Hash Function คืออะไร?

เรื่องเจ๋งๆ ของฟังก์ชั่น Hash ก็คือ 

• คุณสามารถใส่ข้อมูลมากเท่าที่คุณต้องการเข้าไปในฟังก์ชั่น Hash แต่มันจะกลับมาในรูปแบบของผลลัพธ์ที่มีความยาวเท่าเดิมเสมอ 
• ผลลัพธ์จะไม่เหมือนกัน เพราะฉะนั้นคุณจึงสามารถใช้มันในการระบุตัวตนของข้อมูลได้ 

ในทางกลับกัน ฟังก์ชั่น Hash จะให้คุณสร้างรอยนิ้วมือดิจิทัล (Digital Fingerprint) สำหรับข้อมูลใดๆ ก็ตามที่คุณใส่เข้าไป 

ข้อดีของฟังก์ชั่น Hash ก็คือคุณสมบัติ 3 ประการที่ทำให้มันมีประโยชน์อย่างมาก 

หมายเหตุ ฟังก์ชั่น Hash SHA256 เป็นตัวหลักที่ใช้บนเครือข่าย Bitcoin เพราะฉะนั้นฉันจะใช้มันในตัวอย่างต่อไป

1. คุณไม่สามารถหาข้อมูลดั้งเดิมได้จากผลลัพธ์

Hash Function ของวิทยาการเข้ารหัส (Cryptography) สร้างผลลัพธ์แบบสุ่มขึ้นมา (โดยที่ไม่มีรูปแบบตายตัว) เพราะฉะนั้นคุณจึงไม่สามารถ “ย้อนกลับข้อมูล” ผ่านฟังก์ชั่น Hash เพื่อที่จะค้นหาว่าข้อมูลดั้งเดิมคืออะไร

นี้คือคุณสมบัติของฟังก์ชั่น Hash ของวิทยาการเข้ารหัส (Cryptography) คุณสามารถสร้างข้อมูลดั้งเดิมขึ้นมาใหม่ได้จากผลลัพธ์ของฟังก์ชั่น Hash พื้นฐาน แต่งานของฟังก์ชั่น Hash ของวิทยาการเข้ารหัส (Cryptography) คือการทำให้การสร้างข้อมูลใหม่ดังกล่าวมีความยากที่สุดเท่าที่เป็นไปได้

2. ข้อมูลเดิมมักจะกลับมาเป็นผลลัพธ์เดิมเสมอ

ฟังก์ชั่น Hash จะรวบรวมข้อมูลอย่างเป็นระบบ เพราะฉะนั้นหากมีการป้อนข้อมูลเดียวกันเข้าไป ผลลัพธ์ก็จะออกมาเหมือนเดิมเสมอ

ตัวอย่าง:

data                sha256(data)
---------------     ----------------------------------------------------------------
bitcointhailand     8f437fdf2ab2b29d97bfc5a96b1fa675e3c09e66024e7c7eb1f1325a56f95f2e
bitcointhailand     8f437fdf2ab2b29d97bfc5a96b1fa675e3c09e66024e7c7eb1f1325a56f95f2e
bitcointhailand     8f437fdf2ab2b29d97bfc5a96b1fa675e3c09e66024e7c7eb1f1325a56f95f2e

3. ข้อมูลที่แตกต่างกันจะสร้างผลลัพธ์ที่ไม่เหมือนกัน

หากคุณใส่ข้อมูลที่แตกต่างกันเข้าไปในฟังก์ชั่น Hash ทางฟังก์ชั่น Hash จะมอบผลลัพธ์ที่แตกต่างกันเช่นกัน 

ไม่ว่าความแตกต่างนั้นจะเล็กน้อยแค่ไหน ข้อมูลที่กลับมาก็จะมีผลลัพธ์ที่แตกต่างกันไปอยู่ดี

ตัวอย่าง:

data                sha256(data)
---------------     ----------------------------------------------------------------
bitcointhailand     8f437fdf2ab2b29d97bfc5a96b1fa675e3c09e66024e7c7eb1f1325a56f95f2e
bitcointhailand1    406c96725d2442b04e1c479d16974724e3ec6192cca5f3e10c3e542c940e953e
bitcointhailand2    b769dc2058a86352f3701e3f0fab3a641a671b01a8e2b058f4ce8c406e74c92f
bitcointhailand2    5737aed925b9d05ea62153bf402119e63729d9b8dea77038096afac8eb02a0e1

