Función hash

La función hash, también conocida como función de dispersión, es una herramienta esencial en el mundo de la criptografía y la seguridad informática. En este artículo, exploraremos en detalle qué es una función hash y cómo se utiliza para proteger datos y garantizar la integridad de la información en diferentes aplicaciones. Descubriremos cómo funciona este algoritmo y cuáles son sus principales características. ¡Prepárate para adentrarte en el fascinante mundo de las funciones hash y entender por qué son tan relevantes en la protección de nuestros datos!

Un algoritmo que convierte un mensaje en un valor hash

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¿Qué es una función hash?

Función hash

Una función hash es una función o algoritmo matemático que simplemente toma un número variable de caracteres (llamado «mensaje») y los convierte en una cadena con un número fijo de caracteres (llamado valor hash o simplemente hash).

Puntos clave

  • Una función hash es una función matemática que convierte cualquier dato digital en una cadena de salida con un número fijo de caracteres. Hashing es el proceso unidireccional de convertir los datos (llamado mensaje) en la salida (llamada hash).
  • El hash es útil para garantizar la autenticidad de un dato y garantizar que no haya sido manipulado, ya que incluso un pequeño cambio en el mensaje produce un hash completamente diferente.
  • Las funciones hash son las herramientas fundamentales de la criptografía moderna que se utilizan en la seguridad de la información para autenticar transacciones, mensajes y firmas digitales.

Entonces, el hash implica poner una entrada en una fórmula que la convierte en un mensaje de salida de longitud fija. No importa cuántos caracteres haya en la entrada, la salida siempre es la misma en términos de cantidad de caracteres hexadecimales (letras y números).

El hash es útil para garantizar la autenticidad de un dato porque cada pequeño cambio en el mensaje da como resultado un valor hash completamente diferente.

Las funciones hash son las herramientas fundamentales de la criptografía moderna que se utilizan en la seguridad de la información para autenticar transacciones, mensajes y firmas digitales.

El hash es generalmente una función unidireccional, lo que significa que es fácil convertir un mensaje en un hash, pero es muy difícil revertir un valor hash al mensaje original, ya que esto requiere una gran cantidad de potencia informática.

Esta dificultad se debe a las criptomonedas como Bitcoin, que utilizan sistemas de prueba de trabajo para garantizar la integridad de su cadena de bloques.

¿Por qué necesitamos funciones hash?

Longitud estándar

Cuando codifica un mensaje, toma su archivo o mensaje de cualquier tamaño, lo ejecuta a través de un algoritmo matemático y genera una salida de longitud fija.

Tabla 1: Varias funciones hash

Función hash

En la Tabla 1 anterior, convertí el mismo mensaje de entrada (las letras CFI) en valores hash usando tres funciones hash diferentes (MD5, SHA-1 y SHA-256). Cada una de estas diferentes funciones hash genera un hash de salida que tiene una longitud fija especificada de caracteres hexadecimales. MD5 tiene 32 caracteres, SHA-1 tiene 40 caracteres y SHA-256 tiene 64 caracteres.

Tabla 2: Diferentes entradas con la misma función hash (SHA-1)

Función hash

No importa lo que pongamos como entrada, la misma función hash siempre produce un valor hash con la misma cantidad de caracteres. En la Tabla 2 anterior, cambiamos el mensaje cada vez, pero usando la misma función hash (SHA-1 en este caso), la salida siempre tiene 40 caracteres hexadecimales.

Garantizar la integridad de los datos

Imaginemos un ejemplo en el que envía un mensaje o documento digital a alguien y quiere asegurarse de que no haya sido manipulado en el camino. Puedes enviarlo varias veces y pedirle al destinatario que verifique que cada copia sea igual. Sin embargo, esto no sería posible si el archivo o mensaje fuera muy grande.

Sería mucho más fácil si hubiera una manera de proporcionar una cantidad más corta y fija de caracteres para que el remitente y el receptor los verificaran. Y eso es exactamente lo que una función hash permite hacer a dos computadoras.

