеющей

военное значение. В эпоху отсутствия в мире систем коллективной

безопасности более слабые в военном отношении государства постоянно

становились добычей агрессивных соседей. Единственным шансом для малых