4 Fragen zu Hashfunktion

4. Eine Kollision in Zusammenhang mit einer Hashfunktion tritt auf, wenn zwei unterschiedliche Eingabewerte denselben Hashwert erzeugen. Das bedeutet, dass die Hashfunktion nicht eindeutig ist, da sie zwei verschiedene Datenmengen auf denselben Hashwert abbildet. Kollisionen sind unerwünscht, da sie die Integrität und Sicherheit von Daten beeinträchtigen können. 5. Eine gute Hashfunktion zeichnet sich durch mehrere Eigenschaften aus: Sie sollte deterministisch sein (d.h. dieselbe Eingabe erzeugt immer denselben Hashwert), schnell zu berechnen, eine gleichmäßige Verteilung der Hashwerte aufweisen (um Kollisionen zu minimieren), resistent gegen Kollisionen (schwierig, zwei verschiedene Eingaben zu finden, die denselben Hashwert erzeugen) und resistent gegen Vorabberechnung (schwierig, eine Eingabe zu finden, die einen bestimmten Hashwert erzeugt). 6. Hashfunktionen werden in verschiedenen Bereichen verwendet, darunter: Datenintegrität (z.B. zur Überprüfung von Dateien), digitale Signaturen (z.B. in der Kryptographie), Passwortspeicherung (um Passwörter sicher zu speichern), Datenbanken (z.B. zur schnellen Suche und Indizierung) und Blockchain-Technologie (z.B. zur Sicherstellung der Unveränderlichkeit von Transaktionen).

Ein Beispiel für eine Hashfunktion ist die SHA-256 (Secure Hash Algorithm 256-bit). Diese Funktion erzeugt aus beliebigen Eingabedaten einen 256-Bit langen Hashwert, der typischerweise als 64-stellige hexadezimale Zahl dargestellt wird. SHA-256 wird häufig in der Kryptographie, für digitale Signaturen und in Blockchain-Technologien verwendet.

1. Eine Hash-Funktion ist ein Algorithmus, der eine Eingabedatenmenge beliebiger Größe in eine feste Ausgabedatenmenge, den sogenannten Hash-Wert oder Hash-Code, umwandelt. Diese Funktion wird häufig in der Informatik verwendet, insbesondere in der Datensicherheit, um Daten zu verifizieren und zu speichern. 2. Der Name „Hashfunktion“ stammt vom englischen Wort „hash“, was so viel wie „zerkleinern“ oder „mischen“ bedeutet. Der Begriff beschreibt den Prozess, bei dem die Eingabedaten in eine kompakte, oft scheinbar zufällige Form umgewandelt werden. 3. Eine besondere Eigenschaft einer Hashfunktion ist die Kollisionresistenz, was bedeutet, dass es extrem unwahrscheinlich ist, dass zwei unterschiedliche Eingabewerte denselben Hash-Wert erzeugen. Zudem sollten Hash-Funktionen deterministisch sein, das heißt, die gleiche Eingabe sollte immer den gleichen Hash-Wert erzeugen.

SHA-256 (Secure Hash Algorithm 256) ist ein kryptografischer Hash-Algorithmus, der von der National Security Agency (NSA) entwickelt und vom National Institute Standards and Technology (NIST) Teil der SHA-2-Familie standardisiert wurde. Er wird häufig zur Integritätsprüfung von Daten, in digitalen Signaturen und in der Blockchain-Technologie (z. B. Bitcoin) verwendet. **Funktionsweise von SHA-256:** 1. **Eingabe:** SHA-256 nimmt eine beliebig lange Nachricht (z. B. eine Datei oder einen Text) als Eingabe. 2. **Padding:** Die Nachricht wird so erweitert (mit Nullen aufgefüllt), dass ihre Länge ein Vielfaches von 512 Bit beträgt. Am Ende wird die ursprüngliche Länge der Nachricht angehängt. 3. **Initialisierung:** Acht 32-Bit-Initialwerte (sogenannte Hash-Werte) werden festgelegt. Diese dienen als Startpunkt für die Berechnung. 4. **Verarbeitung in Blöcken:** Die gepaddete Nachricht wird in 512-Bit-Blöcke aufgeteilt. Jeder Block wird in 64 Runden mit verschiedenen logischen und arithmetischen Operationen verarbeitet. Dabei werden Bitverschiebungen, Rotationen und XOR-Operationen verwendet. 5. **Kombination:** Nach der Verarbeitung jedes Blocks werden die Hash-Werte aktualisiert. 6. **Ausgabe:** Nach der Verarbeitung aller Blöcke werden die acht 32-Bit-Werte zu einem 256-Bit-Hashwert (32 Byte) zusammengefügt. Das Ergebnis ist der sogenannte "Digest" – eine scheinbar zufällige Zeichenkette, die die Eingabe eindeutig repräsentiert. **Eigenschaften von SHA-256:** - **Deterministisch:** Gleiche Eingabe ergibt immer denselben Hash. - **Schnell berechenbar:** Für jede Eingabe kann der Hash effizient berechnet werden. - **Kollisionsresistent:** Es ist extrem unwahrscheinlich, dass zwei verschiedene Eingaben denselben Hash erzeugen. - **Pre-Image-Resistenz:** Es ist praktisch unmöglich, aus einem Hash die ursprüngliche Eingabe zu berechnen. - **Avalanche-Effekt:** Schon eine kleine Änderung der Eingabe führt zu einem völlig anderen Hash. **Beispiel:** Der SHA-256-Hash von "Hallo" (ohne Anführungszeichen) lautet: `185f8db32271fe25f561a6fc938b2e264306ec304eda518007d1764826381969` Weitere Informationen findest du z. B. bei [Wikipedia](https://de.wikipedia.org/wiki/SHA-2) oder beim [NIST](https://csrc.nist.gov/publications/detail/fips/180/4/final).