En lugar de comparar los datos en su forma original (y más grande), al comparar los dos hashes de los datos, las computadoras pueden confirmar rápidamente que los datos no han sido manipulados ni alterados.

Por lo tanto, las funciones hash sirven como suma de verificación o una forma de determinar, una vez creadas, si los datos digitales han sido manipulados.

Verificar autenticidad

Por ejemplo, si envía un correo electrónico, puede ser interceptado fácilmente (especialmente si se envía a través de una red Wi-Fi no segura). El destinatario del correo electrónico no tiene forma de saber si alguien ha cambiado el contenido del correo electrónico en el camino, lo que se conoce como ataque de hombre en el medio (MitM).

Sin embargo, si el remitente firma el correo electrónico con su Firma digital y hashes, para que el destinatario pueda examinar los datos hash junto con el contenido del correo electrónico para asegurarse de que el contenido del correo electrónico no haya sido modificado después de la firma digital.

Para hacer esto, el destinatario compara el valor hash del correo electrónico firmado digitalmente recibido con un valor hash que él mismo «regenera» utilizando la misma función hash proporcionada por el remitente y la clave pública del firmante.

Si coincide, significa que nadie cambió el mensaje. Sin embargo, si los hash son diferentes, el destinatario sabrá que el contenido del correo electrónico no es auténtico, porque incluso si se ha cambiado algo pequeño en ese mensaje, el hash será completamente diferente.

¿Cómo funciona una función hash?

Una función hash depende del algoritmo, pero en general, para obtener el valor hash de una longitud fija, primero debe dividir los datos de entrada en bloques de tamaño fijo, llamados bloques de datos.

Esto se debe a que una función hash toma datos de una longitud fija. El tamaño del bloque de datos varía de un algoritmo a otro.

Si los bloques no son lo suficientemente grandes, puedes llenarlos con relleno. Sin embargo, no importa qué método hash utilice, la salida o el valor hash siempre tendrá la misma longitud fija.

Luego, la función hash se repite tantas veces como bloques de datos haya.

Función hash

El “efecto avalancha”

Los bloques de datos se procesan individualmente. La salida del primer bloque de datos se alimenta como entrada junto con el segundo bloque de datos. En consecuencia, la salida del segundo bloque se alimenta junto con la del tercer bloque y así sucesivamente.

Por lo tanto, el resultado final es el valor combinado de todos los bloques. Si cambia un poco en cualquier parte del mensaje, todo el valor hash cambia. A esto se le llama «efecto avalancha».

Unicidad y determinismo

Las funciones hash deben ser deterministas; esto significa que cada vez que ingresa la misma entrada, siempre producirá la misma salida.

En otras palabras, la salida o el valor hash debe ser exclusivo de la entrada exacta. No debería haber ninguna posibilidad de que dos entradas de mensajes diferentes produzcan el mismo hash de salida. Cuando una función hash produce el mismo resultado a partir de dos datos diferentes, se denomina «colisión hash» y el algoritmo es inútil.

Irreversibilidad

Idealmente, las funciones hash deberían ser irreversibles. Esto significa que si bien es rápido y fácil calcular el hash si conoce el mensaje de entrada para una función hash determinada, es muy difícil realizar el proceso a la inversa para calcular el mensaje de entrada si solo conoce el valor hash.

Función hash

Búsqueda de fuerza bruta

Sin embargo, es posible calcular la entrada en función del valor hash de salida y eso requiere mucha potencia informática. Calcular de derecha a izquierda se llama búsqueda de “fuerza bruta”, que utiliza prueba y error para encontrar un mensaje que coincida con el valor hash y ver si se obtiene una coincidencia.

Funciones hash en criptografía

La criptomoneda más famosa, Bitcoin, utiliza funciones hash en su cadena de bloques. Potentes computadoras llamadas mineros compiten en búsquedas de fuerza bruta para resolver hashes y recibir recompensas mineras de nuevos bitcoins, así como tarifas de procesamiento que los usuarios pagan para registrar sus transacciones en la cadena de bloques.

