Wiskundige algoritmen
Blockchaintechnologie heeft de afgelopen jaren veel aandacht gekregen, vanwege de revolutionaire mogelijkheden die het biedt. Een essentieel onderdeel van iedere blockchain zijn de zogenaamde ‘hashfuncties’, krachtige wiskundige concepten die de veiligheid en integriteit van gegevens in gedecentraliseerde netwerken waarborgen. Het zijn wiskundige algoritmen die worden gebruikt om gegevens om te zetten in unieke uitvoerwaarden, ook wel hashwaarden genoemd. Een hashfunctie neemt een invoer (zoals bijvoorbeeld een tekst, een bestand of een wachtwoord), en past een bepaald algoritme toe om een hashwaarde te genereren. Deze hashwaarde is een ‘digitale vingerafdruk’ van de invoer en is over het algemeen een reeks willekeurige tekens met een vaste lengte. Hashfuncties spelen een cruciale rol bij het waarborgen van de gegevensintegriteit binnen blockchain-ecosystemen.
Wat zijn de kenmerken van een hashfunctie
Hoe werkt het hashing-proces op een blockchainnetwerk?
Wat is de rol van hashfuncties in blockchaintechnologie?
Welke hashfunctie wordt gebruikt op de Bitcoin-blockchain?
Welke hashfunctie wordt gebruikt op de Ethereum-blockchain?
Welke andere belangrijke hashfuncties zijn er binnen blockchain-ecosystemen?
Is een hashfunctie hetzelfde als een hashing-algoritme?
Wat zijn inputgegevens?
Een hashfunctie is een wiskundig algoritme dat inputgegevens van willekeurige grootte omzet in een vaste, unieke uitvoerwaarde, de ‘hashwaarde’. Een kleine verandering in de inputgegevens zal een volledig andere hashwaarde opleveren. Elk blok in het blockchainnetwerk bevat verschillende soorten inputgegevens (afhankelijk van het specifieke gebruik en de toepassing op de blockchain), waaronder:
- Transactiegegevens
- Tijdstempels
- Hash van het vorige blok
- Nonce (Proof of Work)
- Smart contract-gegevens
Transactiegegevens
In blockchain-ecosystemen zoals Bitcoin en Ethereum bevatten blokken transactiegegevens. Dit kunnen details zijn over de afzender, de ontvanger, het verzonden bedrag en andere relevante informatie die nodig is om de transactie te verifiëren en vast te leggen binnen het blockchainnetwerk.
Tijdstempels
Ieder blok bevat ook een tijdstempel die de exacte tijd aangeeft waarop het blok werd gecreëerd of werd toegevoegd aan de blockchain. Dit is belangrijk voor het handhaven van de chronologische volgorde van gebeurtenissen, en het voorkomen van manipulatie van gegevens.
Hash van het vorige blok
Om de keten van blokken in stand te houden, bevat elk blok een verwijzing naar de hashwaarde van het voorgaande blok. Hierdoor ontstaat een continue en onveranderlijke reeks van blokken, omdat elke hashwaarde afhankelijk is van de gegevens in het voorgaande blok.
Nonce (Proof of Work)
In sommige blockchainnetwerken (zoals Bitcoin) wordt het Proof of Work (PoW) consensus-mechanisme gebruikt. Hierbij moeten miners een nonce (een willekeurig getal) vinden dat, samen met de andere gegevens in het blok, resulteert in een hashwaarde die aan bepaalde voorwaarden voldoet. De nonce fungeert als inputgegeven bij het berekenen van de hashwaarde en maakt het proces van het vinden van een geldige hashwaarde moeilijk en willekeurig.
Smart contractgegevens
In blockchainnetwerken zoals Ethereum kunnen blokken ook gegevens bevatten die verband houden met smart contracts. Smart contracts zijn geprogrammeerde scripts (digitale overeenkomsten) die automatisch worden uitgevoerd, wanneer aan bepaalde voorwaarden wordt voldaan. De inputgegevens kunnen parameters, instructies en andere relevante informatie bevatten, die nodig zijn voor de werking van het smart contract.
Wat is een hashwaarde?
De bovenstaande inputgegevens worden gebruikt bij het berekenen van de hashwaarde van een blok. Deze hashwaarde wordt vervolgens gebruikt om de integriteit en veilig van de blockchain te waarborgen. Doordat zelfs een kleine verandering in de inputgegevens een volledig andere hashwaarde zal opleveren, zijn hashfuncties uitermate geschikt voor het verifiëren van gegevensintegriteit. Een hashwaarde is simpelweg het resultaat van het hashproces op een invoer (ook wel bekend als plaintext of bericht). Het is een unieke uitvoerwaarde die wordt gegenereerd door de hashfunctie, op basis van een specifieke invoer. Hashwaarden hebben verschillende toepassingen in de informatica en beveiliging, zoals gegevensintegriteit, identificatie, wachtwoordbeveiliging, digitale handtekeningen en meer. Ze worden gebruikt om gegevens efficiënt op te slaan, te vergelijken en te beveiligen, en om de integriteit van gegevens te verifiëren.
