هش رمزنگاری

هش رمزنگاری

هش رمزنگاری (Cryptographic Hash) یک مفهوم بنیادین در رمزنگاری و علوم کامپیوتر است که کاربردهای گسترده‌ای در امنیت اطلاعات، یکپارچگی داده‌ها و احراز هویت دارد. این مقاله با هدف ارائه یک درک جامع از هش رمزنگاری برای مبتدیان تدوین شده است و به بررسی جنبه‌های مختلف آن از جمله تعریف، ویژگی‌ها، الگوریتم‌ها، کاربردها و ملاحظات امنیتی می‌پردازد.

تعریف هش رمزنگاری

به زبان ساده، هش رمزنگاری فرآیندی یک‌طرفه است که یک ورودی با طول دلخواه (مانند یک پیام، فایل یا رمز عبور) را به یک خروجی با طول ثابت به نام "مقدار هش" یا "دايجست" تبدیل می‌کند. این فرآیند به گونه‌ای طراحی شده است که حتی یک تغییر کوچک در ورودی، منجر به یک مقدار هش کاملاً متفاوت می‌شود. بر خلاف الگوریتم‌های رمزگذاری که قابل بازگشت هستند (یعنی می‌توان داده‌ها را از حالت رمزگذاری شده به حالت اصلی برگرداند)، هش رمزنگاری یک‌طرفه است و بازگرداندن ورودی اصلی از مقدار هش آن عملاً غیرممکن است.

ویژگی‌های کلیدی هش رمزنگاری

یک تابع هش رمزنگاری خوب باید دارای ویژگی‌های زیر باشد:

**یک‌طرفه بودن (One-way):** همانطور که اشاره شد، محاسبه مقدار هش از ورودی آسان است، اما بازگرداندن ورودی اصلی از مقدار هش باید عملاً غیرممکن باشد.
**مقاومت در برابر برخورد (Collision Resistance):** یافتن دو ورودی متفاوت که مقدار هش یکسانی تولید کنند (برخورد) باید بسیار دشوار باشد. دو نوع مقاومت در برابر برخورد وجود دارد:

   *   **مقاومت ضعیف در برابر برخورد (Weak Collision Resistance):**  دشواری یافتن دو ورودی متفاوت که مقدار هش یکسانی تولید کنند، با فرض اینکه ما کنترل بر روی یکی از ورودی‌ها داریم.
   *   **مقاومت قوی در برابر برخورد (Strong Collision Resistance):**  دشواری یافتن هر دو ورودی که مقدار هش یکسانی تولید کنند، بدون هیچ فرضی در مورد ورودی‌ها.

**تعیین‌کنندگی (Deterministic):** برای یک ورودی مشخص، تابع هش همیشه باید مقدار هش یکسانی را تولید کند.
**سرعت (Speed):** محاسبه مقدار هش باید سریع و کارآمد باشد.
**پخش (Diffusion):** یک تغییر کوچک در ورودی باید منجر به تغییرات قابل توجه در مقدار هش شود.
**بهمن‌وار بودن (Avalanche Effect):** تغییر یک بیت در ورودی باید به طور متوسط باعث تغییر نیمی از بیت‌ها در مقدار هش شود.

الگوریتم‌های هش رمزنگاری رایج

الگوریتم‌های هش رمزنگاری متعددی وجود دارند که هر کدام ویژگی‌ها و نقاط قوت خاص خود را دارند. برخی از رایج‌ترین الگوریتم‌ها عبارتند از:

**MD5 (Message Digest Algorithm 5):** یک الگوریتم قدیمی که در حال حاضر به دلیل آسیب‌پذیری‌های امنیتی، برای کاربردهای حساس توصیه نمی‌شود. حملات برخورد MD5 نشان داده‌اند که یافتن برخوردها در این الگوریتم نسبتاً آسان است.
**SHA-1 (Secure Hash Algorithm 1):** مانند MD5، SHA-1 نیز به دلیل آسیب‌پذیری‌های امنیتی از رده خارج شده است.
**SHA-2 (Secure Hash Algorithm 2):** خانواده‌ای از الگوریتم‌های هش که شامل SHA-224، SHA-256، SHA-384 و SHA-512 است. SHA-256 و SHA-512 به طور گسترده‌ای استفاده می‌شوند و در حال حاضر امن در نظر گرفته می‌شوند.
**SHA-3 (Secure Hash Algorithm 3):** یک الگوریتم هش جدیدتر که به عنوان جایگزینی برای SHA-2 طراحی شده است. SHA-3 از رویکرد متفاوتی نسبت به SHA-2 استفاده می‌کند و در برابر برخی از حملات مقاوم‌تر است.
**BLAKE2:** یک الگوریتم هش سریع و امن که به طور فزاینده‌ای محبوب می‌شود.
**RIPEMD-160:** یک الگوریتم هش که معمولاً در ترکیب با SHA-256 در آدرس‌های کیف پول بیت کوین استفاده می‌شود.

