Qu'est-ce que le hachage ? Une explication complète

Qu'est-ce que le hachage ?

Le hachage est le processus par lequel des données sont transformées en un code appelé « hash » à l’aide d’un algorithme mathématique. Un hash est un résultat sous forme d’une chaîne de caractères de longueur fixe, composée de chiffres et de lettres. Le hachage est utilisé pour sécuriser les blockchains. Par exemple, Bitcoin utilise l’algorithme SHA-256, où SHA signifie Secure Hashing Algorithm.

En principe, chaque algorithme de hachage fonctionne de la même manière : vous entrez des informations et obtenez un code spécifique. Vous pouvez soumettre toutes sortes de données à cette « machine », elle produira toujours un nouveau hash. Générer un hash est simple, mais il est pratiquement impossible de retrouver les données d’origine à partir du hash.

Considérez les deux phrases suivantes. Elles se ressemblent beaucoup, mais lorsque vous les soumettez à l’algorithme SHA-256, aucun lien n’est visible. Même si seule la lettre « q » est en majuscule dans la deuxième phrase.

Entrée	Résultat du hash
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À retenir

• Le hachage transforme les données en un code unique et de longueur fixe via un algorithme, sans possibilité pratique d’inverser ce processus.
• Les fonctions de hachage cryptographiques sont rapides, déterministes, unidirectionnelles, très sensibles aux moindres changements, et résistantes à la manipulation.
• Les arbres de Merkle regroupent de nombreuses transactions en un hash compact (Merkle Root), économisant de l’espace de stockage et permettant une vérification rapide.
• L’en-tête du bloc contient des informations essentielles comme le hash du bloc précédent, la Merkle Root, un horodatage et un nonce, essentiels pour la structure de la blockchain.
• Le minage Bitcoin consiste à résoudre des énigmes cryptographiques via la preuve de travail (Proof of Work), où les mineurs ajoutent de nouveaux blocs et reçoivent une récompense.
• Le hachage est également crucial dans la preuve d’enjeu (Proof of Stake), qui garantit la sécurité sans nécessiter une puissance de calcul élevée.

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Comment fonctionne le hachage en crypto ?

Le hachage est une technique qui transforme des données en une chaîne de caractères de longueur fixe, appelée hash. Cette technique joue un rôle central dans le monde de la cryptomonnaie et des blockchains, car elle assure sécurité, intégrité et efficacité. Les blockchains utilisent des fonctions de hachage cryptographiques qui convertissent chaque transaction en une valeur unique, appelée « transaction hash », fonctionnant comme une signature numérique.

On peut utiliser le hash d’une transaction pour la rechercher dans un explorateur de blockchain, un registre numérique qui documente toutes les transactions sur une blockchain. Il y est indiqué entre quelles adresses la transaction a eu lieu et le montant, le tout sans mentionner de noms.

De plus, les blockchains utilisent un arbre de Merkle pour stocker efficacement les données des transactions.

Quels sont les avantages des fonctions de hachage cryptographiques ?

Les blockchains utilisent des fonctions de hachage cryptographiques conçues pour être sécurisées, fiables et efficaces. Ces fonctions possèdent cinq propriétés essentielles :

1. Déterminisme
   La même entrée produira toujours la même sortie, quelle que soit la fréquence d’exécution.

2. Rapidité
   Les algorithmes calculent rapidement le hash, essentiel pour des transactions rapides.

3. Fonction à sens unique
   Il est facile de générer un hash à partir des données, mais quasiment impossible d’en déduire les données d’origine.

4. Sensibilité aux changements mineurs
   Même une modification infime des données entraîne un hash totalement différent, ce qui facilite la détection de manipulations.

5. Résistance aux collisions
   Il est extrêmement difficile de trouver deux entrées différentes produisant le même hash, ce qui prévient la falsification.

Qu’est-ce qu’un arbre de Merkle ?

Un arbre de Merkle ou arbre de hachage est une structure de données utilisée pour stocker efficacement et en toute sécurité les données des transactions dans la blockchain. Voici comment cela fonctionne : chaque transaction est hachée, puis deux hashes sont combinés et re-hachés, et ainsi de suite jusqu’à obtenir un hash principal appelé Merkle Root. Celui-ci représente toutes les transactions du bloc.

