¿Qué es un hash?
En informática, a hash (también conocido como código de hash , valor hash , o hash suma ) es una representación numérica de tamaño fijo de una cantidad arbitraria de datos. Es como una huella digital o una firma digital para una información.
Propiedades clave de un hash:
* Salida de tamaño fijo: Independientemente del tamaño de los datos de entrada, la función hash siempre produce una salida de una longitud predefinida específica (por ejemplo, 256 bits, 160 bits).
* determinista: La misma entrada siempre produce la misma salida hash. Esto es crucial para la consistencia y la confiabilidad.
* Resistencia de colisión (idealmente): Debería ser extremadamente difícil encontrar dos entradas diferentes que produzcan la misma salida hash (una "colisión"). Si bien la resistencia a la colisión perfecta es imposible en la práctica (debido al principio de paloma), las buenas funciones hash minimizan la probabilidad de colisiones.
* función unidireccional (idealmente): Debe ser computacionalmente inviable para revertir la función hash, lo que significa que no puede determinar los datos de entrada originales de su valor hash. Esto es importante para las aplicaciones de seguridad.
Piense en ello así:
Imagine que tiene una máquina (la función hash) que toma cualquier objeto (los datos de entrada) y produce una etiqueta única de tamaño fijo (el valor hash) para ese objeto. Las etiquetas son mucho más cortas que los objetos mismos.
Cómo se usan los hash en la programación de computadoras:
Hashes tienen numerosas aplicaciones en programación de computadoras, que incluyen:
1. Tablas de hash (diccionarios, mapas):
* Propósito: Las tablas hash son una estructura de datos fundamental utilizada para un almacenamiento y recuperación eficientes de datos basados en pares de valores clave.
* Cómo funciona:
* La clave se pasa a una función hash.
* La función hash calcula un valor hash (un entero) de la clave.
* Este valor hash se usa como índice en una matriz (la tabla hash).
* El valor correspondiente se almacena en ese índice.
* Beneficios: Proporciona complejidad promedio de O (1) (tiempo constante) para las operaciones de inserción, eliminación y búsqueda, lo que lo hace increíblemente rápido para buscar y recuperar datos.
* Ejemplo:
`` `Python
my_dict ={} # un diccionario vacío (tabla hash)
my_dict ["Apple"] =1 # Insertar "Apple" como la clave y 1 como valor
my_dict ["banana"] =2
print (my_dict ["Apple"]) # Salida:1 (búsqueda rápida)
`` `` ``
2. Integridad de datos (suma de verificación):
* Propósito: Para verificar que los datos no se han corrompido durante la transmisión o el almacenamiento.
* Cómo funciona:
* Calcule el hash de un archivo o bloque de datos antes de la transmisión/almacenamiento.
* Después de la transmisión/recuperación, recalcule el hash.
* Compare los dos valores hash. Si coinciden, los datos probablemente están intactos.
* Ejemplos:
* Descargas de archivos:MD5, SHA-256 SUMS de verificación a menudo se proporcionan para verificar la integridad de los archivos descargados.
* Protocolos de red:los mecanismos de detección y corrección de errores utilizan suma de verificación basadas en funciones hash.
* Por qué es útil: Un cambio de bits en los datos de entrada dará como resultado un valor hash dramáticamente diferente.
3. Criptografía:
* Almacenamiento de contraseña: En lugar de almacenar contraseñas directamente, los sistemas almacenan el hash de la contraseña. De esta manera, incluso si la base de datos se ve comprometida, las contraseñas reales no se revelan (ya que es difícil revertir el hash). La sal generalmente se agrega para evitar ataques de mesa del arco iris.
* Firmas digitales: El hashing se utiliza para crear una firma digital de un documento o mensaje. El remitente que ha atado el documento, luego cifra el hash con su clave privada. El receptor descifra la firma con la clave pública del remitente y compara el hash resultante con su propio hash calculado del documento. Si coinciden, verifica la autenticidad y la integridad del mensaje.
* Códigos de autenticación de mensajes (Mac): Similar a las firmas digitales, las Mac se utilizan para verificar la autenticidad y la integridad de los mensajes, pero usan una clave secreta compartida en lugar de pares de claves públicas/privadas.
* tecnología blockchain: El hash es un componente central de la tecnología blockchain. Cada bloque contiene el hash del bloque anterior, formando una cadena de bloques que es resistente a la manipulación.
4. almacenado en caché:
* Propósito: Para recuperar rápidamente los datos de acceso frecuente.
* Cómo funciona: La clave utilizada para acceder a los datos es el hash, y el hash resultante se utiliza para identificar la ubicación de los datos en caché.
* Beneficios: Evita operaciones costosas como consultas de bases de datos o cálculos complejos mediante los resultados de almacenamiento en un caché y recuperándolos rápidamente usando el hashing.
5. Deduplicación de datos:
* Propósito: Para reducir el espacio de almacenamiento identificando y eliminando copias duplicadas de datos.
* Cómo funciona: Los archivos o bloques de datos están hash. Si dos archivos diferentes tienen el mismo hash, es probable que sean idénticos (aunque las colisiones son posibles). Se almacena una copia y la otra se reemplaza con un puntero a la copia almacenada.
6. Indepalecimiento de la base de datos:
* Propósito: Para acelerar las consultas de la base de datos.
* Cómo funciona: El hash se puede usar para crear un índice en una columna de tabla. Cuando una consulta busca un valor específico, el valor se ha hecho y el índice se utiliza para ubicar rápidamente las filas correspondientes en la tabla.
Algoritmos de hash comunes:
* md5 (algoritmo de digestión de mensajes 5): Algoritmo más antiguo, ahora considerado criptográfico roto (vulnerable a las colisiones). Todavía se usa para suma de verificación en algunos contextos, pero desanimado para aplicaciones sensibles a la seguridad.
* SHA-1 (algoritmo de hash seguro 1): También se considera criptográficamente débil. Desanimado para nuevas aplicaciones.
* Familia SHA-2 (SHA-256, SHA-512, etc.): Más seguro que MD5 y SHA-1. Ampliamente utilizado para aplicaciones criptográficas y comprobaciones de integridad de datos.
* sha-3 (keccak): Un algoritmo diferente de la familia SHA-2, seleccionado como el ganador de una competencia NIST.
* bcrypt, scrypt, argon2: Diseñados específicamente para el hash de contraseña, estos algoritmos son más costosos computacionalmente y resistentes a los ataques de fuerza bruta.
Consideraciones importantes:
* Elegir la función hash correcta: La función hash apropiada depende de la aplicación específica. Las aplicaciones críticas de seguridad requieren fuertes funciones de hash criptográfico (como SHA-256 o más nuevo). Para las tablas hash, el rendimiento y la resistencia a la colisión son factores importantes.
* Manejo de colisiones: Las tablas hash deben tener una estrategia para manejar colisiones (cuando dos claves diferentes hash al mismo índice). Las técnicas de resolución de colisión comunes incluyen encadenamiento separado y direccionamiento abierto.
* Seguridad: Cuando se usan hashes para fines de seguridad, es crucial usar algoritmos de hash fuertes y bien volcados y tomar medidas para evitar ataques como ataques de mesa del arco iris (por ejemplo, mediante el uso de sales).
En resumen, el Hashing es una técnica potente y versátil utilizada ampliamente en la programación de computadoras para tareas que van desde el almacenamiento y la recuperación de datos hasta la verificación y seguridad de la integridad de datos. Comprender los principios de hashing es esencial para cualquier desarrollador de software.