Was ist eine kryptografische Hash-Funktion?

Eine kryptografische Hash-Funktion ist ein Algorithmus, also eine wiederholbare Folge spezifischer Aktionen, mit der eine beliebige Datenzeichenfolge variabler Länge in eine Datenzeichenfolge fester Länge und Formats umgewandelt werden kann, die als Hash bezeichnet wird.

Eines der einfachsten Beispiele einer Hash-Funktion ist das Addieren der Ziffern einer Zahl, bis am Ende eine einstellige Ausgabe übrig bleibt. Wenn die Eingabe beispielsweise 49 ist, ergibt die Addition von 4 und 9 13, deren Ziffern 1 und 3 dann erneut summiert werden, um die Ausgabe 4 zu ergeben. Unabhängig von der Länge der eingegebenen Zahl ist die Ausgabe immer eine einzelne Ziffer.

Das ist jedoch kein guter Algorithmus, denn um seine Funktionen gut erfüllen zu können, muss eine Hash-Funktion mehrere Eigenschaften besitzen:

• Es sollte einfach sein, eine Ausgabe für jede gegebene Eingabe zu berechnen, aber nahezu unmöglich, den Prozess umzukehren und die Eingabe einer bekannten Ausgabe zu berechnen;
• Determinismus – die Einspeisung einer bestimmten Eingabe in den Algorithmus sollte immer die gleiche Ausgabe erzeugen;
• Kollisionsresistenz – Es ist sehr unwahrscheinlich, dass zwei unterschiedliche Eingaben die gleiche Ausgabe erzeugen.
• Lawineneffekt – die Änderung auch nur eines einzigen Datenbits in der Eingabe sollte zu einer völlig anderen Ausgabe führen.

Hash-Funktionen werden in vielen Anwendungsfällen eingesetzt, beispielsweise als Prüfsummen zur Überprüfung der Integrität von Computerdateien nach deren Übertragung bei längerer Speicherung oder in Randomisierungsfunktionen.

Sie sind auch eine Schlüsselkomponente beim Mining von Proof-of-Work-Kryptowährungen wie Bitcoin (BTC), das die SHA-256-Hash-Funktion verwendet. Um der Blockchain einen neuen Block hinzuzufügen und ihre Belohnung in Form von neu geschürften Bitcoins einzufordern, müssen Miner zunächst einen Hash-Wert erzeugen, der unter einem bestimmten Schwellenwert, dem sogenannten Ziel, liegt.

Die Tatsache, dass Hashes pseudozufällig sind und es unmöglich ist, die Ausgabe einer Eingabe vorherzusagen, bevor sie tatsächlich die Hash-Funktion durchläuft, stellt sicher, dass Miner keine neuen Bitcoins aus dem Nichts drucken können und die von ihnen geleistete Arbeit nachweisen müssen.