Wat zijn de kenmerken van een hashfunctie?
Hashfuncties hebben de volgende kenmerken:
- Deterministisch
- Snelle berekening
- Eenrichtingsverkeer
- Kleine veranderingen resulteren in grote verschillen
- Uniforme verdeling
Deterministisch
Een hashfunctie is deterministisch. Dat betekent dat voor dezelfde invoer altijd dezelfde hashwaarde wordt gegenereerd, ongeacht wanneer of waar je de functie uitvoert. Deze deterministische eigenschap is een belangrijk kenmerk van hashfuncties, omdat het zorgt voor consistentie en voorspelbaarheid. Als twee partijen dezelfde invoerwaarde hebben en dezelfde hashfunctie gebruiken, dan kunnen ze erop vertrouwen dat ze dezelfde hashwaarde zullen verkrijgen. Dit maakt hashfuncties nuttig voor verschillende toepassingen, zoals gegevensintegriteit, wachtwoordopslag en gegevensindexering.
Voorbeeld:
Stel dat we de hashfunctie H gebruiken en de invoer ‘Hallo, wereld!’ door de functie sturen. Als H deterministisch is, dan zal het altijd dezelfde hashwaarde produceren, bijvoorbeeld 5eb63bbbe01eeed093cb22bb8f5acdc3. Ongeacht waar of wanneer we de functie uitvoeren, zal dezelfde invoer altijd resulteren in dezelfde hashwaarde.
Snelle berekening
Het berekenen van de hashwaarde moet efficiënt zijn, zelfs voor grote hoeveelheden gegevens. Als je grote hoeveelheden gegevens moet verwerken, dan wil je dat het hashproces zo snel mogelijk verloopt. Een efficiënte hashfunctie kan de berekeningstijd minimaliseren, waardoor de verwerkingssnelheid van de gegevens verbetert. Hashfuncties worden meestal gebruikt om gegevens te indexeren of samenvattingen te maken. Bij grote hoeveelheden data kan het opslaan van de hashwaarden aanzienlijke ruimte in beslag nemen. Een efficiënte hashfunctie kan compacte hashwaarden genereren, waardoor de opslagvereisten worden verminderd.
Schaalbaarheid
Hashfunctie worden vaak gebruikt om gegevens snel te doorzoeken en te vergelijken. In databases bijvoorbeeld, kunnen hashwaarden worden gebruikt als sleutels om snel records te lokaliseren. Een efficiënte hashfunctie kan de zoektijd aanmerkelijk verkorten, waardoor de algehele prestaties van zoek- en vergelijkingsoperaties binnen blockchain-ecosystemen verbeteren. Met grote hoeveelheden gegevens is schaalbaarheid een belangrijke overweging. Een efficiënte hashfunctie kan de verwerkingstijd consistent houden, zelfs wanneer de gegevensomvang groeit. Dit zorgt ervoor dat het hashproces niet nadelig wordt beïnvloed door toenemende gegevensvolumes.
Eenrichtingsverkeer
Bij een hashfunctie is sprake van ‘eenrichtingsverkeer’, wat betekent dat het eenvoudig is om van een invoerwaarde de bijbehorende hashwaarde te bereken, maar het is praktisch onmogelijk om de oorspronkelijke invoerwaarde te herstellen, op basis van de hashwaarde. Met andere woorden: als je een hashwaarde hebt, is het vrijwel onmogelijk om achter de oorspronkelijke gegevens te komen, die tot die desbetreffende hashwaarde hebben geleid. Dit eenrichtingsverkeer is gebaseerd op het feit dan een hashfunctie de invoer door een complex wiskundig proces haalt, waarbij de resulterende hashwaarde informatie bevat over de oorspronkelijke invoer, maar niet omgekeerd. Dit maakt hashfuncties waardevol voor de beveiliging, gegevensintegriteit, digitale handtekeningen en andere toepassingen, waarbij het belangrijk is dat de oorspronkelijke gegevens niet worden blootgesteld.
Kleine veranderingen resulteren in grote verschillen
Een kleine wijziging in de invoer leidt tot een totaal andere hashwaarde. Dit effect is een gewenste eigenschap van hashfuncties en draagt bij aan de veiligheid en robuustheid ervan. Het zorgt ervoor dat zelfs een minimale wijziging in de invoer een grote invloed heeft op de uitvoer, waardoor het moeilijk wordt om de oorspronkelijke gegevens te herstellen of te manipuleren, op basis van de hashwaarde. Dit effect wordt bereikt door het gebruik van verschillende operaties binnen de hashfunctie, zoals bitmanipulaties, XOR, rotaties en andere wiskundige bewerkingen. Deze operaties verspreiden de wijzigingen in de invoer over de hele hashwaarde, waardoor de resulterende hashwaarde fundamenteel anders wordt dan die van de oorspronkelijke invoer.