คุณสามารถ Hash ข้อมูลรายการธุรกรรมเพื่อที่จะได้รับ TXID (เลข ID ของรายการธุรกรรม Hash รายการธุรกรรม)

• ความสามารถในการ Hash สายรายการธุรกรรมที่มีความยาวให้สั้นลงได้ สายข้อมูลที่ไม่เหมือนกันจะทำให้คุณสามารถสร้างเครื่องมือระบุตัวตนของรายการธุรกรรมแต่ละรายการได้

คุณสามารถ Hash หัวบล็อก (Block Header) เพื่อที่จะได้รับ Hash บล็อก

• เพราะฉะนั้น คุณจึงสามารถสร้าง ID ที่มีความแตกต่างกันสำหรับแต่ละบล็อกได้ 
• ผลลัพธ์เลข Hash จะเป็นแบบสุ่มเพราะฉะนั้นจึงสามารถใช้กลไกการขุดในการทำงานได้

Public Key ถูก Hash (ใช้ทั้ง SHA256 และ RIPEMD160) ในการดำเนินการสร้างบัญชีผู้ใช้งาน Bitcoin ( bitcoin address )

• ด้วยความที่คุณไม่อาจจะถอยกลับกระบวนการโดยใช้ผลลัพธ์ที่ได้จากการ Hash ได้ จึงทำให้ public key ที่ถูกวางเอาไว้ข้างในสคริปต์ล็อก (Locking scripts) มีความปลอดภัยสูง 
•  RIPEMD-160 ทำการย่อยข้อมูลที่สั้นกว่าความยาวของ public key ซึ่งจะลดความยาวของผลลัพธ์ของบัญชีผู้ใช้งาน

มีวิธีหลักอยู่ 2 วิธีในการ Hash ข้อมูลบนเครือข่าย Bitcoin และแต่ละวิธีก็มีชื่อเรียกดังต่อไปนี้:

1. Hash256 – SHA-256 สองครั้ง
2. Hash160  – SHA-256 และตามด้วย by RIPEMD-160

นี้เป็นการใส่ข้อมูลผ่านฟังก์ชั่น Hash SHA-256 จากนั้นก็เอาผลลัพธ์ใส่เข้าไปใน  SHA-256 อีกครั้ง หรือจะเรียกว่า SHA-256 สองครั้ง แต่เราจะเรียกสั้นๆ ว่า Hash256

นี้คือวิธีที่ได้รับความนิยมที่สุดสำหรับการ Hash ข้อมูลบนเครือข่าย Bitcoin มักจะถูกใช้งานในการ Hash ข้อมูลรายการธุรกรรมเพื่อที่จะสร้าง TXIDS และจากนั้นก็ Hash หัวบล็อก (Block Header) ระหว่างการขุด

Ruby

require 'digest'

def hash256(hex)
  # convert hexadecimal string to byte sequence first
  binary = [hex].pack("H*") # H = hex string (highest byte first), * = multiple bytes
  
  # SHA-256 (first round)
  hash1 = Digest::SHA256.digest(binary)
  
  # SHA-256 (second round)
  hash2 = Digest::SHA256.digest(hash1)
  
  # convert from byte sequence back to hexadecimal
  hash256 = hash2.unpack("H*")[0]
  
  return hash256
end

puts hash256("aa") #=> e51600d48d2f72eb428e78733e01fbd6081b349528335bf21269362edfae185d

นี้เป็นการใส่ข้อมูลผ่านฟังก์ชั่น Hash SHA-256 จากนั้นก็เอาผลลัพธ์ใส่เข้าไปในฟังก์ชั่น Hash RIPEMD-160 เราจะเรียกสั้นๆ ว่า Hash160

RIPEMD-160 ทำการย่อยเลข Hash ให้สั้นกว่า (160 บิต/ 20 ไบต์) เมื่อเปรียบเทียบกับ SHA-256 (256 บิต/ 32 ไบต์) เพราะฉะนั้นจึงมักถูกใช้งานเมื่อคุณต้องการจะสร้างเลข Hash ที่สั้นกว่าที่คุณจะได้รับหากใช้ Hash256

