Funzioni hash crittografiche spiegate

3 ott 2025 | 5 min di lettura

Che cosa sono le funzioni hash crittografiche?

Una funzione hash crittografica (cryptographic hash function) è una formula matematica che trasforma un’informazione (ad esempio un testo, un file o una password) in una breve “impronta digitale” di lunghezza fissa. Questa impronta è chiamata valore hash.

Un valore hash appare di solito come una lunga sequenza di numeri e lettere. Ad esempio, se inserisci la parola "Ciao" nella funzione hash SHA-256 (una funzione hash molto conosciuta utilizzata da Bitcoin), otterrai:

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Non importa quante volte o su quale computer lo esegui: finché l’input è “Ciao”, il valore hash sarà sempre esattamente lo stesso. L’hash è quindi collegato a un’informazione specifica. Questo lo rende un metodo affidabile per verificare se i dati sono stati modificati.

In breve

Le funzioni hash creano un’impronta digitale dei dati: lo stesso input produce sempre lo stesso hash, ma piccoli cambiamenti generano un risultato completamente diverso.
Gli hash non sono reversibili: a partire dall’hash non si possono ricostruire i dati originali, il che li rende adatti alla sicurezza e alle blockchain.
Le applicazioni sono ampie: archiviazione sicura delle password, controllo di integrità, firme digitali e transazioni su blockchain.
La sicurezza varia a seconda dell’algoritmo: MD5 e SHA-1 sono compromessi e insicuri, mentre SHA-2 e SHA-3 sono ancora considerati sicuri.
Nelle blockchain gli hash sono fondamentali: collegano i blocchi tra loro, proteggono le transazioni e rendono possibile il mining tramite Proof of Work.

Applicazioni di una funzione hash

Un valore hash viene spesso utilizzato nella sicurezza digitale di dati, comunicazioni e sistemi. Li troviamo, tra l’altro, in:

Archiviazione delle password: invece di memorizzare le password in chiaro, un sistema salva solo il valore hash.
Controllo di integrità: nei download o negli aggiornamenti software viene fornito un hash in modo che gli utenti possano verificare che il file non sia stato modificato.
Firme e certificati digitali: le funzioni hash garantiscono che un documento firmato non possa essere modificato senza che venga rilevato.
Blockchain: ogni transazione e ogni blocco sono protetti tramite hashing, garantendo l’immutabilità della catena.

Proprietà di una funzione di hash

Le proprietà importanti di una funzione di hash sono:

Stesso input, stesso output:
Quando inserisci gli stessi dati, ottieni sempre esattamente lo stesso hash. Questo accade perché la funzione di hash esegue sempre lo stesso calcolo. Prendiamo come esempio una password. Il sistema memorizza solo l’hash della tua password. Quando provi ad accedere di nuovo, il sistema verifica se l’hash corrisponde esattamente al nuovo hash calcolato dal valore inserito. Solo in questo modo ottieni l’accesso.
Non reversibile:
Un hash non può essere riconvertito nel suo input originale. Ciò significa che chi vede solo l’hash non può ricostruire i dati originali. Questo lo rende estremamente adatto per una blockchain. Ogni blocco della blockchain contiene infatti un hash univoco (e talvolta più di uno) che include le transazioni elaborate. Inoltre, contiene l’hash del blocco precedente. Se qualcuno tenta di manipolare una transazione modificando un numero o una lettera, l’hash cambia immediatamente. Poiché questo hash è presente anche nel blocco successivo, l’intera catena cambia. Ciò viene rilevato immediatamente dai validatori o dai miner. Inoltre, un attaccante dovrebbe ricalcolare e convalidare tutti i blocchi successivi per farla franca, il che è praticamente impossibile. Questo rende la manipolazione impossibile e garantisce l’integrità e l’immutabilità della blockchain.
Sensibile ai piccoli cambiamenti:
Se cambi una sola lettera o anche un solo bit, l’hash appare completamente diverso. Questo rende impossibile determinare la somiglianza tra due testi confrontando i loro hash.

Esempio: “Mondo” ha un hash completamente diverso da “Mondp”, anche se le parole sono molto simili.
Evitare collisioni:
Una collisione si verifica quando due input diversi producono lo stesso hash. Questo è teoricamente possibile, ma praticamente impossibile con funzioni di hash sicure.

Esempio: con SHA-256 ci vorrebbero miliardi di anni per generare abbastanza hash da trovarne casualmente due uguali. Le varianti più vecchie come MD5 e SHA-1 hanno avuto questo problema in passato, motivo per cui oggi non vengono più utilizzate.

Come funzionano le funzioni di hash?

Il processo che le funzioni di hash eseguono per effettuare il calcolo si chiama hashing.
Una funzione di hash è l’algoritmo che esegue il calcolo, mentre l’hashing è il processo di applicazione di tale funzione ai dati per ottenere un valore hash.

L’hashing funziona tecnicamente nel seguente modo:

Elaborazione dell’input
I dati (testo, file, password, ecc.) vengono suddivisi in blocchi di dimensione fissa.

Esempio: Supponiamo che tu inserisca il testo “Ciao”. Questo viene suddiviso in blocchi da, per esempio, 512 bit. Poiché “Ciao” è molto più corto, viene aggiunto un padding extra per farlo combaciare perfettamente.
Trasformazioni matematiche
Ogni blocco passa attraverso una serie di operazioni come spostamenti di bit, permutazioni e addizioni modulari.

