Che cos’è l’Hashing? Spiegazione Completa

Che cos’è l’hashing?

L’hashing è il processo con cui i dati vengono convertiti in un hash tramite un algoritmo matematico. Un hash è il risultato in forma di codice di lunghezza fissa composto da numeri e lettere. L’hashing viene usato per mantenere sicure le blockchain. Per esempio, Bitcoin utilizza l’algoritmo SHA-256, dove SHA sta per Secure Hashing Algorithm.

In linea di principio, ogni algoritmo di hashing funziona allo stesso modo: è una sorta di programma in cui inserisci informazioni e ottieni un codice in uscita. Puoi fornire ogni tipo di informazione e otterrai sempre un nuovo hash. Generare un hash è semplice, ma risalire all’input a partire dall’hash è praticamente impossibile.

Prendiamo come esempio queste due frasi. Sembrano simili, ma se le inserisci in un algoritmo SHA-256, il risultato sarà completamente diverso. Anche se cambi solo una “w” in maiuscolo.

In breve

• L’hashing converte dati tramite un algoritmo in un codice fisso e univoco (hash), praticamente impossibile da ricondurre ai dati originali.
• Le funzioni di hash crittografico sono veloci, deterministiche, unidirezionali, sensibili ai piccoli cambiamenti e quasi impossibili da manipolare.
• I Merkle tree raggruppano molte transazioni in un unico hash compatto (Merkle root), risparmiando spazio e permettendo verifiche rapide.
• L’Header di Blocco contiene informazioni essenziali come l’hash del blocco precedente, il Merkle root, il timestamp e il nonce, fondamentali per la struttura della blockchain.
• Il mining di Bitcoin consiste nel risolvere puzzle crittografici tramite Proof of Work, aggiungendo nuovi blocchi e ricevendo ricompense.
• L’hashing è cruciale anche nel Proof of Stake, dove garantisce sicurezza senza il lavoro computazionale intenso del mining.

Come funziona l’hashing nel mondo crypto?

L’hashing è una tecnica con cui i dati vengono convertiti in una stringa fissa di caratteri (l’hash). Questa tecnica è fondamentale nel mondo delle crypto e delle blockchain perché assicura sicurezza, integrità ed efficienza. Le blockchain usano funzioni di hash crittografiche, dove ogni transazione viene trasformata in un valore hash unico. Questo è noto come transaction hash e funziona come una sorta di firma digitale della transazione.

Grazie all’hash di una transazione, puoi cercarla su un blockchain explorer, una sorta di registro pubblico di tutte le transazioni su una blockchain. Mostra tra quali indirizzi è avvenuta la transazione e l’importo coinvolto, senza rivelare nomi personali.

Inoltre, le blockchain usano un Merkle tree per memorizzare i dati delle transazioni in modo efficiente.

Qual è il vantaggio delle funzioni di hash crittografiche?

Le blockchain usano hash crittografici, progettati per essere sicuri, affidabili ed efficienti. Questi hash hanno 5 proprietà fondamentali:

1. Deterministica (prevedibile)
   
   Significa che lo stesso input produce sempre esattamente lo stesso output. Non importa quando lo inserisci: otterrai sempre lo stesso hash.

2. Velocità
   
   Gli algoritmi funzionano molto rapidamente; i dati vengono convertiti in hash in un attimo. Questo è fondamentale per la velocità delle transazioni su una blockchain.

3. Funzione unidirezionale
   
   Gli algoritmi possono creare un hash dall’input, ma non possono risalire dall’hash all’input. È praticamente impossibile grazie alle proprietà delle funzioni di hash crittografiche e all’assenza di una chiave segreta.

4. Sensibilità ai cambiamenti
   
   Se modifichi anche solo un carattere nell’input, l’hash cambia completamente. Questo permette di rilevare facilmente se qualcosa è stato alterato.

5. Difficile da manipolare
   
   È praticamente impossibile trovare due input diversi che producano lo stesso hash. Questa caratteristica, chiamata resistenza alle collisioni, impedisce la manomissione dei dati.

Cosa sono i Merkle tree?

Un Merkle Tree o albero di hash è una struttura dati utilizzata per memorizzare in modo efficiente e sicuro i dati delle transazioni nella blockchain. Funziona così: ogni transazione in una blockchain viene sottoposta a hash, poi questo hash viene combinato con un altro hash e nuovamente sottoposto a hashing. Questo processo continua finché non rimane un unico hash principale, chiamato Merkle root (o Root Hash). Questo rappresenta tutte le transazioni presenti in un blocco.