มักจะถูกใช้เมื่อต้องการทำให้ Public Keys และสคริปต์ให้สั้นลงในการดำเนินการสร้างบัญชีผู้ใช้งานทรัพย์สิน  addresses  (ยกตัวอย่างเช่น บัญชีผู้ใช้งานที่เริ่มต้นด้วย  1 หรือ 3 ) มันจะไม่ถูกใช้ในการพัฒนาเร็วๆ นี้ที่ต้องการการ Hash ข้อมูลบนเครือข่าย Bitcoin

Ruby

require 'digest'

def hash160(data)
  # convert hexadecimal string to byte sequence first
  binary = [data].pack("H*") # H = hex string (highest byte first), * = multiple bytes
  
  # SHA-256
  sha256 = Digest::SHA256.digest(binary)
  
  # RIPEMD-160
  ripemd160 = Digest::RMD160.digest(sha256)
  
  # convert from byte sequence back to hexadecimal
  hash160 = ripemd160.unpack("H*").join
  
  return hash160
end

puts hash160("aa") #=> 58d179ca6112752d00dc9b89ea4f55a585195e26

ข้อผิดพลาดที่มักจะเกิดขึ้นเมื่อทำการ Hash บนเครือข่าย Bitcoin ก็คือการใส่เส้นข้อมูล (String) เข้าไปในฟังก์ชั่น Hash และไม่มีการอ้างอิงลำดับไบต์ (byte sequences) ที่เส้นข้อมูลเหล่านั้นแสดงถึง 

ยกตัวอย่างเช่น หากเรามีเส้นข้อมูลเลขฐานสิบหก

ถ้าเราใส่เส้นข้อมูลนี้เข้าไปตรงๆ ในฟังก์ชั่น Hash ภาษาโปรแกรมคอมพิวเตอร์ของคุณจะส่ง ASCII encoding ของตัวอักษรแต่ละตัวเข้าไปในฟังก์ชั่น Hash ซึ่งจะดูเหมือนเลขระบบฐานสองนี้

แต่สิ่งที่เราต้องการจะส่งเข้าไปในฟังก์ชั่น Hash จริงๆ ก็คือไบต์ที่เส้นข้อมูลเลขฐานสิบหกนี้อ้างถึง ซึ่งจะดูเหมือนเลขระบบฐานสองนี้

นี้คือสาเหตุว่าทำไมเราจึงจำเป็นต้องใส่เส้นข้อมูลเลขฐานสิบหกเข้าไปในไบต์ก่อนที่จะทำการ Hash 

ภาษาโปรแกรมคอมพิวเตอร์ส่วนใหญ่จะมีฟังก์ชั่นที่ให้คุณทำสิ่งนี้:

Ruby

hex = "ab"
binary = [hex].pack("H*") # H = hex string (highest byte first), * = multiple bytes

PHP

$hex = "ab"
$binary = pack("H*", $hex);

จำไว้ว่าฟังก์ชั่น Hash นั้นจะใช้ข้อมูลเลขฐานสองเป็นข้อมูลที่จะทำการป้อนเข้าไปในระบบ เพราะฉะนั้นเราจึงจะต้องจำกัดข้อมูลเลขฐานสองที่เราต้องการจะใส่เข้าไป

ข้อมูล Bitcoin ทั้งหมดในท้ายที่สุดก็จะเป็นเพียงแค่กลุ่มของไบต์ เราแค่ใช้เส้นข้อมูลฐานสิบหกเพื่อความสะดวกในการแสดงข้อมูลในบางครั้ง

หากคุณลืมที่จะแปลงค่าเส้นข้อมูลเลขฐานสิบหกให้เป็นไบต์ที่สอดคล้องกันล่วงหน้า ภาษาโปรแกรมคอมพิวเตอร์ของคุณจะสรุปว่าคุณต้องการที่จะส่งเลขฐานสองที่แสดงถึงตัวอักษรในเส้นข้อมูลและนี้จะสร้างผลลัพธ์ Hash ที่แตกต่างออกไปจากที่คาดไว้อย่างสิ้นเชิง

นี้เป็นกรณีที่เกิดขึ้นบ่อยครั้งเมื่อมีการ Hash ข้อมูลบนเครือข่าย Bitcoin ครั้งแรก เพราะฉะนั้นหากคุณไม่ได้รับผลลัพธ์ Hash ที่ถูกต้อง นี้อาจจะเป็นสาเหตุก็เป็นได้

Source: learnmeabitcoin.com/technical/hash-function