الگوریتم‌های هش رمزنگاری رایج
طول مقدار هش (بیت) \| کاربردها \| وضعیت امنیتی \|	128 \| تاریخچه \| ناامن \|	160 \| تاریخچه \| ناامن \|	224 \| امنیت متوسط \| امن \|	256 \| امنیت بالا \| امن \|	384 \| امنیت بالا \| امن \|	512 \| امنیت بالا \| امن \|	متغیر \| امنیت بالا \| امن \|	متغیر \| سرعت بالا \| امن \|	160 \| کیف پول بیت کوین \| امن \|

کاربردهای هش رمزنگاری

هش رمزنگاری کاربردهای گسترده‌ای در زمینه‌های مختلف دارد:

**ذخیره رمز عبور:** به جای ذخیره رمز عبور کاربران به صورت متن ساده، می‌توان مقدار هش رمز عبور را ذخیره کرد. در صورت هک شدن پایگاه داده، هکرها به رمز عبور اصلی دسترسی نخواهند داشت. روش‌های ایمن ذخیره رمز عبور شامل استفاده از salt و hashing تکراری است.
**تأیید یکپارچگی داده‌ها:** با محاسبه مقدار هش یک فایل یا پیام و مقایسه آن با مقدار هش اصلی، می‌توان اطمینان حاصل کرد که داده‌ها در طول انتقال یا ذخیره‌سازی تغییر نکرده‌اند. این کاربرد در سیستم‌های کنترل نسخه مانند Git بسیار مهم است.
**امضای دیجیتال:** هش رمزنگاری به عنوان بخشی از فرآیند امضای دیجیتال استفاده می‌شود. امضای دیجیتال به گیرنده اطمینان می‌دهد که پیام از طرف فرستنده معتبر ارسال شده است و در طول مسیر تغییر نکرده است.
**احراز هویت پیام (Message Authentication Code - MAC):** MAC از یک کلید مخفی برای تولید یک مقدار هش استفاده می‌کند که هم برای تأیید یکپارچگی داده‌ها و هم برای احراز هویت فرستنده استفاده می‌شود.
**ساختارهای داده هش (Hash Tables):** در علوم کامپیوتر، از هش رمزنگاری برای پیاده‌سازی ساختارهای داده هش استفاده می‌شود که امکان جستجوی سریع داده‌ها را فراهم می‌کنند.
**بلاک‌چین:** هش رمزنگاری نقش اساسی در فناوری بلاک‌چین ایفا می‌کند. هر بلاک در بلاک‌چین شامل مقدار هش بلاک قبلی است که زنجیره‌ای از بلاک‌ها را ایجاد می‌کند.
**تشخیص فایل‌های تکراری:** با محاسبه مقدار هش فایل‌ها، می‌توان به سرعت فایل‌های تکراری را شناسایی و حذف کرد.
**امنیت شبکه:** هش رمزنگاری در پروتکل‌های امنیتی شبکه مانند TLS/SSL و IPsec استفاده می‌شود.

ملاحظات امنیتی

**آسیب‌پذیری‌های الگوریتم‌ها:** همانطور که اشاره شد، برخی از الگوریتم‌های هش مانند MD5 و SHA-1 به دلیل آسیب‌پذیری‌های امنیتی از رده خارج شده‌اند. استفاده از الگوریتم‌های امن و به‌روز مانند SHA-256 یا SHA-3 توصیه می‌شود.
**حملات brute-force:** در صورت کوتاه بودن طول مقدار هش، ممکن است هکرها بتوانند با استفاده از حملات brute-force (تلاش برای حدس زدن تمام ترکیبات ممکن) ورودی اصلی را پیدا کنند. استفاده از الگوریتم‌هایی با طول مقدار هش بزرگتر و استفاده از salt می‌تواند این خطر را کاهش دهد.
**حملات dictionary:** در این نوع حملات، هکرها از یک لیست از رمز عبورهای رایج (dictionary) برای تلاش برای یافتن رمز عبور اصلی استفاده می‌کنند. استفاده از رمز عبورهای قوی و منحصربه‌فرد می‌تواند این خطر را کاهش دهد.
**Salt:** Salt یک رشته تصادفی است که به رمز عبور اضافه می‌شود قبل از اینکه مقدار هش محاسبه شود. استفاده از salt باعث می‌شود که حتی اگر دو کاربر رمز عبور یکسانی داشته باشند، مقادیر هش آن‌ها متفاوت باشد.
**Hashing تکراری (Key Stretching):** این فرآیند شامل محاسبه مقدار هش یک ورودی چندین بار است. Hashing تکراری باعث می‌شود که حملات brute-force و dictionary دشوارتر شوند.