Uniforme verdeling
De hashwaarden moeten zo gelijkmatig mogelijk verdeeld zijn over het bereik van mogelijke uitvoerwaarden. De hashfunctie moet er daarom voor zorgen dat de resulterende hashwaarden, zo uniform mogelijk worden verspreid binnen het beschikbare uitvoerbereik. Ideaal gezien zou iedere mogelijke invoerwaarden een unieke hashwaarde moeten opleveren. Dit betekent dat iedere mogelijke hashwaarde in het uitvoerbereik gelijkmatig wordt vertegenwoordigd en dat er geen overmatige opeenhoping van hashwaarden op bepaalde punten is. Het belang van een uniforme verdeling van hashwaarden heeft verschillende redenen:
- Voorkomen van collisies (hashbotsingen)
- Efficiënt gebruik van opslagruimte.
- Verbeterde prestaties
Voorkomen van collisies (hashbotsingen)
Een hashfunctie met een gelijkmatige verdeling van hashwaarden minimaliseert de kans op collisies, wat optreedt wanneer twee verschillende invoerwaarden dezelfde hashwaarde produceren. Door de hashwaarden gelijkmatig over het bereik te verspreiden, wordt de kans op collisies verminderd.
Efficiënt gebruik van opslagruimte
Bij het gebruik van hashwaarden als indexen of sleutels in datastructuren, is het belangrijk dat de hashwaarden gelijkmatig worden verdeeld. Dit zorgt ervoor dat de opslagruimte efficiënt wordt benut en het aantal conflicten of onnodige gegevensverschuivingen wordt geminimaliseerd.
Verbeterde prestaties
Een uniforme verdeling van de hashwaarden kan de prestaties van zoek- en vergelijkingsoperaties verbeteren. Wanneer de hashwaarden gelijkmatig zijn verdeeld, kan de zoektijd worden geoptimaliseerd, omdat de hashfunctie een evenredige verdeling van gegevens mogelijk maakt. Een gelijkmatige verdeling van hashwaarden draagt bij aan de betrouwbaarheid, prestaties en efficiëntie van hashfuncties in verschillende toepassingen.
Wat is hashen?
Hashen (of hashing) is een algoritme-functie waarbij een gegeven invoertekenreeks, altijd een uitvoer van een vaste lente retourneert: de ‘hash’. Het doel van hashen is om gegevens efficiënt te kunnen verwerken, identificeren en beveiligen. Hashen wordt uitgevoerd met behulp van de hashfunctie. Het hashing-proces omvat het nemen van een invoer en het doorgeven ervan aan een hashfunctie, die de invoer vervolgens omzet in een vaste grootte hashwaarde. Hashing speelt een essentiële rol in het functioneren van een blockchain. Het wordt gebruikt om de gegevens in ieder blok te beveiligen en om een onveranderlijke volgorde van blokken te creëren. Hashing zorgt ervoor dat de blokketen veilig en betrouwbaar blijft, waardoor transacties en gegevens in de blockchain kunnen worden geverifieerd en vertrouwd.
Snelheid en minder schrijfruimte
Hashen biedt enkele voordelen ten opzichte van andere algoritmen (zoals bijvoorbeeld lijsten of arrays) vanwege twee belangrijke eigenschappen. In de eerste plaats de snelheid van het ophalen van gegevens, die vrijwel constant blijft, ongeacht de grootte van gegevens. Een ander voordeel is dat er minder schijfruimte wordt gebruikt om de gegevensset op te slaan.
Hoe werkt het hashing-proces op een blockchainnetwerk?
Hashing op een blockchain omvat meerdere stappen en processen, waaronder:
- Verzamelen van transactiegegevens
- Merkle tree
- Block-header
- Hashing
- Mining en consensus
- Verificatie
- Onveranderlijke en beveiligde keten van blokken
Verzamelen van transactiegegevens
De eerste stap is het verzamelen van transactiegegevens die in een nieuw blok moeten worden opgenomen. Deze gegevens kunnen onder andere informatie bevatten over de afzender, de ontvanger, het bedrag en andere relevante details van de transactie.
Merkle tree
Nadat de transactiegegevens zijn verzameld, worden ze georganiseerd in een datastructuur die bekend staat als een ‘Merkle tree’ (ook wel hash-boom genoemd). In een Merkle tree worden transactiegegevens gehasht in paren en vervolgens worden de gehashte waarden weer met elkaar gehasht, totdat er één enkele hashwaarde overblijft, die de Merkle-root wordt genoemd. De Merkle Root wordt opgeslagen in de block-header.
Block-header
Naast de Merkle Root bevat de block-header ook andere belangrijke informatie, zoals het bloknummer, een tijdstempel, een nonce (een willekeurig getal), en een verwijzing naar het vorige blok in de blockchain (de vorige blokhash). Samen vormen deze gegevens de input voor de hashfunctie die wordt toegepast op de blockchain.
