Cryptographic Hashing คืออะไร? คำอธิบายง่าย ๆ

ลองจินตนาการว่าคุณสามารถนำข้อมูลใด ๆ — คำเดียว นิยายเล่มหนึ่ง วิดีโอ 4 GB — และลดให้เป็นสตริงอักขระสั้น ๆ ขนาดคงที่ที่ระบุมันได้อย่างเฉพาะเจาะจง เปลี่ยนจุลภาคเดียวในต้นฉบับแล้วสตริงจะเปลี่ยนไปอย่างสิ้นเชิง และไม่มีทางย้อนกระบวนการเพื่อกู้คืนข้อมูลต้นฉบับได้

นั่นคือสิ่งที่ฟังก์ชันแฮชเข้ารหัสทำ มันเป็นหนึ่งในองค์ประกอบพื้นฐานที่สำคัญที่สุดของความปลอดภัยสมัยใหม่ และมันปกป้องเกือบทุกอย่างที่คุณทำออนไลน์อย่างเงียบ ๆ

อุปมาลายนิ้วมือ

แฮชทำงานเหมือนลายนิ้วมือดิจิทัล ลายนิ้วมือของคุณระบุตัวคุณได้อย่างเฉพาะเจาะจง แต่ไม่มีใครสามารถสร้างใบหน้าของคุณจากมันได้ เช่นเดียวกัน แฮชเข้ารหัสระบุข้อมูลชิ้นหนึ่งได้อย่างเฉพาะเจาะจงโดยไม่เปิดเผยว่าข้อมูลนั้นคืออะไร

ป้อน input ใด ๆ เข้าสู่ฟังก์ชันแฮชแล้วคุณจะได้ digest (เรียกอีกอย่างว่า hash value หรือ checksum) — สตริงอักขระ hexadecimal ขนาดคงที่ SHA-256 หนึ่งในอัลกอริทึมที่พบบ่อยที่สุด จะให้ output 64 อักขระเสมอไม่ว่า input จะมีขนาดเท่าไหร่

คุณสมบัติสำคัญสี่ประการ

ฟังก์ชันจะมีคุณสมบัติเป็นแฮชเข้ารหัสก็ต่อเมื่อตรงตามคุณสมบัติเหล่านี้:

1. กำหนดได้แน่นอน Input เดียวกันจะให้ output เดียวกันเสมอ บนเครื่องใดก็ได้ เวลาใดก็ได้
2. ทางเดียว (pre-image resistance) เมื่อได้แฮชแล้ว เป็นไปไม่ได้ในทางปฏิบัติที่จะหา input ดั้งเดิม คุณไม่สามารถ "ถอดแฮช" ข้อมูลได้
3. ทนต่อการชน เป็นไปไม่ได้ในทางปฏิบัติที่จะหา input สองตัวที่ต่างกันซึ่งให้ digest เดียวกัน สำหรับ SHA-256 โอกาสของการชนโดยบังเอิญอยู่ที่ประมาณ 1 ใน 2^128 — ตัวเลขที่มากกว่าอะตอมในจักรวาลที่สังเกตได้
4. เอฟเฟกต์หิมะถล่ม การเปลี่ยนบิตเดียวใน input จะพลิกประมาณครึ่งหนึ่งของบิตใน output ไม่มีรูปแบบหรือความสัมพันธ์ที่ตรวจจับได้ระหว่าง input ที่คล้ายกัน

อัลกอริทึมแฮชทั่วไป

MD5 (1991)

• Output: 128 บิต (32 อักขระ hex)
• สถานะ: ถูกเจาะทางเข้ารหัส นักวิจัยสามารถสร้างการชนได้ในวินาทีบนแล็ปท็อป
• ยังพบใน: checksum ที่ไม่ใช่ด้านความปลอดภัยสำหรับดาวน์โหลดไฟล์และระบบเก่า

SHA-1 (1995)

• Output: 160 บิต (40 อักขระ hex)
• สถานะ: เลิกใช้สำหรับความปลอดภัย Google สาธิตการชนที่ใช้ได้จริงในปี 2017 (การโจมตี "SHAttered")
• ยังพบใน: Git repository เก่า, ใบรับรองเก่าบางส่วน

SHA-256 (2001)

• Output: 256 บิต (64 อักขระ hex)
• สถานะ: มาตรฐานปัจจุบัน ไม่มีการโจมตีที่ใช้ได้จริงที่ทราบ
• ใช้ใน: ใบรับรอง TLS, Bitcoin, การแฮชรหัสผ่าน, ลายเซ็นดิจิทัล, การตรวจสอบความสมบูรณ์ไฟล์

SHA-3 (2015)

