Função Hash Criptográfica (Cryptographic Hash Function)

"As Funções Hash Criptográficas são usadas na criptografia moderna para transformar uma entrada de qualquer tamanho em um hash de tamanho fixo. Elas são determinísticas, unidirecionais e possuem o efeito avalanche. Essas características garantem a segurança no armazenamento de senhas e a integridade dos dados. Em blockchains, as funções hash são essenciais para criar uma impressão digital única para cada bloco, garantindo a imutabilidade e a segurança das transações."

As Funções Hash Criptográficas são um componente fundamental no campo da criptografia moderna. Essas funções são usadas em uma variedade de aplicações no domínio da segurança da informação, desde o armazenamento seguro de senhas até a proteção da integridade dos dados. A essência de uma função hash criptográfica é que ela pode pegar uma entrada de qualquer tamanho e transformá-la em uma saída de tamanho fixo, comumente referida como um "hash". Este hash tem algumas propriedades muito únicas que o tornam valioso para aplicações de segurança da informação.

Primeiramente, as funções hash criptográficas são determinísticas. Isto é, para uma dada entrada, a saída sempre será a mesma, independentemente do número de vezes que o processo seja repetido. Esta propriedade é fundamental na criptografia, pois precisamos ter a certeza de que um conjunto de dados idêntico sempre resultará no mesmo hash. Isso proporciona uma forma consistente e confiável de representar os dados.

Em segundo lugar, as funções hash são projetadas para serem unidirecionais ou de "mapeamento único". Isto é, embora seja relativamente fácil calcular o hash de um conjunto de dados de entrada, é computacionalmente muito difícil (praticamente impossível com a tecnologia atual) realizar a operação inversa - a partir do hash, deduzir os dados originais. Isso é conhecido como resistência à pré-imagem.

Em terceiro lugar, as funções hash criptográficas possuem uma propriedade conhecida como efeito avalanche: qualquer alteração, mesmo que minúscula, nos dados de entrada resulta em uma alteração significativa e imprevisível no hash resultante. Em outras palavras, uma minúscula alteração em qualquer parte dos dados originais - seja a adição, remoção ou alteração de um único bit - produzirá um hash completamente diferente.

Um uso comum de funções hash criptográficas é no armazenamento seguro de senhas. Em vez de armazenar as senhas dos usuários em texto simples, que seria uma abordagem extremamente insegura, um sistema pode armazenar apenas os hashes das senhas. Quando um usuário insere uma senha, a função hash processa a senha e o hash resultante é comparado com o hash armazenado. Se eles corresponderem, isso significa que a senha fornecida é a correta, sem a necessidade de o sistema jamais conhecer a senha real. Esta abordagem aumenta significativamente a segurança, pois mesmo que um invasor obtenha acesso aos hashes de senha armazenados, será muito difícil para ele descobrir as senhas originais.

Para maior segurança, é uma boa prática utilizar um "sal" (salt), que é um valor aleatório e exclusivo para cada usuário. Esse sal é adicionado aos dados antes do cálculo do hash, como um "tempero final" no processo de geração do hash criptográfico. O sal é adicionado à senha antes da aplicação da função hash, tornando os hashes resultantes únicos para cada usuário, mesmo que eles tenham senhas idênticas. Isso dificulta o uso de ataques de dicionário ou tabelas de hash pré-computadas (tabelas arco-íris, ou rainbow tables), em que os invasores tentam encontrar correspondências de hashes usando senhas comuns. Essa prática de armazenar apenas hashes de senhas, em vez das senhas reais, é uma maneira eficaz de aumentar a segurança e proteger as informações dos usuários em sistemas de autenticação.

Além do sal, existe um outro "tempero" adicional utilizado para aumentar a segurança na geração de hashes criptográficos, conhecido como "pimenta" (pepper). A pimenta é semelhante ao sal, porém é um valor secreto global, compartilhado por todos os usuários do sistema. Ela é adicionada aos dados antes da aplicação da função hash, juntamente com o sal individual de cada usuário. O objetivo da pimenta é adicionar uma camada extra de proteção, tornando os hashes mais resistentes a ataques offline, como a obtenção de hashes armazenados no sistema. A utilização da pimenta oferece uma proteção adicional, pois mesmo que um invasor consiga obter os hashes de senha armazenados, eles não seriam capazes de calcular as senhas correspondentes sem o conhecimento do valor da pimenta. Dessa forma, mesmo se um ataque de dicionário ou de tabela arco-íris for bem-sucedido em encontrar uma correspondência para um hash de senha, a senha real não seria revelada, pois a pimenta seria necessário para reverter o processo de hash.

As funções hash criptográficas mais comumente utilizadas incluem o SHA-256 (Secure Hash Algorithm 256 bits), SHA-512, SHA-3, e bcrypt. O SHA-256 é amplamente adotado e considerado seguro para diversas aplicações, gerando um hash de 256 bits. O SHA-512 é uma variante do SHA-256, produzindo um hash de 512 bits, e é usado quando um nível maior de segurança é necessário. O SHA-3 é a versão mais recente da família de algoritmos SHA, oferecendo resistência a ataques conhecidos e fornecendo uma variedade de tamanhos de hash. O bcrypt é frequentemente utilizado para armazenar senhas de forma segura, pois além de gerar um hash, ele incorpora uma função de "work factor", o que torna o processo de cálculo do hash mais lento e dificulta ataques de força bruta. Essas funções hash são amplamente aceitas e utilizadas na indústria de segurança para garantir a integridade, autenticidade e confidencialidade dos dados.

No contexto das blockchains, cada bloco contém um hash do bloco anterior, um timestamp e os dados das transações. Essa combinação cria uma impressão digital única e digitalizada para cada bloco, permitindo que os blocos sejam distintamente identificáveis e imutáveis. A imutabilidade é uma característica fundamental das blockchains. Se alguém tentar alterar uma transação em um bloco que já faz parte da cadeia, o hash desse bloco será modificado. No entanto, como cada bloco subsequente na cadeia contém o hash do bloco anterior, qualquer alteração em um bloco invalidará todos os blocos subsequentes. Isso torna extremamente difícil, se não impossível, adulterar transações em uma blockchain.

Além disso, as blockchains empregam o conceito de mineração, onde os mineradores competem para resolver um problema criptográfico complexo. Esse processo, conhecido como Prova de Trabalho (PoW), envolve a descoberta de um número (nonce) que, quando combinado com os dados do bloco e o hash do bloco anterior e passado pela função hash, produz um hash que atende a critérios específicos.

As funções hash criptográficas desempenham um papel essencial na segurança da informação e nas tecnologias de blockchain. Elas permitem a representação consistente e segura dos dados, protegem a integridade dos dados, fornecem uma maneira segura de armazenar senhas e são uma parte integrante do mecanismo que mantém a segurança e a integridade das blockchains. Dessa forma, as funções hash são essenciais para garantir a confiabilidade, a transparência e a segurança das transações em uma blockchain, tornando-as uma tecnologia confiável para uma ampla gama de aplicações, desde criptomoedas até contratos inteligentes e registros imutáveis.