Що таке криптографія у блокчейні?

Що таке криптографія?

Криптографія — це мистецтво та наука впровадження безпеки зв’язку. Її основна мета — захистити інформацію від несанкціонованого доступу та забезпечити конфіденційність, цілісність і справжність даних. Перетворюючи дані, що читаються, в неможливий для читання формат, криптографія гарантує, що тільки авторизовані сторони зможуть розшифрувати інформацію, що робить її важливим компонентом у цифровому світі.

Визначення та мета: блокчейн і криптографія

Криптографія включає створення та аналіз протоколів, які запобігають доступу третіх осіб до даних. Його основними цілями є:

• Конфіденційність: забезпечення доступу до інформації лише тим, хто має на це право;
• Цілісність: забезпечення точності та повноти даних;
• Аутентифікація: перевірка особи користувачів та достовірності повідомлень чи даних;
• Невідмовність: запобігання заперечення людьми своїх дій.

Історичний контекст та еволюція криптографії

Криптографія з часом значно змінилася. Стародавні цивілізації, такі як єгиптяни та римляни, використовували прості шифри заміни для захисту повідомлень. Ця область просунулась уперед під час Другої світової війни з розробкою складних шифрувальних машин, таких як Enigma. У цифрову епоху поява комп’ютерів та Інтернету стимулювала розробку складних криптографічних алгоритмів, що призвело до появи сучасних криптографічних методів, необхідних захисту онлайн-комунікацій та фінансових транзакцій.

Шифрування, дешифрування та криптографічні ключі

• Шифрування: процес перетворення відкритого тексту на зашифрований текст з використанням криптографічного алгоритму та ключа;
• Розшифровка: процес перетворення зашифрованого тексту назад у відкритий текст із використанням криптографічного алгоритму та ключа;
• Криптографічні ключі: секретні значення, які використовуються криптографічними алгоритмами для шифрування та дешифрування. Вони бувають різних форм, наприклад, симетричні ключі (спільно використовувані сторонами) та асиметричні ключі (пари відкритого та закритого ключів).

Види криптографії

Криптографію можна розділити на кілька типів, кожен із яких служить різним цілям та пропонує різні рівні безпеки.

Криптографія із симетричним ключем

У криптографії з симетричним ключем той самий ключ використовується як для шифрування, так і для дешифрування. Цей метод ефективний та швидкий, що робить його придатним для зашифрованих даних. Проте проблема полягає у безпечному обміні ключем між сторонами.

Криптографія з асиметричним ключем

Криптографія з асиметричним ключем, також відома як криптографія з відкритим ключем, використовує кілька ключів: відкритий ключ для шифрування та закритий ключ для дешифрування. Цей метод підвищує безпеку, усуваючи необхідність ділитися секретним ключем. Загальні алгоритми включають RSA та криптографію еліптичних кривих (ECC).

Хеш-функції

Хеш-функції перетворюють дані в рядок символів фіксованого розміру, який зазвичай є дайджест, що однозначно представляє вхідні дані. Ці функції односторонні і не можуть бути скасовані, що робить їх корисними для перевірки цілісності даних. SHA-256 — це хеш-функція, що широко використовується в технології блокчейн.

Роль криптографії у блокчейні

Криптографія грає вирішальну роль у функціональності та безпеці технології блокчейн. Ось ключові сфери застосування криптографії в блокчейні.

Безпека транзакцій

Транзакції блокчейна захищені криптографічними методами, гарантуючи, що лише авторизовані сторони можуть отримати доступ до даних транзакцій та змінити їх. Цифрові підписи, створені з використанням криптографічних алгоритмів, засвідчують особу відправника та гарантують, що транзакції не можуть бути змінені після запису.

Забезпечення цілісності даних

Криптографічні хеш-функції використовуються для підтримки цілісності даних у блокчейні. Кожен блок містить хеш попереднього блоку, що зв’язує їх у ланцюжок. Будь-яка зміна даних блоку призведе до зміни його хешу, негайно сигналізуючи про втручання та зберігаючи цілісність всього ланцюжка блоків.

Захист особистих даних користувачів

Криптографія в блокчейні також захищає особистість користувача та криптогаманець. Пари відкритого та закритого ключів дозволяють користувачам здійснювати транзакції анонімно, гарантуючи, що лише законний власник закритого ключа може ініціювати транзакції. Ця анонімність є важливою особливістю систем блокчейну та криптовалют.