Puoi immaginarlo come un albero di Natale, largo alla base con molti rami (molti dati) e che si restringe man mano che sali verso la cima, dove si trova l’hash che contiene tutte le transazioni del blocco in forma compatta. Molte transazioni vengono infine combinate e trasformate in un unico Merkle root.

Poiché anche una minima modifica dell’input cambia l’hash, questa caratteristica è molto utile in un Merkle tree. Se cambia una delle transazioni sottostanti, cambia anche il Merkle root. Questo permette di verificare le transazioni in modo rapido e affidabile senza dover memorizzare ogni singola transazione nell’Header di Blocco.

Vantaggi dei Merkle tree:

• Raggruppa molti dati (tutte le transazioni di un blocco) in un unico hash, risparmiando spazio e aumentando la velocità.
• Permette di dimostrare facilmente l’affidabilità e la validità delle transazioni.
• Mantiene tutti i dati in ordine cronologico e garantisce che i blocchi siano collegati correttamente.

Cosa c’è nell’Header di Blocco?

L’Header di Blocco è una parte essenziale di ogni blocco nella blockchain. Contiene i dati più importanti necessari per collegare i blocchi, verificare le transazioni e permettere il mining di nuovi blocchi. Invece di memorizzare tutti i dati, l’Header contiene solo le informazioni chiave, garantendo velocità ed efficienza nella rete.

Un Block Header contiene i seguenti componenti:

1. Prev_Hash

L’hash del blocco precedente. Questo assicura che i blocchi siano collegati e formino una catena ininterrotta.

2. Tx_Root (Merkle root)

Un hash riassuntivo di tutte le transazioni del blocco, derivato dal Merkle Tree. Permette di verificare le transazioni in modo rapido e affidabile.

3. Timestamp

L’orario in cui il blocco è stato creato.

4. Nonce

Un numero casuale che i miner modificano per trovare un hash valido durante il processo di mining (in Proof of Work).

Mining di Bitcoin

Il mining di Bitcoin è il processo con cui nuovi blocchi vengono aggiunti alla blockchain e i miner possono guadagnare BTC. Lo fanno risolvendo un complesso puzzle crittografico. In parole semplici: i computer devono indovinare l’input corretto che corrisponde a un hash valido. Come detto, è un’operazione molto difficile, quindi si basa in gran parte sulla casualità, un po’ come una lotteria. Il computer che trova per primo la soluzione corretta può aggiungere il blocco alla blockchain e riceve una ricompensa di 3,125 BTC. In passato, la ricompensa era di 50 BTC per blocco, ma a causa dell’halving viene dimezzata circa ogni 4 anni.

L’intero processo si basa sul consensus algorithm Proof of Work, in cui la potenza di calcolo viene usata per mantenere attiva la blockchain. Quando Bitcoin è stato lanciato nel 2009, era ancora possibile fare mining con un portatile, ma poiché i puzzle sono diventati più complessi, oggi si usano computer specializzati.

Cos’è l’hashrate?

L’hashrate indica la velocità con cui gli hash vengono calcolati in una rete. Più miner sono attivi in una rete, più alto è l’hashrate e più sicura è la rete. Se l’hashrate aumenta, la difficoltà dei puzzle viene automaticamente incrementata. Lo stesso accade al contrario: se l’hashrate cala, i puzzle diventano più facili. Questo garantisce che nuovi blocchi vengano aggiunti alla blockchain in modo costante. Per Bitcoin, questo avviene in media ogni 10 minuti.

Hashing nel Proof of Stake

L’hashing svolge un ruolo importante anche nelle blockchain Proof of Stake (PoS), come Ethereum. Nel PoS, i validatori usano l’hashing per verificare le transazioni e mettere in sicurezza i blocchi, ma non è richiesta la potenza computazionale intensa tipica del mining. Le funzioni di hash garantiscono comunque che i dati restino immutabili e che ogni modifica sia immediatamente visibile, grazie ai valori hash unici. In questo modo l’hashing assicura la sicurezza e l’affidabilità della blockchain anche nel Proof of Stake, risultando molto più efficiente dal punto di vista energetico rispetto al Proof of Work.

In conclusione

L’hashing è la tecnica fondamentale che permette la sicurezza, l’integrità e l’efficienza delle blockchain. Convertendo i dati in codici unici e fissi, quasi impossibili da manipolare, le funzioni di hash crittografiche garantiscono che le transazioni siano affidabili e immutabili. In combinazione con strutture dati come i Merkle tree e l’Header di Blocco, l’hashing mantiene le blockchain saldamente collegate e operative in modo veloce. Che si tratti di Proof of Work o Proof of Stake, l’hashing continua a svolgere un ruolo indispensabile nel garantire affidabilità e sicurezza della catena digitale.