Hash là gì? Các dạng hàm băm và mục đích sử dụng
Hash là hàm chuyển đổi một giá trị sang giá trị khác. Việc băm dữ liệu là một thực tế phổ biến trong khoa học máy tính và được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau. Cùng Bizfly Cloud tìm hiểu thông tin chi tiết về Hash ngay tại viết dưới đây nhé.
Hash là gì?
Hash hay Hashing là hàm chuyển đổi một giá trị sang giá trị khác. Việc băm dữ liệu là một thực tế phổ biến trong khoa học máy tính và được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau. Bao gồm mật mã (cryptography), nén (compression), tạo tổng kiểm tra (checksum generation) và lập chỉ mục dữ liệu (data indexing).
Trong khoa học máy tính, hàm băm sử dụng để lấy đầu vào có độ dài và đoạn nội dung bất kỳ nào đấy ( Chẳng hạn: Chữ cái, số và ký hiệu ), đồng thời sử dụng thuật toán để cắt, trộn và tạo một đầu ra với độ dài cụ thể.
Một dạng hash key như sau:
Hashing là một sự phù hợp tự nhiên đối với cryptography vì nó che dấu dữ liệu gốc với một giá trị khác. Một hàm băm có thể được sử dụng để tạo ra một giá trị chỉ có thể được giải mã bằng cách tìm kiếm giá trị từ một bảng băm (hash table). Bảng có thể là một mảng, cơ sở dữ liệu hoặc cấu trúc dữ liệu khác. Một cryptographic hash tốt tức là không thể đảo ngược, tức nó không thể đảo ngược được thiết kế.
Vì các giá trị băm thường nhỏ hơn bản gốc, điều này có thể làm hàm băm tạo ra các giá trị băm trùng lặp. Chúng được gọi là "collisions" (va chạm) và xảy ra khi các giá trị giống nhau được tạo ra từ các dữ liệu nguồn khác nhau. Các collisions có thể được giải quyết bằng cách sử dụng nhiều hàm băm hoặc bằng cách tạo ra một overflow table khi các giá trị băm trùng lặp xảy ra. Các collisions có thể tránh được bằng cách sử dụng giá trị băm lớn hơn.
Các loại nén (compression) khác nhau, chẳng hạn như lossy image compression và media compression, có thể kết hợp các hàm băm để giảm kích thước tệp. Bằng cách băm dữ liệu thành các giá trị nhỏ hơn, các media files có thể được nén thành các phần nhỏ hơn. Kiểu băm một chiều này không thể đảo ngược, nhưng nó có thể tạo ra dữ liệu giống như dữ liệu ban đầu nhưng đòi hỏi không gian đĩa ít hơn.
Hàm băm hoạt động như thế nào?
Hàm băm hoạt động dựa trên nguyên tắc chuyển đổi dữ liệu đầu vào thành giá trị duy nhất. Dữ liệu đầu vào có thể là văn bản, hình ảnh hay bất kỳ loại dữ liệu nào khác. Sau khi qua xử lý bởi hàm băm, sẽ tạo ra một chuỗi ký tự duy nhất mà mọi sự thay đổi nhỏ trong dữ liệu đầu vào đều dẫn đến một giá trị băm hoàn toàn khác.
Vì vậy, nếu hai dữ liệu đầu vào giống nhau, thì giá trị băm của chúng cũng sẽ giống nhau. Tuy nhiên, nếu chỉ cần thay đổi một ký tự trong chuỗi đầu vào, giá trị băm sẽ hoàn toàn khác. Đây là lý do tại sao hàm băm thường được sử dụng để kiểm tra tính toàn vẹn của dữ liệu.
Một hàm băm tốt phải thỏa mãn một số điều kiện cụ thể:
- Đầu vào khác nhau sẽ sinh ra đầu ra khác nhau.
- Giá trị băm không thể được đảo ngược để lấy lại dữ liệu ban đầu.
- Một sự thay đổi nhỏ trong đầu vào sẽ tạo ra một giá trị băm khác hoàn toàn.
Những hàm băm phổ biến thường dùng
Hiện nay có rất nhiều dạng mã Hash code khác nhau, nhưng phổ biến nhất có 3 loại:
- CRC32: chứa 8 ký tự, dựa trên thuật toán Cyclic Redundancy Check. Ưu điểm là tính toán nhanh và độ dài ngắn.
- MD5: dài 32 kí tự, sử dụng thuật toán Message Digest. Hiện nay được sử dụng khá phổ biến vì tính chính xác cao và không quá nhiều thao tác xử lý.
- SHA-1: gồm 40 kí tự, dùng thuật toán Secure Hash Algorithm. Rất chính xác nhưng thời gian tính toán khá lâu.
SHA-256: Được thiết kế bởi Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Hoa Kỳ (NIST). Nó là một trong những hàm băm an toàn nhất hiện nay và được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống bảo mật.
Sử dụng Hash vào mục đích gì?
Kiểm tra sự an toàn của tập tin
Hashes cũng được sử dụng để tạo checksums, xác thực tính toàn vẹn của tệp. Checksum là một giá trị nhỏ được tạo dựa trên các bit trong một tệp hoặc khối dữ liệu chẳng hạn như disk image. Khi chức năng kiểm tra được chạy trên một bản sao của tệp (chẳng hạn như tệp được tải xuống từ Internet), nó sẽ tạo ra giá trị băm giống như tệp gốc. Nếu tập tin không tạo ra cùng một checksum, một điều gì đó trong tập tin đã được thay đổi.