Hashing
De block-header (bestaande uit de Merkle Root, tijdstempel, nonce en vorige blokhash), wordt vervolgens door een hashfunctie gehaald, zoals SHA-256 (dat door het Bitcoin-netwerk wordt gebruikt). De output van de hashfunctie is de hashwaarde van het blok, ook wel de blokhash genoemd.
Mining en consensus
Het hashen van een blok is een integraal onderdeel van het mining-proces op een blockchain. Miners proberen de nonce-waarden in de block-header aan te passen om een hashwaarde te verkrijgen die voldoet aan bepaalde consensusregels, zoals het hebben van een bepaald aantal voorafgaande nullen in de hash. Dit vereist het uitvoeren van vele iteraties (herhalingen) van de hashfunctie, totdat een geldige hashwaarde wordt gevonden.
Verificatie
Zodra een miner een geldige hashwaarde vindt, wordt het blok verspreid naar het netwerk. Andere deelnemers kunnen de geldigheid van de hashwaarde controleren door de block-header opnieuw te hashen en te verifiëren of deze overeenkomt met de ontvangen blokhash. Als de verificatie succesvol is, wordt het blok geaccepteerd toegevoegd aan de blockchain.
Onveranderlijke en beveiligde keten van blokken
Bovenstaande stappen van het hashing-proces worden herhaald voor ieder nieuw blok, dat aan de blockchain wordt toegevoegd. Hierdoor ontstaat een onveranderlijke en beveiligde keten van blokken, waarbij de hashwaarden de integriteit en de onderlinge verbinding van de gegevens op de blockchain waarborgen.
Wat is de rol van hashfuncties in blockchaintechnologie?
In blockchainnetwerken fungeren hashfuncties als de bouwstenen van veiligheid en integriteit. Hieronder staan enkele belangrijke rollen die hashfuncties spelen in een blockchain-ecosysteem:
- Waarborgen van data-integriteit
- Koppelen van blokken in de blokketen
- Consensus-mechanismen
Waarborgen van data-integriteit
Ieder blok in een blockchain bevat een hashwaarde die wordt berekend op basis van de inhoud van het blok. Zelfs als er een kleine wijziging wordt aangebracht in de gegevens van het blok, zal de hashwaarde volledig veranderen. Dit maakt het mogelijk om ongeautoriseerde wijzigingen in de gegevens te detecteren en effectief te voorkomen.
Koppelen van blokken in de blokketen
Hashfuncties worden gebruikt om de blokken in een blockchain aan elkaar te koppelen. Ieder blok bevat de hashwaarde van het vorige blok, waardoor een onveranderlijke en onbreekbare keten ontstaat. Als een aanvaller één blok wil wijzigen, moet hij alle daaropvolgende blokken en de hashwaarden ervan berekenen, iets dat praktisch onmogelijk is (vanwege de computationele inspanningen die daarvoor nodig zijn). Hierdoor wordt de blockchain bestand tegen manipulatie en biedt het een verifieerbare en betrouwbare geschiedenis van transacties.
Consensus-mechanismen
De hashfunctie spelen ook een rol bij consensus-mechanismen, zoals Proof of Work (PoW) en Proof of Stake (PoS), die gebruikt worden in verschillende blockchainnetwerken. Bij PoW moeten miners complexe berekeningen uitvoeren om een geldige hashwaarde te vinden, die aan bepaalde voorwaarden voldoet. Dit mining-proces zorgt voor beveiliging van het netwerk en voorkomt dat kwaadwillende actoren de controle over de blockchain overnemen. Bij PoS worden hashfuncties gebruikt om willekeurige selecties van validators te maken op basis van het aantal tokens dat ze bezitten, waardoor consensus wordt bereikt zonder energie-intensieve berekeningen.
Welke hashfunctie wordt gebruikt op de Bitcoin-blockchain?
Het Bitcoin-netwerk maakt gebruik van het SHA-256 (Secure Hash Algorithm 256-bit) hashfunctie-algoritme. SHA-256 is ontworpen om een unieke 256-bit hashwaarde te genereren voor elke invoer, ongeacht de grootte ervan. Miners op de Bitcoin-blockchain gebruiken SHA-256 om Proof of Work op te lossen en nieuwe blokken aan de blokketen toe te voegen. Het vinden van een geldige hashwaarde vereist een aanzienlijke rekenkracht, en is essentieel voor de beveiliging en integriteit van het netwerk. Om SHA-256 te kunnen gebruiken moeten een bestand of tekst eerst worden geconverteerd naar binair, waarna:
- initiële hashwaarden en afrondingsconstanten moeten worden ingesteld,
- een berichtenschema moet worden gemaakt,
- definitieve waarden moeten worden gecomprimeerd,
- een aaneenschakeling van tekenreeksen moet worden voltooid om alle bits te combineren.
