6 Fragen zu Hashing

Hashing in der Informationstechnologie (IT) bezieht sich auf den Prozess der Umwandlung von Daten in eine feste Länge, die typischerweise durch eine Hash-Funktion erzeugt wird. Diese Hash-Werte oder Hash-Codes dienen verschiedenen Zwecken, wie z.B.: 1. **Datenintegrität**: Sicherstellen, dass Daten während der Übertragung oder Speicherung nicht verändert wurden. 2. **Passwortspeicherung**: Passwörter werden gehasht, um sie sicher zu speichern. 3. **Datenbankindizierung**: Beschleunigung des Zugriffs auf Daten in Datenbanken. 4. **Kryptographische Anwendungen**: Sicherstellung der Datenintegrität und Authentizität in sicherheitskritischen Anwendungen. Ein Beispiel für eine weit verbreitete Hash-Funktion ist SHA-256 (Secure Hash Algorithm 256-bit).

Hashing ist eine Technik, die in der Informatik verwendet wird, um Daten effizient zu speichern und abzurufen. Es wird häufig in Datenbanken, Hash-Tabellen und kryptografischen Anwendungen eingesetzt. Hier sind die grundlegenden Schritte, um eine Suche mit Hashing durchzuführen: 1. **Hash-Funktion anwenden**: Eine Hash-Funktion nimmt einen Eingabewert (z.B. einen Schlüssel) und wandelt ihn in einen Hash-Wert um. Dieser Hash-Wert ist normalerweise eine Zahl, die als Index in einer Hash-Tabelle verwendet wird. 2. **Speichern der Daten**: Die Daten werden in der Hash-Tabelle an der Position gespeichert, die durch den Hash-Wert bestimmt wird. 3. **Suchen der Daten**: Um Daten zu suchen, wird der gleiche Hash-Wert für den gesuchten Schlüssel berechnet. Dann wird die Hash-Tabelle an der entsprechenden Position überprüft. 4. **Kollisionsbehandlung**: Da verschiedene Eingabewerte denselben Hash-Wert erzeugen können (Kollision), müssen Strategien zur Kollisionsbehandlung implementiert werden. Häufige Methoden sind: - **Verkettung**: Jeder Eintrag in der Hash-Tabelle verweist auf eine Liste von Elementen, die denselben Hash-Wert haben. - **Offene Adressierung**: Bei einer Kollision wird eine alternative Position in der Tabelle gesucht (z.B. durch lineares Sondieren, quadratisches Sondieren oder doppelte Hashing). Beispiel einer einfachen Hash-Funktion: ```python def simple_hash(key, table_size): return key % table_size ``` Beispiel einer Suche in einer Hash-Tabelle: ```python def search(hash_table, key): index = simple_hash(key, len(hash_table)) if hash_table[index] is not None: for item in hash_table[index]: if item == key: return True return False ``` Weitere Informationen zu Hashing und Hash-Tabellen findest du auf [Wikipedia](https://de.wikipedia.org/wiki/Hashtabelle).

In Bitcoin bezieht sich der Begriff "Nonce" auf eine 32-Bit-Zahl, die von Minern während des Mining-Prozesses verwendet wird. Da es sich um eine 32-Bit-Zahl handelt, gibt es insgesamt \(2^{32}\) mögliche Werte für die Nonce, was 4.294.967.296 (etwa 4,3 Milliarden) entspricht.

Hashing von Dateien ist ein Prozess, bei dem eine Datei durch eine Hash-Funktion in einen festen Wert oder "Hash" umgewandelt wird. Dieser Hash-Wert repräsentiert den Inhalt der Datei und ändert sich, wenn auch nur ein einziges Bit der Datei verändert wird. Hier sind die grundlegenden Schritte zum Hashing von Dateien: 1. **Wähle eine Hash-Funktion**: Gängige Hash-Funktionen sind MD5, SHA-1, SHA-256, etc. SHA-256 wird oft empfohlen, da es sicherer ist als MD5 und SHA-1. 2. **Verwende ein Hashing-Tool**: Es gibt viele Tools und Bibliotheken, die Hashing unterstützen. Hier sind einige Beispiele: - **Kommandozeilen-Tools**: - `md5sum`, `sha1sum`, `sha256sum` auf Unix-basierten Systemen. - `CertUtil` auf Windows (z.B. `CertUtil -hashfile filename SHA256`). - **Programmiersprachen**: - In Python: `hashlib` Bibliothek. - In Java: `MessageDigest` Klasse. 3. **Führe das Hashing durch**: Hier ist ein Beispiel in Python: ```python import hashlib def hash_file(filename): sha256_hash = hashlib.sha256() with open(filename, "rb") as f: # Read and update hash string value in blocks of 4K for byte_block in iter(lambda: f.read(4096), b""): sha256_hash.update(byte_block) return sha256_hash.hexdigest() print(hash_file("example.txt")) ``` Dieser Code liest die Datei in Blöcken und aktualisiert den Hash-Wert kontinuierlich, bis die gesamte Datei verarbeitet ist. 4. **Vergleiche Hash-Werte**: Um die Integrität einer Datei zu überprüfen, kannst du den berechneten Hash-Wert mit einem bekannten, vertrauenswürdigen Hash-Wert vergleichen. Wenn die Werte übereinstimmen, ist die Datei unverändert. Hashing wird oft für Integritätsprüfungen, digitale Signaturen und Passwortspeicherung verwendet.