Index data trong tệp dữ liệu
Cuối cùng, thuật toán hashes được sử dụng để index data. Các giá trị băm có thể được sử dụng để ánh xạ dữ liệu tới các "nhóm" riêng lẻ trong một bảng băm. Mỗi nhóm có một ID duy nhất phục vụ như một con trỏ đến dữ liệu gốc. Điều này tạo ra một chỉ số nhỏ hơn đáng kể so với dữ liệu gốc, cho phép các giá trị được tìm kiếm và truy cập hiệu quả hơn.
Chữ ký số
Chữ ký số là một ứng dụng quan trọng của hàm băm trong lĩnh vực bảo mật thông tin. Nó cho phép xác thực danh tính của người gửi và đảm bảo tính toàn vẹn của thông điệp.
Khi một người gửi thông điệp, họ sẽ tạo một giá trị băm của nội dung thông điệp đó và sau đó mã hóa giá trị băm bằng khóa riêng của mình. Giá trị băm đã được mã hóa này sẽ được gửi kèm với thông điệp. Người nhận sau khi nhận thông điệp sẽ thực hiện tương tự quy trình băm và sử dụng khóa công khai của người gửi để giải mã giá trị băm.
Nếu hai giá trị băm khớp nhau chứng tỏ rằng thông điệp không bị thay đổi và người gửi là đúng người. Nhờ vào chữ ký số, người nhận có thể yên tâm về tính xác thực và toàn vẹn của thông điệp.
Hash Table
Hash Table là một cấu trúc dữ liệu hiệu quả được xây dựng dựa trên nguyên lý của hàm băm. Nó cho phép lưu trữ và truy xuất thông tin một cách nhanh chóng và hiệu quả.
Khi dữ liệu được thêm vào Hash Table, hàm băm sẽ được sử dụng để chuyển đổi khóa của dữ liệu thành chỉ mục trong bảng. Khi bạn cần truy xuất dữ liệu, chỉ cần gọi hàm băm với khóa tương ứng để xác định vị trí của dữ liệu ngay lập tức.
Hash Table được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng như cơ sở dữ liệu, máy chủ web. Nó giúp tăng tốc độ truy xuất và xử lý dữ liệu, đồng thời giảm thiểu khả năng xung đột khi lưu trữ.
Blockchain
Blockchain là một công nghệ tiên tiến và đầy tiềm năng, sử dụng hàm băm để đảm bảo tính an toàn và tính toàn vẹn của dữ liệu. Mỗi khối trong chuỗi blockchain chứa thông tin về giao dịch và giá trị băm của khối trước đó, tạo nên một chuỗi liên kết chặt chẽ giữa các khối.
Khi một giao dịch mới được thực hiện, nó sẽ được xác minh và sau đó được thêm vào một khối mới. Khối mới này sẽ bao gồm giá trị băm của khối trước để đảm bảo rằng không ai có thể thay đổi thông tin mà không làm thay đổi tất cả các khối tiếp theo.
Blockchain không chỉ dừng lại ở việc sử dụng trong tiền điện tử. Nó còn có tiềm năng to lớn trong nhiều lĩnh vực khác như quản lý chuỗi cung ứng, y tế, tài chính.
Ưu và nhược điểm của hàm băm
Ưu điểm của hàm băm
- Tính hiệu quả: Với khả năng chuyển đổi dữ liệu nhanh chóng, hàm băm giúp nâng cao hiệu suất của các ứng dụng và hệ thống.
- Bảo mật: Nhiều hàm băm hiện đại cung cấp mức độ bảo mật cao, giúp bảo vệ thông tin nhạy cảm và quan trọng khỏi các cuộc tấn công.
- Tính toàn vẹn: Hàm băm giúp kiểm tra tính toàn vẹn của dữ liệu, đảm bảo rằng thông tin không bị thay đổi trong quá trình truyền tải.
Nhược điểm của hàm băm
- Xung đột giá trị băm: Mặc dù khả năng xảy ra không cao nhưng việc hai dữ liệu khác nhau tạo ra cùng một giá trị băm vẫn có thể xảy ra.
- Không thể đảo ngược: Một khi đã băm dữ liệu, không thể lấy lại dữ liệu ban đầu từ giá trị băm.
- Chi phí tính toán: Một số hàm băm yêu cầu tài nguyên tính toán lớn, đặc biệt trong các ứng dụng yêu cầu bảo mật cao.
Kết luận
Hashing sở hữu những đặc trưng nổi bật sau:
- Với mỗi một đầu vào ngẫu nhiên, hashing phải tạo ra được một giá trị băm tương ứng.
- Không thể dịch ngược từ giá trị băm quay trở lại chuỗi ký tự ban đầu.
- Đầu vào khác nhau phải xuất ra được các giá trị băm khác nhau.
Tóm lại, hàm băm sản xuất ra các giá trị băm ngẫu nhiên giúp nâng cao tính bảo mật trong liên lạc. Băm còn được ứng dụng rộng rãi trong tìm kiếm dữ liệu, là thuật toán trong Encryption. Hashing được ứng dụng rộng rãi từ lưu mật khẩu, xác định tính toàn vẹn dữ liệu, đồ họa máy tính, điện tử, viễn thông…
>> Có thể bạn quan tâm: RSA cảnh báo: Hãy coi chừng các điểm mù bảo mật blockchain