On peut le comparer à un sapin de Noël : large à la base avec de nombreuses branches (données), et étroit au sommet avec une seule pointe (Merkle Root). De nombreuses transactions sont regroupées en une seule racine compacte.

Parce que même de petits changements modifient le hash, les arbres de Merkle permettent de vérifier facilement si les données ont été altérées. Si une seule transaction est modifiée, la Merkle Root change elle aussi, ce qui permet une validation rapide.

Les avantages des arbres de Merkle sont :

• Ils regroupent de nombreuses données (toutes les transactions) en un seul hash, économisant espace et temps.
• Ils facilitent la preuve rapide de validité des transactions.
• Ils assurent que les données restent dans le bon ordre et que les blocs sont correctement liés.

Que contient l’en-tête de bloc ?

L’en-tête de bloc est une partie essentielle de chaque bloc dans la blockchain. Il contient les informations clés qui relient les blocs, valident les transactions et créent de nouveaux blocs. Plutôt que de stocker toutes les données, l’en-tête contient uniquement l’essentiel, rendant le réseau rapide et efficace.

Un en-tête de bloc comprend :

1. Prev_Hash
Le hash du bloc précédent, qui connecte les blocs entre eux en une chaîne continue.

2. Tx_Root (Merkle Root)
Un hash résumant toutes les transactions du bloc, issu de l’arbre de Merkle. Cela permet une vérification rapide.

3. Timestamp
Le moment où le bloc a été créé.

4. Nonce
Un nombre aléatoire modifié par les mineurs pour trouver un hash valide lors du minage (dans le cadre de la preuve de travail).

Le minage de Bitcoin

Le minage de Bitcoin est le processus par lequel de nouveaux blocs sont ajoutés à la blockchain, et les mineurs gagnent des BTC. Cela consiste à résoudre une énigme cryptographique. Concrètement, des ordinateurs doivent deviner la bonne entrée qui produit un certain hash. Comme expliqué, c’est difficile et largement basé sur la chance, presque comme un jeu de loterie. Le premier ordinateur à trouver la solution peut ajouter le bloc à la blockchain et reçoit une récompense de 3,125 BTC. Initialement, la récompense était de 50 BTC par bloc, mais elle est divisée par deux environ tous les quatre ans via le mécanisme de halving.

Ce processus repose sur un mécanisme de consensus Proof of Work, utilisant la puissance de calcul pour maintenir la blockchain. À ses débuts en 2009, il était possible de miner avec un ordinateur portable ; aujourd’hui, il faut du matériel spécialisé car les énigmes sont beaucoup plus complexes.

Qu’est-ce que la hashrate ?

La hashrate indique la vitesse à laquelle les hashes sont calculés dans le réseau. Plus il y a de mineurs, plus la hashrate est élevée, ce qui renforce la sécurité du réseau. Lorsque la hashrate augmente, la difficulté des énigmes s’adapte automatiquement à la hausse. Si elle baisse, la difficulté diminue. Cela garantit qu’un nouveau bloc est ajouté à la blockchain Bitcoin environ toutes les 10 minutes.

Le hachage dans la preuve d’enjeu

Le hachage joue également un rôle important dans les blockchains utilisant la preuve d’enjeu, comme Ethereum. Dans ce mécanisme, les validateurs utilisent le hachage pour vérifier les transactions et sécuriser les blocs, mais sans consommer autant de puissance de calcul que le minage. Les fonctions de hachage assurent aussi ici l’intégrité des données : toute modification est immédiatement détectable grâce à un nouveau hash. Ainsi, le hachage garantit la sécurité et la fiabilité de la blockchain, mais de manière beaucoup plus économe en énergie que la preuve de travail.

En résumé

Le hachage est la technique fondamentale qui permet la sécurité, l’intégrité et l’efficacité des blockchains. En transformant les données en codes uniques et fixes, pratiquement impossibles à falsifier, les fonctions de hachage cryptographiques rendent les transactions fiables et inviolables. Associé à des structures comme les arbres de Merkle et l’en-tête de bloc, le hachage assure la connexion sécurisée et le bon fonctionnement des blockchains. Qu’il s’agisse de preuve de travail ou de preuve d’enjeu, sans hachage, rien ne fonctionnerait dans le monde de la blockchain.