• Output: แปรผัน (โดยทั่วไป 256 บิต)
• สถานะ: มาตรฐานล่าสุด อิงจากการออกแบบภายในที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิง (Keccak sponge construction) จากตระกูล SHA-2
• ใช้ใน: ระบบที่มองไปข้างหน้า, Ethereum, สถานการณ์ที่ต้องการความหลากหลายของอัลกอริทึม

Cryptographic hashing ใช้ที่ไหน

การจัดเก็บรหัสผ่าน

เมื่อคุณสร้างบัญชี ระบบที่ออกแบบมาอย่างดีจะไม่เก็บรหัสผ่านของคุณเป็นข้อความธรรมดา มันเก็บแฮช เมื่อคุณเข้าสู่ระบบ ระบบจะแฮชสิ่งที่คุณพิมพ์แล้วเปรียบเทียบกับค่าที่เก็บไว้ แม้ฐานข้อมูลจะถูกเจาะ ผู้โจมตีจะได้แฮช — ไม่ใช่รหัสผ่าน

ระบบสมัยใหม่ไปไกลกว่านั้นโดยเพิ่ม salt สุ่ม (ข้อมูลเพิ่มเติมที่เพิ่มก่อนแฮช) และใช้อัลกอริทึมที่ช้าโดยเจตนาเช่น bcrypt, scrypt หรือ Argon2 เพื่อทำให้การเดาแบบ brute-force เป็นไปไม่ได้ในทางปฏิบัติ

การตรวจสอบความสมบูรณ์ของไฟล์

ผู้จัดจำหน่ายซอฟต์แวร์เผยแพร่ SHA-256 checksum ควบคู่กับการดาวน์โหลด หลังจากดาวน์โหลด คุณคำนวณแฮชของไฟล์บนเครื่องของคุณแล้วเปรียบเทียบ ค่าที่ตรงกันพิสูจน์ว่าไฟล์ไม่ได้เสียหายหรือถูกดัดแปลงระหว่างการส่ง

ลายเซ็นดิจิทัล

เมื่อคุณลงลายเซ็นดิจิทัลในเอกสาร ระบบจะแฮชเอกสารก่อน แล้วเข้ารหัสแฮชด้วย private key ของคุณ ผู้รับถอดรหัสด้วย public key ของคุณแล้วเปรียบเทียบกับแฮชที่ตัวเองคำนวณจากเอกสาร นี่มีประสิทธิภาพมากกว่าการเข้ารหัสทั้งเอกสารและพิสูจน์ทั้งผู้เขียนและความสมบูรณ์

บล็อกเชน

แต่ละบล็อกในบล็อกเชนมีแฮชของบล็อกก่อนหน้า สร้างห่วงโซ่ที่ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ การแก้ไขธุรกรรมในอดีตจะเปลี่ยนแฮชของบล็อกนั้น ซึ่งทำลายห่วงโซ่จากจุดนั้นเป็นต้นไป ทำให้การดัดแปลงปรากฏทันที

ทำไม MD5 และ SHA-1 ถือว่าถูกเจาะ

อัลกอริทึมแฮช "ถูกเจาะ" เมื่อใครบางคนสามารถสร้าง input สองตัวที่ต่างกันโดยเจตนาซึ่งให้แฮชเดียวกัน (การชน) สิ่งนี้บ่อนทำลายทุกกรณีใช้งานที่พึ่งพาความเป็นเอกลักษณ์

• MD5: สามารถสร้างการชนได้ในวินาที นักวิจัยสร้างไฟล์ PDF สองไฟล์ที่ต่างกันแต่มี MD5 hash เหมือนกัน
• SHA-1: การโจมตี SHAttered ในปี 2017 สร้าง PDF สองไฟล์ที่ต่างกันแต่มี SHA-1 hash เหมือนกัน ต้องใช้เวลาประมวลผล CPU เดียวประมาณ 6,500 ปี (ทำได้ด้วยทรัพยากรคลาวด์)

เรียนรู้เพิ่มเติม

Hashing เป็นหนึ่งในแนวคิดที่เข้าใจง่ายเมื่อคุณลองทดลอง ลองแฮชประโยค แล้วเปลี่ยนอักขระหนึ่งตัวและสังเกตเอฟเฟกต์หิมะถล่มด้วยตัวเอง

• วิธีสร้างและตรวจสอบแฮช — บทช่วยสอนทีละขั้นตอน
• Hash Generator — คำนวณ SHA-256, MD5, SHA-512 และอื่น ๆ ทันทีในเบราว์เซอร์
• Hash Identifier — วางแฮชที่ไม่รู้จักแล้วระบุอัลกอริทึม