Resolver un hash implica calcular una prueba de trabajo, llamada NONCE, o «número usado una vez», que, cuando se agrega al bloque, hace que el hash del bloque comience con una cierta cantidad de ceros. Una vez que se descubre una prueba de trabajo válida, el bloque se considera válido y se puede agregar a la cadena de bloques.

Dado que el hash de cada bloque se crea mediante un algoritmo criptográfico (Bitcoin usa el algoritmo SHA-256), la única forma de encontrar una prueba de trabajo válida es adivinar el algoritmo hasta encontrar el número correcto, lo que crea un hash que comienza con el número correcto de ceros. Eso es lo que hacen los mineros de Bitcoin: pasar números a través de un algoritmo criptográfico hasta que adivinan el NONCE válido.

¿Cuáles son ejemplos de funciones hash de criptomonedas comunes?

La función SHA-256 utilizada por Bitcoin es la abreviatura de «Secure Hash Algorithm» y fue desarrollada por la Agencia de Seguridad Nacional de EE. UU. (NSA). Incluye SHA-1, SHA-2 (una familia dentro de una familia que incluye SHA-224, SHA-256, SHA-384 y SHA-512) y SHA-3 (SHA3-224, SHA3-256, SHA3-384 y SHA3-512).

Otros ejemplos de algoritmos hash comunes incluyen:

  • Algoritmo de resumen de mensajes (MD): MD2, MD4, MD5 y MD6. MD5 se consideró durante mucho tiempo un algoritmo de hash probado, pero ahora se considera defectuoso debido a colisiones de hash.
  • Windows NTHash: también conocido como hash Unicode o NTLM, este hash se usa comúnmente en los sistemas Windows.
  • Resumen del mensaje de evaluación de primitivas de integridad de RACE (RIPEMD)
  • Jacuzzi
  • RSA

En general, los algoritmos o funciones hash más comunes tienen una longitud de hash entre 160 y 512 bits.

¿Dónde más puedes encontrar funciones hash en uso?

Cada pieza de información digital, como un archivo en su computadora, una foto en su teléfono inteligente o un bloque en una cadena de bloques de criptomonedas, tiene un hash. Y cada hash es único para cada dato: cada pequeño cambio en la información subyacente da como resultado un hash completamente diferente.

Además de las criptomonedas y otras tecnologías blockchain, las funciones hash se encuentran en toda la criptografía de clave pública, desde la firma de nuevo software hasta la verificación de firmas digitales y la protección de conexiones a sitios web en su computadora y navegadores web móviles.

Hashing versus cifrado

El cifrado implica capturar datos y crear un mensaje cifrado de tal manera que solo alguien con una clave correspondiente, llamada cifrado, pueda descifrarlo y descifrarlo. El cifrado es una función bidireccional que cualquier persona que tenga un cifrado puede revertir. Entonces, cuando alguien cifra algo, lo hace con la intención de descifrarlo más tarde.

Hashing utiliza una fórmula que convierte datos de cualquier tamaño en una longitud fija. La potencia informática necesaria para «deshacer el hash» lo hace muy difícil. Si bien el cifrado es una función bidireccional, el hash es generalmente una función unidireccional.

El cifrado tiene como objetivo proteger los datos durante la transmisión, mientras que el hashing tiene como objetivo comprobar si un archivo o elemento de datos no ha sido modificado, es decir, si es auténtico. Por lo tanto, se podría comparar el cifrado con poner un dato en una caja fuerte que se abre cuando el destinatario conoce la combinación; El hashing se parece más a un sello de seguridad que muestra si se ha modificado el contenido de los datos.

Aprende más

Gracias por leer la guía de Finanzas sobre funciones hash. Para continuar aprendiendo y desarrollando su base de conocimientos, explore los siguientes recursos adicionales relevantes:

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