SHA-256 is een van de veiligste en meest gebruikte hash-algoritmen. Het kan worden gebruikt om gegevens onomkeerbaar te versleutelen en te wijzigen, wat ervoor zorgt dat de invoer niet kan worden afgeleid van de uitvoer van het SHA-256-algoritme (dat 256 bits lang is).
Welke hashfunctie wordt gebruikt op de Ethereum-blockchain?
De Ethereum-blockchain maakt gebruik van de hashfunctie Keccak-256. Ethereum-adressen zijn samengesteld uit het voorvoegsel ‘0x’ (een veelgebruikte identifier voor hexadecimaal), samengevoegd met de meest rechtse 20 bytes van de Keccak-256-hash van de openbare ECDSA-sleutel. In hexadecimaal vertegenwoordigen twee cijfers een byte, en dus bevatten adressen 40 hexadecimale cijfers, bijvoorbeeld:
0xdB055877e6c13b6A6B25aBcAA29B393777dD0a73
Contactadressen hebben hetzelfde formaat, maar worden bepaald door de afzender en de aanmaaktransactie. Keccak-256 is een specifieke variant van het Keccak-algoritme. Het Keccak-algoritme is ontwikkeld door een team van cryptografen. Net zoals andere cryptografische hashfuncties heeft Keccak-256 een aantal belangrijke eigenschappen:
- Uniciteit
- Veiligheid
- Efficiëntie
Uniciteit
Voor iedere invoer produceert Keccak-256 een unieke 256-bit hashwaarde. Zelfs een kleine wijziging in de invoer resulteert in een volledig andere hashwaarde.
Veiligheid
Keccak-256 is ontworpen om bestand te zijn tegen verschillende cryptografische aanvallen, zoals preimage-aanvallen en collision-aanvallen. Dit betekent dat het zeer moeilijk is om de oorspronkelijke invoer te herstellen op basis van de hashwaarde.
Efficiëntie
Keccak-256 is ontworpen om snel en efficiënt te werken, zelfs wanneer er grote hoeveelheden gegevens moeten worden verwerkt. Deze hashfunctie is geoptimaliseerd om op verschillende platformen te draaien, waardoor het geschikt is voor toepassingen met beperkte bronnen, zoals blockchain-ecosystemen.
Welke andere belangrijke hashfuncties zijn er binnen blockchain-ecosystemen?
Naast SHA-256 en Keccak-256 zijn er nog verschillende andere belangrijke hashfuncties die door blockchain-ecosystemen worden gebruikt, zoals bijvoorbeeld:
Scrypt
Het Scrypt hashing-algoritme wordt gebruikt door Litecoin (LTC) en enkele andere altcoins. Dit algoritme is in ontworpen om ASIC-resistente berekeningen uit te voeren en vereist relatief veel geheugen in vergelijking met andere hashfuncties. Scrypt maakt het mogelijk om parameters aan te passen, zoals geheugengrootte en het aantal iteraties, om de complexiteit van het hashing-proces te vergroten. Dit maakt het mogelijk om de beveiliging aan te passen aan verschillende toepassingen en omstandigheden. Het gebruik van Scrypt in verschillende cryptocurrency’s heeft geleid tot een verhoogd beveiligingsniveau. Het helpt bij het beschermen van gebruikersgegevens, zoals wachtwoorden en privésleutels, en zorgt ervoor dat transacties betrouwbaar en onveranderlijk zijn. Met het voortdurende streven naar betere beveiligingsmethoden zullen hashing-algoritmen zoals Scrypt blijven evolueren en bijdragen aan de veiligheid en integriteit van crypto-activa.
Equihash
Het Equihash hashing-algoritme wordt gebruikt in Zcash (ZEC), Bitcoin Gold (BTG) en enkele andere cryptocurrency’s. Het is een krachtig, geheugenintensief Proof of Work-algoritme dat ASIC-resistentie beoogt. Equihash is ontworpen om het minen van cryptovaluta eerlijker en gedecentraliseerder te maken. In tegenstelling tot veel andere algoritmen, maakt Equihash geen gebruik van specifieke hardware zoals ASIC’s, wat zorgt voor een gelijk en eerlijk speelveld voor miners van verschillende groottes. Dit hashing-algoritme maakt gebruik van het concept van het vinden van oplossingen, voor een bepaalde vergelijking met een hoog geheugenvereiste. Dit betekent dat miners veel geheugen moeten gebruiken om hashwaarden te berekenen, waardoor het moeilijker en kostbaarder wordt om geavanceerde hardware te ontwikkelen om Equihash te domineren. Equihash maakt ook gebruik van een zogenaamde N-parameter, om de complexiteit van de hashberekeningen aan te passen. Door het verhogen van de waarde van N kan de beveiliging van het algoritme worden verhoogd, waardoor het nog moeilijker wordt om aanvallen op de blockchain uit te voeren.