Der SHA-Algorithmus (Secure Hash Algorithm) ist eine Familie kryptografischer Hashfunktionen, die entwickelt wurden, um Daten beliebiger Länge in einen festen, kurzen Wert (den sogenannten Hashwert oder Digest) umzuwandeln. Dieser Hashwert ist eine Art digitaler Fingerabdruck der ursprünglichen Daten. **Funktionsweise im Überblick:** 1. **Eingabe:** Du gibst beliebige Daten (z. B. eine Datei oder einen Text) ein. 2. **Verarbeitung:** Der Algorithmus verarbeitet die Daten in Blöcken und führt verschiedene mathematische Operationen (wie Bitverschiebungen, logische Verknüpfungen und Modulo-Operationen) durch. 3. **Ausgabe:** Am Ende erhältst du einen Hashwert fester Länge (z. B. 256 Bit bei SHA-256). **Eigenschaften:** - **Deterministisch:** Gleiche Eingabe ergibt immer den gleichen Hashwert. - **Schnell berechenbar:** Die Berechnung des Hashwerts geht schnell. - **Kollisionsresistenz:** Es ist extrem unwahrscheinlich, dass zwei verschiedene Eingaben denselben Hashwert erzeugen. - **Einwegfunktion:** Aus dem Hashwert kann die ursprüngliche Eingabe praktisch nicht zurückgerechnet werden. **Bekannte Varianten:** - **SHA-1:** 160 Bit, heute als unsicher eingestuft. - **SHA-2:** Umfasst SHA-224, SHA-256, SHA-384, SHA-512 (Zahl = Bitlänge des Hashwerts). - **SHA-3:** Neuere Variante mit anderem mathematischen Ansatz. **Anwendungsgebiete:** - Prüfsummen für Dateien - Digitale Signaturen - Passwort-Hashing - Blockchain-Technologien Weitere Informationen findest du z. B. auf der [Wikipedia-Seite zu SHA](https://de.wikipedia.org/wiki/Secure_Hash_Algorithm).

SHA-256 (Secure Hash Algorithm 256) ist ein kryptografischer Hash-Algorithmus, der eine Eingabe beliebiger Länge in einen 256-Bit-Hashwert (32 Byte) umwandelt. Die Implementierung erfolgt in mehreren Schritten, die im Folgenden zusammengefasst werden: **1. Vorverarbeitung (Preprocessing):** - **Padding:** Die Eingabedaten werden so aufgefüllt, dass ihre Länge (in Bits) kongruent zu 448 mod 512 ist. Das Padding beginnt mit einem einzelnen '1'-Bit, gefolgt von so vielen '0'-Bits wie nötig. - **Längenanhang:** An das Ende wird die ursprüngliche Nachrichtenlänge als 64-Bit-Wert angehängt. **2. Initialisierung der Hash-Werte:** - Acht 32-Bit-Konstanten werden als Anfangswerte festgelegt (H0 bis H7). **3. Verarbeitung in 512-Bit-Blöcken:** - Die Nachricht wird in 512-Bit-Blöcke aufgeteilt. - Für jeden Block: - **Message Schedule:** Ein Array W[0..63] wird erstellt. Die ersten 16 Werte sind die 32-Bit-Wörter des Blocks, die restlichen 48 werden mit bestimmten Bitoperationen berechnet. - **Initialisierung der Arbeitsvariablen:** Acht Variablen (a bis h) werden mit den aktuellen Hash-Werten initialisiert. - **Hauptschleife (64 Runden):** In jeder Runde werden die Arbeitsvariablen mit Bitoperationen, Additionen und Konstanten (K[0..63]) aktualisiert. Die wichtigsten Operationen sind: - Ch (choice), Maj (majority), Σ0, Σ1, σ0, σ1 (verschiedene Rotationen und Shifts) - **Update der Hash-Werte:** Die Ergebnisse der Runde werden zu den aktuellen Hash-Werten addiert. **4. Ausgabe:** - Nach der Verarbeitung aller Blöcke werden die acht Hash-Werte zu einem 256-Bit-Hashwert zusammengefügt. **Pseudocode (vereinfacht):** ```plaintext 1. Pad the message 2. Parse message into 512-bit blocks 3. Set initial hash values (H0..H7) 4. For each block: a. Prepare message schedule W[0..63] b. Initialize working variables (a..h) c. For i = 0 to 63: T1 = h + Σ1(e) + Ch(e,f,g) + K[i] + W[i] T2 = Σ0(a) + Maj(a,b,c) h = g g = f f = e e = d + T1 d = c c = b b = a a = T1 + T2 d. Add working variables to hash values 5. Output concatenation of H0..H7 ``` **Hinweis:** Die genaue Implementierung erfordert sorgfältige Bitoperationen und die Verwendung der in der SHA-256-Spezifikation definierten Konstanten und Funktionen. Für Details siehe die [SHA-256 Spezifikation (FIPS PUB 180-4)](https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/FIPS/NIST.FIPS.180-4.pdf). **Beispielimplementierungen:** - [OpenSSL SHA-256 Implementierung (C)](https://github.com/openssl/openssl/blob/master/crypto/sha/sha256.c) - [Python hashlib Modul](https://docs.python.org/3/library/hashlib.html) SHA-256 ist komplex, aber die Grundstruktur bleibt in allen Implementierungen gleich.