In Informatica, A hash (noto anche come codice hash , Valore hash o hash Sum ) è una rappresentazione numerica di dimensioni fisse di una quantità arbitraria di dati. È come un'impronta digitale o una firma digitale per un'informazione.
Proprietà chiave di un hash:
* Output di dimensioni fisse: Indipendentemente dalle dimensioni dei dati di input, la funzione hash produce sempre un output di una lunghezza specifica e predefinita (ad esempio, 256 bit, 160 bit).
* deterministico: Lo stesso input produce sempre lo stesso output hash. Questo è cruciale per coerenza e affidabilità.
* Resistenza alla collisione (idealmente): Dovrebbe essere estremamente difficile trovare due input diversi che producono lo stesso output hash (una "collisione"). Mentre in pratica è impossibile una perfetta resistenza alle collisioni (a causa del principio del buco del piccione), le buone funzioni di hash minimizzano la probabilità di collisioni.
* Funzione a senso unico (idealmente): Dovrebbe essere computazionalmente impossibile invertire la funzione hash, il che significa che non è possibile determinare i dati di input originali dal suo valore di hash. Questo è importante per le applicazioni di sicurezza.
Pensaci così:
Immagina di avere una macchina (la funzione hash) che prende qualsiasi oggetto (i dati di input) e produce un'etichetta unica di dimensioni fisse (il valore hash) per quell'oggetto. Le etichette sono molto più brevi degli oggetti stessi.
Gli hash hanno numerose applicazioni nella programmazione di computer, tra cui:
1. Tabelle hash (dizionari, mappe):
* Scopo: Le tabelle hash sono una struttura di dati fondamentali utilizzata per l'archiviazione efficiente e il recupero dei dati basati su coppie di valore chiave.
* Come funziona:
* La chiave viene passata a una funzione hash.
* La funzione hash calcola un valore di hash (un numero intero) dalla chiave.
* Questo valore di hash viene utilizzato come indice in un array (la tabella hash).
* Il valore corrispondente viene memorizzato a quell'indice.
* Vantaggi: Fornisce la complessità di O (1) (tempo costante) di base per inserimento, cancellazione e operazioni di ricerca, rendendolo incredibilmente veloce per la ricerca e il recupero dei dati.
* Esempio:
`` `Python
my_dict ={} # un dizionario vuoto (tabella hash)
my_dict ["Apple"] =1 # inserisci "Apple" come chiave e 1 come valore
my_dict ["banana"] =2
Stampa (my_dict ["Apple"]) # output:1 (ricerca veloce)
`` `
2. Integrità dei dati (checksums):
* Scopo: Per verificare che i dati non siano stati corrotti durante la trasmissione o l'archiviazione.
* Come funziona:
* Calcola l'hash di un file o un blocco di dati prima della trasmissione/archiviazione.
* Dopo la trasmissione/recupero, ricalcola l'hash.
* Confronta i due valori di hash. Se corrispondono, i dati sono probabilmente intatti.
* Esempi:
* Download di file:MD5, checksums SHA-256 sono spesso forniti per verificare l'integrità dei file scaricati.
* Protocolli di rete:il rilevamento degli errori e i meccanismi di correzione utilizzano checksum in base alle funzioni di hash.
* Perché è utile: Una modifica a singolo bit nei dati di input comporterà un valore di hash drasticamente diverso.
3. Crittografia:
* Archiviazione password: Invece di archiviare direttamente le password, i sistemi archiviano l'hash della password. In questo modo, anche se il database è compromesso, le password effettive non vengono rivelate (poiché è difficile invertire l'hash). Il sale viene generalmente aggiunto per prevenire gli attacchi del tavolo arcobaleno.
* Firme digitali: L'hashing viene utilizzato per creare una firma digitale di un documento o un messaggio. Il mittente hash il documento, quindi crittografa l'hash con la loro chiave privata. Il ricevitore decrittica la firma con la chiave pubblica del mittente e confronta l'hash risultante con il proprio hash calcolato del documento. Se corrispondono, verifica l'autenticità e l'integrità del messaggio.