X11
Het populaire en innovatieve X11 hashing-algoritme wordt gebruikt door Dash (DASH) en een aantal andere altcoins. Dit algoritme onderscheidt zich door zijn efficiëntie en verbeterde beveiliging. X11 maakt gebruik van elf verschillende hashing-algoritmen, vandaar de naam X11. Deze hashfuncties zijn:
Energiezuinig en minder rekenkracht
Door meerdere hashing-algoritmen te combineren, biedt X11 een hoge mate van beveiliging en resistentie tegen aanvallen. Elk algoritme voegt een extra laag van complexiteit toe, waardoor het moeilijker wordt om zwakke punten in een enkel algoritme te exploiteren. Dit verminder de kans op aanvallen en verhoogt de integriteit van de cryptocurrency. Een ander voordeel van X11 is de efficiëntie. Het algoritme is speciaal ontworpen om energiezuinig te zijn en minder rekenkracht te vereisen, dan sommige andere hashing-algoritmen. Dit maakt het mogelijk om crypto-activa te minen met lagere energiekosten en met een verminderde milieu-impact. Het gebruik van X11 heeft inmiddels geleid tot een bredere acceptatie en toegankelijkheid van cryptovaluta.
CryptoNight
Het CryptoNight hashing-algoritme wordt gebruikt door Monero (XMR) en enkele andere crypto-activa. Dit algoritme is ontworpen om CPU-mining te bevorderen en is geoptimaliseerd voor het gebruik van gewone processors, in plaats van gespecialiseerde mining-hardware. CryptoNight is ontworpen om de privacy te waarborgen door gebruik te maken van ring signatures en stealth-adressen. Deze functies zorgen ervoor dat de transacties in de blockchain niet direct kunnen worden gekoppeld aan specifieke adressen, waardoor de privacy van gebruikers optimaal wordt beschermd. Een ander voordeel van CryptoNight is de ‘egalitaire mining-aanpak’. Egalitaire mining verwijst naar een mining-proces waarbij alle deelnemers (ongeacht hun rekenkracht of beschikbare middelen), gelijke kansen hebben om beloningen te verdienen. In plaats van te vertrouwen op speciale hardware zoals ASIC’s, is CryptoNight ontworpen om de efficiëntie van CPU-mining te bevorderen. Dit maakt het minen van cryptocurrency’s toegankelijker voor individuele gebruikers, en voorkomt dat het grootste deel van de mining-kracht in handen komt van enkele grote spelers.
Dynamische geheugentoewijzing en adaptieve moeilijkheidsaanpassing
Het CryptoNight-algoritme is zeer efficiënt. Het algoritme maakt gebruik van technieken zoals dynamische geheugentoewijzing en het minimaliseren van cache-misses om de prestaties te optimaliseren. Hierdoor kunnen de miners hashbewerkingen efficiënter uitvoeren en tegelijkertijd energie besparen. Dit betekent dat de moeilijkheid van het mining-proces zich aanpast op basis van het aantal miners dat actief is in het netwerk. Hierdoor blijft het minen van nieuwe blokken consistent (ongeacht de schommelingen in de hashkracht van het netwerk).
Privacy van gebruikers blijft behouden
Met zijn focus op privacy, egalitaire mining en efficiëntie, heeft CryptoNight zijn plaats inmiddels verdiend in de crypto-wereld. Dit hashing-algoritme is onder meer geïmplementeerd in coins zoals Monero (XMR) en Bytecoin (BCN), waardoor gebruikers kunnen profiteren van de voordelen die CryptoNight biedt. In een tijd waarin privacy en toegankelijkheid steeds belangrijker worden, biedt het CryptoNight hashing-algoritme een waardevolle oplossing. Het combineert privacy-bescherming met efficiëntie en brengt cryptocurrency’s binnen bereik handbereik van individuele miners, terwijl het de privacy van gebruikers behoudt.
CryptoNighth-Heavy
Het CryptoNight-Heavy hashing-algoritme is een krachtige en efficiënte variant van het CryptoNight algoritme dat wordt gebruikt door de cryptocurrency Bytecoin (BCN). Het is ontworpen om ASIC-mining te ontmoedigen en een meer gelijke distributie van mining-kracht te bevorderen. CryptoNight Heavy is gebaseerd op het oorspronkelijke CryptoNight-algoritme, maar met enkele belangrijke wijzigingen. Het belangrijkste verschil is de aanzienlijk hogere geheugenvereiste, waardoor het moeilijker wordt om ASIC’s en andere gespecialiseerde hardware te gebruiken voor het mining-proces. Dit bevordert een eerlijker en gedecentraliseerdere mining-omgeving. CryptoNight Heavy maakt gebruik van verschillende technieken om de beveiliging van het blockchainnetwerk en cryptocurrency-transacties te waarborgen. Het maakt onder meer gebruik van ring signatures, stealth-adressen en ondoorzichtigheidskenmerken om de privacy van gebruikers te beschermen.