Криптографічні алгоритми, які використовуються в блокчейні

Декілька криптографічних алгоритмів мають основне значення для роботи систем блокчейну.

Криптографічні алгоритми, що часто використовуються

• RSA (Рівест-Шамір-Адлеман): широко використовується алгоритм з відкритим ключем, що забезпечує безпечну передачу даних;
• ECDSA (алгоритм цифрового підпису на основі еліптичної кривої): алгоритм криптографії з відкритим ключем на основі еліптичної кривої, який забезпечує більш високий рівень безпеки при менших розмірах ключів, що робить його ефективним для застосунків блокчейна;
• SHA-256 (256-бітний алгоритм безпечного хешування): хеш-функція, яка створює 256-бітове хеш-значення, необхідне для забезпечення цілісності даних у мережах блокчейнів.

Як ці алгоритми застосовуються в протоколах блокчейна

• RSA та ECDSA: використовуються для створення цифрових підписів, що перевіряють транзакцію та захищають зв’язок;
• SHA-256: використовується для хешування даних транзакцій і зв’язування блоків блокчейн. Це гарантує, що будь-які зміни даних можна легко виявити.

Порівняння алгоритмів та конкретних випадків їх використання

• RSA проти ECDSA: хоча RSA безпечний, ECDSA забезпечує порівнянну безпеку з меншими розмірами ключів, що робить його більш ефективним для застосунків блокчейну, де обчислювальна потужність та сховище обмежені;
• SHA-256: кращий через свою надійність і стійкість до колізійних атак, що робить його стандартом у протоколах блокчейну, таких як криптографія Біткойн.

Переваги криптографії у блокчейні

Криптографія пропонує численні переваги в технології блокчейну:

• Підвищена безпека: криптографічні методи захищають від несанкціонованого доступу та злому;
• Цілісність даних: хеш-функції забезпечують цілісність даних у блокчейні;
• Конфіденційність користувача: криптографія з відкритим ключем забезпечує анонімність транзакцій;
• Довіра та прозорість: криптографія криптовалюти зміцнює довіру, гарантуючи безпеку та можливість перевірки транзакцій.

Криптографічні проблеми у блокчейні

Незважаючи на свої переваги, криптографічний блокчейн стикається із низкою проблем.

Потенційні вразливості та вектори атак

• Атака 51%: якщо одна організація контролює понад 50% обчислювальної потужності мережі, вона може маніпулювати блокчейном;
• Атаки Сівіли: зловмисник створює кілька підроблених осіб, щоб отримати непропорційно великий вплив на мережу.

Загроза квантових обчислень та її наслідки

Квантові обчислення становлять значну загрозу для сучасних методів шифрування, оскільки потенційно можуть зламати алгоритми, що широко використовуються, такі як RSA і ECC. Це спричинило дослідження квантовостійких алгоритмів до створення перспективних блокчейн-систем.

Дослідження та досягнення в галузі криптографії

Дослідники розробляють нові криптографічні методи для протидії загрозам, що виникають. До них відносяться криптографія блокчейна на основі грат та інші квантовостійкі алгоритми, спрямовані на забезпечення довгострокової безпеки систем блокчейну.

Приклади криптографії у блокчейні

Bitcoin

Bitcoin (BTC) у своїй роботі значною мірою залежить від криптографії та блокчейну. Алгоритм шифрування Bitcoin, SHA-256, захищає транзакції, полегшує майнінг та зв’язує блоки разом, забезпечуючи цілісність та незмінність блокчейну.

Ethereum

Ethereum (ETH) використовує криптографічні методи, такі як ECDSA для цифрових підписів та Keccak-256 (варіант SHA-3) для хешування. Ці криптографічні методи лежать в основі безпеки та функціональності смартконтрактів і децентралізованих застосунків Ethereum.

Висновок

Криптографія є основою технології блокчейну, забезпечуючи безпеку, цілісність та конфіденційність, необхідні для її роботи. Оскільки блокчейн продовжує розвиватися, досягнення в криптографічних методах матимуть вирішальне значення для вирішення проблем і забезпечення надійності цієї революційної технології.