* Codici di autenticazione dei messaggi (Mac): Simile alle firme digitali, i Mac vengono utilizzati per verificare l'autenticità e l'integrità dei messaggi, ma utilizzano una chiave segreta condivisa anziché coppie di chiavi pubbliche/private.
* Tecnologia blockchain: Hashing è un componente principale della tecnologia blockchain. Ogni blocco contiene l'hash del blocco precedente, formando una catena di blocchi resistenti alla manomissione.
4. Caching:
* Scopo: Per recuperare rapidamente i dati di frequente accessibile.
* Come funziona: La chiave utilizzata per accedere ai dati viene hash e l'hash risultante viene utilizzato per identificare la posizione dei dati memorizzati nella cache.
* Vantaggi: Evita operazioni costose come query di database o calcoli complessi archiviando risultati in una cache e recuperandole rapidamente usando hashing.
5. Deduplicazione dei dati:
* Scopo: Ridurre lo spazio di archiviazione identificando ed eliminando copie duplicate di dati.
* Come funziona: I file o i blocchi di dati vengono hash. Se due file diversi hanno lo stesso hash, è probabile che siano identici (sebbene le collisioni siano possibili). Una copia viene memorizzata e l'altra viene sostituita con un puntatore alla copia memorizzata.
6. Indicizzazione del database:
* Scopo: Per accelerare le query del database.
* Come funziona: L'hashing può essere utilizzato per creare un indice su una colonna della tabella. Quando una query cerca un valore specifico, il valore viene hash e l'indice viene utilizzato per individuare rapidamente le righe corrispondenti nella tabella.
Algoritmi di hash comuni:
* md5 (algoritmo digest di messaggi 5): Algoritmo più vecchio, ora considerato crittograficamente rotto (vulnerabile alle collisioni). Ancora usato per i checksum in alcuni contesti, ma scoraggiati per applicazioni sensibili alla sicurezza.
* sha-1 (algoritmo hash sicuro 1): Considerato anche crittograficamente debole. Scoraggiato per nuove applicazioni.
* Famiglia SHA-2 (SHA-256, SHA-512, ecc.): Più sicuro di MD5 e SHA-1. Ampiamente utilizzato per applicazioni crittografiche e controlli di integrità dei dati.
* Sha-3 (Kecak): Un algoritmo diverso dalla famiglia SHA-2, selezionato come vincitore di una competizione NIST.
* bcrypt, scrypt, argon2: Progettati specificamente per hashing password, questi algoritmi sono più computazionalmente costosi e resistenti agli attacchi a forza bruta.
Considerazioni importanti:
* Scegliere la funzione hash giusta: La funzione hash appropriata dipende dall'applicazione specifica. Le applicazioni critiche per la sicurezza richiedono forti funzioni di hash crittografiche (come SHA-256 o più recenti). Per le tabelle di hash, le prestazioni e la resistenza alla collisione sono fattori importanti.
* Gestione delle collisioni: Le tabelle hash devono avere una strategia per la gestione delle collisioni (quando due chiavi diverse hash allo stesso indice). Le tecniche comuni di risoluzione delle collisioni includono incapaci separati e indirizzi aperti.
* Sicurezza: Quando si utilizzano hash per scopi di sicurezza, è fondamentale utilizzare algoritmi di hash forti e ben controllati e adottare misure per prevenire attacchi come gli attacchi del tavolo arcobaleno (ad es. Usando la salatura).
In sintesi, l'hashing è una tecnica potente e versatile utilizzata ampiamente nella programmazione di computer per attività che vanno dall'archiviazione e dal recupero dei dati alla verifica e alla sicurezza dell'integrità dei dati. Comprendere i principi di hashing è essenziale per qualsiasi sviluppatore di software.
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