Beveiliging tegen aanvallen
Bovendien helpt de hoge geheugenvereiste bij het versterken van de beveiliging tegen aanvallen en het beschermen van de integriteit van de blockchain. En hoewel CryptoNight Heavy een hogere geheugenvereiste heeft, is het nog steeds ontworpen om energiezuinig te zijn en minder rekenkracht te vereisen, dan sommige andere hashing-algoritmen. Dit resulteert in een verminderd energieverbruik en een lagere impact op het milieu. CryptoNight Heavy is geïmplementeerd in verschillende cryptovaluta en biedt deze coins een betrouwbare en beveiligde basis voor transacties en gegevensopslag.
Blake-256
Blake-256 is een snellere en verbeterde versie van het oorspronkelijke Blake hash-algoritme. Het wordt onder meer gebruikt in de blockchainnetwerken van Siacoin (SC) en Decred (DCR), vanwege zijn snelheid en veiligheid. Het Blake-256 hashing-algoritme is een geavanceerd algoritme dat wordt gebruikt in verschillende cryptocurrency’s. Met zijn focus op veiligheid en efficiëntie biedt Blake-256 een betrouwbare methode voor het genereren van hashwaarden. Blake-256 hanteert een combinatie van verschillende cryptografische technieken om hashwaarden te berekenen. Het algoritme maakt gebruik van een reeks complexe berekeningen, waaronder compressie, rotaties en XOR-operaties. Dit zorgt voor een hoge mate van veiligheid en weerstand tegen aanvallen.
Minimale computermiddelen
Een van de voornaamste voordelen van Blake-256 is de efficiëntie. Het algoritme is ontworpen om snel te werken en minimale computermiddelen te vereisen. Hierdoor kunnen hashbewerkingen efficiënt worden uitgevoerd, waardoor het energieverbruik wordt verminderd en mining-activiteiten soepel verlopen. Blake-256 is ook bekend om zijn eenvoudige implementatie. Het algoritme vereist geen speciale hardware of gespecialiseerde software. Hierdoor kunnen ontwikkelaars het algoritme gemakkelijk integreren in verschillende toepassingen en cryptocurrency’s.
Preimage aanvallen en tweede preimage aanvallen
Veiligheid is een zeer belangrijk aspect van Blake-256. Het algoritme is ontworpen om bestand te zijn tegen cryptografische aanvallen, zoals ‘preimage aanvallen’, ‘tweede preimage aanvallen’ en ‘hashbotsingen’. Dit zorgt ervoor dat de hashwaarden veilig en betrouwbaar zijn, waardoor de integriteit van crypto-activa wordt gewaarborgd. Een preimage aanval is een cryptografische aanval waarbij een aanvaller probeert om een oorspronkelijke invoer (preimage) te vinden, die overeenkomt met een bepaalde hashwaarde. Met andere woorden: de aanvaller probeert een invoer te vinden, die resulteert in een specifieke gewenste hashwaarde. Een tweede preimage aanval, houdt in dat een aanvaller probeert om een nieuwe invoer te vinden, die dezelfde hashwaarde oplevert als een gegeven invoer. Met andere woorden: de aanvaller zoekt naar een andere invoer die resulteert in dezelfde hashwaarde als een bepaalde bestaande invoer.
Hashbotsingen
Hashbotsingen (collisions) hebben betrekking op situaties waarin twee verschillende invoeren, dezelfde hashwaarden opleveren. Met andere woorden: hashbotsingen treden op wanneer twee verschillende gegevensreeksen leiden tot dezelfde hashwaarde. Het voorkomen van preimage aanvallen, tweede preimage aanvallen en hashbotsingen, is van cruciaal belang voor cryptografische hashing-algoritmen. Sterke hashfuncties worden ontworpen om deze aanvallen te weerstaan, door het verminderen van de kans op het vinden van een oorspronkelijke invoer, het vinden van een tweede preimage of het genereren van hashbotsingen. Hashfuncties moeten bestand zijn tegen dergelijke aanvallen om de veiligheid en integriteit van gegevens en cryptografische systemen (zoals de blockchain) te waarborgen.
Lyra2REv2
Het geavanceerde en veelzijdige Lyra2REv2 hashing-algoritme wordt onder meer gebruikt door Vertcoin (VTC). Ook dit algoritme is ontworpen om ASIC-mining te weerstaan. Lyra2REv2 is gebaseerd op een combinatie van het Lyra2- en het REv2-algoritme. Met zijn nadruk op beveiliging en efficiëntie biedt Lyra2REv2 een betrouwbare methode voor het genereren van hashwaarden. Lyra2REv2 maakt gebruik van een combinatie van verschillende cryptografische technieken om hashwaarden te genereren. Dit algoritme maakt gebruik van meerdere rondes van berekeningen, waaronder compressie, mixen en iteratieve bewerkingen. Dit zorgt voor een hoge mate van beveiliging en weerstand tegen aanvallen.