Esempio: I bit vengono spostati e combinati, rendendo il testo originale irriconoscibile. Anche una semplice stringa come “Ciao” produce una lunga sequenza di numeri e lettere, come ad esempio:
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Combinazione (compressione o sponge)
I risultati vengono combinati in uno stato interno: una sorta di memoria temporanea in cui vengono memorizzati i calcoli intermedi fino alla formazione del valore hash finale.
- Negli algoritmi più vecchi come SHA-2, ciò avviene blocco per blocco tramite una funzione di compressione.
- Negli algoritmi più moderni come SHA-3, questo processo utilizza una costruzione a spugna, in cui l’input viene prima “assorbito” e poi l’hash viene “spremuto”.
Esempio: Non importa se inserisci un messaggio breve o un file da 1 GB; alla fine otterrai sempre un hash di lunghezza fissa, ad esempio 256 bit.
Output
Dopo l’ultima operazione rimane un valore hash di lunghezza fissa. Questo è l’impronta digitale dell’input.

Esempio:
- “Ciao” →
  
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- “Ciao!” (con punto esclamativo) →
  
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Che cos’è l’effetto Avalanche?

L’effetto avalanche garantisce che sia impossibile dedurre relazioni tra due hash, poiché anche piccole differenze nell’input portano a un valore hash completamente diverso. Anche se gli input sembrano molto simili, il risultato è una sequenza di numeri e lettere totalmente diversa. Questo rende impossibile dedurre dai valori hash come fossero i dati originali o quanto due input siano simili.

Quali funzioni hash esistono?

Negli anni sono state sviluppate o migliorate diverse funzioni hash crittografiche. Tra le più conosciute troviamo:

MD5
Sviluppato negli anni ’90 come successore di precedenti algoritmi MD. Questo algoritmo produce un hash a 128 bit ed è stato utilizzato per anni per la verifica dei file e i certificati digitali. Oggi MD5 è considerato insicuro, poiché dal 2004 sono stati registrati casi in cui due input diversi hanno generato lo stesso valore hash. Questo fenomeno si chiama collisione. Per questo motivo MD5 è oggi usato solo per applicazioni semplici, ma non più per la sicurezza.
SHA-1
SHA-1 è stato a lungo lo standard per le firme digitali e i certificati SSL. È un algoritmo con un output a 160 bit. Nel 2017 Google e il CWI di Amsterdam hanno dimostrato una collisione: hanno creato due file PDF diversi con esattamente lo stesso hash SHA-1. Questo ha dimostrato che era possibile falsificare un hash nella pratica. Da allora SHA-1 è considerato compromesso e insicuro. I principali browser e le autorità di certificazione non lo supportano più.
SHA-2 (SHA-224, SHA-256, SHA-384, SHA-512)
Il successore di SHA-1 è SHA-2. Questo algoritmo utilizza blocchi da 512 o 1024 bit e produce output da 224, 256, 384 o 512 bit. Un sistema SHA-2 molto conosciuto è SHA-256, utilizzato per proteggere la blockchain di Bitcoin. SHA-512 è più efficiente nei sistemi a 64 bit. Finora non sono stati registrati attacchi riusciti che mettano a rischio la sicurezza di SHA-2, che rimane una delle funzioni hash crittografiche più utilizzate.
SHA-3 (Keccak)
Sviluppato nel 2007 da Guido Bertoni, Joan Daemen, Michaël Peeters e Gilles Van Assche, l’algoritmo Keccak è stato adottato nel 2015 dal NIST come nuovo standard di hash con il nome SHA-3. È stato introdotto come alternativa a SHA-2, nel caso in cui in futuro venissero scoperte vulnerabilità in quest’ultimo. SHA-3 non è ancora molto utilizzato nella pratica, poiché SHA-2 è ancora sicuro, ampiamente supportato dall’hardware e profondamente integrato nei protocolli come TLS e certificati SSL.

Funzioni hash nelle criptovalute e nella blockchain

Le funzioni hash svolgono un ruolo cruciale nelle blockchain. L’hashing viene utilizzato per proteggere le transazioni, collegare i blocchi e costituisce il nucleo delle blockchain che validano le transazioni tramite il mining. Le blockchain che utilizzano il Proof of Work meccanismo di consenso sfruttano la potenza di calcolo dei computer per risolvere puzzle hash.

Alcuni esempi di progetti popolari:

Bitcoin → SHA-256 (per mining e hashing dei blocchi).
Litecoin → scrypt (più veloce e meno sensibile agli ASIC rispetto a SHA-256).
Zcash → Equihash (intensivo in memoria, progettato per un mining più equo).
Dogecoin → scrypt (lo stesso algoritmo di Litecoin, con merge-mining).
Ripple (XRP Ledger) → SHA-512/256 (una variante ridotta di SHA-512).
Algorand → SHA-512/256 (per generazione di chiavi e firme digitali).

In conclusione

Le funzioni hash crittografiche sono un elemento essenziale del mondo digitale. Offrono un modo affidabile per proteggere i dati, garantire l’integrità e rendere possibili sistemi complessi come le blockchain. Sebbene algoritmi più vecchi come MD5 e SHA-1 non siano più sicuri a causa di vulnerabilità comprovate, le varianti moderne come SHA-2 e SHA-3 restano robuste ed essenziali per le applicazioni odierne.

La forza delle funzioni hash risiede nella loro semplicità ed efficacia: funzioni unidirezionali che trasformano piccole differenze nell’input in risultati completamente diversi, senza che i dati originali possano essere recuperati. Questo le rende cruciali non solo per la sicurezza delle password e le firme digitali, ma anche per il funzionamento delle criptovalute e di internet in generale.

Le funzioni hash continueranno a svolgere un ruolo chiave in futuro, sia nelle applicazioni esistenti sia nelle nuove innovazioni nei settori della blockchain, della sicurezza digitale e della crittografia.