Een eerlijkere en gedecentraliseerde mining-omgeving
Een van de voordelen van Lyra2REv2 is de efficiëntie. Het algoritme is ontworpen om snel te werken en minimale computermiddelen te vereisen. Hierdoor kunnen hashbewerking efficiënt worden uitgevoerd, waardoor het energieverbruik wordt verminderd en mining-activiteiten soepel verlopen. Lyra2REv2 maakt ook gebruik van een zogenaamd ‘snel-vertrager’-mechanisme. Dit mechanisme maakt het moeilijker om gespecialiseerde hardware (zoals ASIC’s), te ontwikkelen voor het minen van cryptocurrency’s die gebruikmaken van Lyra2REv2. Dit bevordert een eerlijkere en gedecentraliseerde mining-omgeving. Lyra2REv2 wordt onder meer gebruikt door Vertcoin (VTC), Verge (XVG) en Monacoin (MONA). Het biedt deze coins een sterke en veilige basis voor transacties en gegevensopslag. Met zijn combinatie van beveiliging, efficiëntie en brede toepasbaarheid, heeft Lyra2REv2 zijn waarde inmiddels ruimschoots bewezen in de wereld van cryptocurrency’s. Dit algoritme speelt dan ook een cruciale rol bij het waarborgen van de veiligheid en betrouwbaarheid van verschillende blockchain-ecosystemen.
Geen uitputtende lijst
Bovenstaande hashing-algoritmen vormen echter geen uitputtende lijst. Er zijn nog veel meer andere hashfuncties en algoritmen die binnen de verschillende blockchain-ecosystemen worden gebruikt. In principe kan ieder blockchainnetwerk zijn eigen specifieke hashfunctie of een aangepaste variant ervan implementeren, om aan de specifieke vereisten en doelstellingen te voldoen.
Is een hashfunctie hetzelfde als een hashing-algoritme?
Nee, een hashfunctie en een hashing-algoritme verwijzen niet naar hetzelfde concept, hoewel ze nauw met elkaar verbonden zijn. Een hashfunctie is een wiskundige functie die een invoer (gegevens) neemt en vervolgens een unieke, vaste lengte hashwaarde produceert. Het belangrijkste kenmerk van een hashfunctie is dat dezelfde invoer altijd dezelfde hashwaarde oplevert. Zelfs een kleine wijziging in de invoer zal resulteren in een totaal andere hashwaarde. Een hashfunctie wordt vaak gebruikt om wachtwoorden, gegevensintegriteit, digitale handtekeningen en andere toepassingen te beveiligen. Een hashing-algoritme daarentegen is een set regels en procedures die worden gevolgd om een hashfunctie toe te passen. Het omvat de specifieke stappen en berekeningen die worden gebruikt om gegevens om te zetten in een hashwaarde.
Daadwerkelijke berekening
Een hashing-algoritme kan meerdere componenten bevatten, zoals compressie, iteraties, salting (het toevoegen van willikeurige gegevens aan de invoer), en andere technieken om de beveiliging en uniekheid van de hashwaarde te waarborgen. Met andere woorden: een hashfunctie is het resultaat van een hashing-algoritme. Het hashing-algoritme bepaalt hoe de hashfunctie wordt berekend en welke stappen en technieken worden gebruikt, om de hashwaarde te genereren. Een hashfunctie is dus de daadwerkelijke berekening die een invoer naar een hashwaarde omzet, en een hashing-algoritme is het bredere concept dat de regels en stappen bevat om die berekening uit te voeren.
Conclusie
Hashfuncties zijn een essentieel onderdeel van blockchaintechnologie. Ze dienen als bouwstenen voor gegevensintegriteit, ketenvorming en consensus-mechanismen. Hashfuncties zorgen ervoor dat gegevens in een blockchain veilig en onveranderlijk blijven, waardoor een hoge mate van betrouwbaarheid kan worden geboden. Door het gebruik van hashfuncties kunnen we snel en vertrouwd controleren of gegevens overeenkomen, zonder de oorspronkelijke gegevens bloot te stellen. Dit maakt ze waardevol in toepassingen zoals databases, bestandscontrole en vergelijkingen. De eigenschappen van hashfuncties, zoals uniekheid, eenrichtingsverkeer en uniforme verdeling, maken ze betrouwbaar en onmisbaar in verschillende digitale systemen. Met deze unieke eigenschappen spelen hashfuncties dan ook een cruciale rol, bij het waarborgen van gegevensintegriteit in blockchain-ecosystemen. Door het begrijpen van de rol en werking van hashfuncties kunnen we de kracht en potentie van blockchaintechnologie beter waarderen en benutten.
Op de hoogte blijven van de ontwikkelingen op het gebied van blockchaintechnologie? Meld je dan nu aan voor de blogpost!