Qu'est-ce que le hachage ?

Le hachage transforme une entrée, souvent appelée message ou élément de données, en une sortie de taille fixe appelée valeur de hachage ou résumé de message. Il s'agit d'un outil puissant pour garantir intégrité des données, protéger les mots de passe et vérifier l'authenticité des documents.

Qu'est-ce que le hachage en termes simples ?

Le hachage décrit un processus qui prend des données de n'importe quelle taille ou type, les alimente dans une fonction mathématique appelée fonction de hachage et produit une sortie de taille fixe. Une petite modification de l'entrée, comme le changement d'une seule lettre, modifie radicalement la sortie.

Les fonctions de hachage bien conçues résistent également aux tentatives de rétro-ingénierie des données d'origine à partir de la valeur de hachage. Cette propriété unidirectionnelle distingue le hachage de nombreuses autres techniques gestion des données et la sécurité.

Types de hachage

Vous trouverez ci-dessous plusieurs types de techniques de hachage qui apparaissent fréquemment dans les contextes informatiques et de sécurité modernes.

Hachage cryptographique

Le hachage cryptographique repose sur des algorithmes, comme les familles SHA (algorithme de hachage sécurisé) ou algorithme de résumé de message 5 (MD5). Lors du choix d'un algorithme de hachage, les développeurs et les professionnels de la sécurité privilégient souvent la résistance aux collisions et la résistance à l'ingénierie inverse. Les propriétés courantes incluent :

• Résistance à la préimage. Les attaquants ne peuvent pas déterminer de manière réalisable les données d’origine à partir de la valeur de hachage.
• Résistance aux collisions. Les attaquants ne peuvent pas trouver de manière réalisable deux entrées différentes qui produisent le même hachage.
• Effet d'avalanche. De petits changements dans les entrées produisent des différences considérables dans les résultats.

SHA-256, un membre de la famille SHA-2, offre une 256-Bits digest de hachage, ce qui le rend populaire pour des tâches allant de la protection par mot de passe à filet contrôles d'intégrité.

Hachage basé sur la somme de contrôle

ChecksumsLes méthodes basées sur la redondance cyclique, telles que le contrôle de redondance cyclique (CRC), se concentrent sur la détection de corruption accidentelle. Le CRC apparaît fréquemment dans les protocoles réseau et les processus de vérification de fichiers. Les utilisateurs vérifient la somme de contrôle d'un fichier pour s'assurer qu'il n'a pas subi d'erreurs aléatoires lors de la transmission. Bien que les sommes de contrôle gèrent efficacement les erreurs accidentelles, elles offrent une résistance aux collisions plus faible que les hachages cryptographiques et offrent une sécurité minimale contre les altérations intentionnelles.

Hachage roulant

Les algorithmes de hachage roulant, tels que Rabin-Karp, offrent des mises à jour efficaces des valeurs de hachage lorsque seuls de petits segments des données sous-jacentes changent. Cet avantage rend les hachages roulants utiles dans les algorithmes de recherche de chaînes, les outils de comparaison et tout contexte impliquant une fenêtre glissante sur les données. Lorsqu'un seul caractère ou bloc se déplace, un algorithme de hachage roulant recalcule rapidement le nouveau hachage plutôt que de tout recalculer à partir de zéro.

Hachage pour les structures de données

Les structures de données utilisent souvent le hachage pour permettre une insertion, une recherche et une suppression rapides. Les tables de hachage ou les tableaux associatifs convertissent une clé (comme une chaîne) en un index dans un tableau, où résident les données réelles. Ces structures de données s'appuient sur la gestion des collisions via des méthodes telles que le chaînage séparé (stockage des éléments en collision dans une liste chaînée) ou l'adressage ouvert (exploration d'indices de tableau alternatifs). Langages de programmation comme Java, Python et C + + inclure des conteneurs basés sur le hachage, permettant aux développeurs d'implémenter des algorithmes efficaces.

Exemple de hachage

Considérez la chaîne « Hello ». Une fonction de hachage cryptographique courante, telle que SHA-256, traitera « Hello » et produira un condensé hexadécimal de longueur fixe. Un exemple largement cité d'un condensé SHA-256 pour « Hello » apparaît ainsi :

• 185F8DB32271FE25F561A6FC938B2E264306EC304EDA518007D1764826381969

Si l'entrée devient « hello » (« h » minuscule), le condensé SHA-256 résultant change complètement. Cette sensibilité aux petites modifications montre pourquoi le hachage permet de détecter toute altération des données d'entrée.

Comment fonctionne le hachage ?

Les fonctions de hachage suivent un processus structuré pour transformer une entrée en un condensé de hachage de taille fixe. Bien que les éléments internes diffèrent selon les algorithmes spécifiques, les étapes générales incluent :

1. Analyse des données

La plupart des algorithmes de hachage commencent par diviser les données d'entrée en blocs de taille fixe. SHA-256, par exemple, utilise 512 bits (64 bits).octet) blocs, tandis que SHA-512 utilise des blocs de 1024 bits (128 octets). Les entrées plus grandes sont simplement traitées en plusieurs itérations. Lorsque l'entrée ne s'intègre pas parfaitement dans un nombre entier de blocs, les fonctions de hachage appliquent un remplissage pour étendre l'entrée à une limite de bloc exacte. Les approches de remplissage courantes, telles que celles trouvées dans les constructions de Merkle–Damgård, ajoutent :

• Un seul bit « 1 ».
• Assez de bits « 0 » pour atteindre la longueur souhaitée.
• Un champ de longueur qui code la taille du message d'origine en bits.

Ce remplissage garantit que l'algorithme traite toutes les données de manière uniforme et que le bloc final contient des informations de longueur essentielles pour la résistance aux collisions.

2. Configuration de l'état initial

Les fonctions de hachage utilisent un ensemble de variables d'état internes, parfois appelées variables de chaînage ou registres. Les concepteurs d'algorithmes définissent ces valeurs d'état initiales comme des constantes, garantissant ainsi le caractère déterministe de la fonction. Un exemple bien connu est SHA-256, qui initialise huit mots de 32 bits. Ces mots proviennent de parties fractionnaires spécifiques des racines carrées de nombres premiers (2, 3, 5, 7, etc.), choisies pour leurs propriétés de distribution et pour minimiser le risque de faiblesses cachées.

Chaque fois qu'un processus de hachage commence, l'état revient à ces constantes initiales. La fonction met ensuite à jour l'état à chaque itération, en s'assurant qu'elle « se souvient » de la manière dont les blocs précédents ont influencé la valeur de hachage. Sans un état initial standardisé, différentes implémentations du même algorithme généreraient des résultats incohérents.

3. Fonction de compression

La fonction de compression est au cœur de l'algorithme de hachage. Elle traite chaque bloc de données parallèlement à l'état interne actuel pour produire un nouvel état interne. Les fonctions de hachage cryptographique reposent sur des combinaisons d'opérations, notamment :

• Opérations au niveau du bit (AND, OR, XOR). Ces opérations fonctionnent au niveau des bits et créent une diffusion. De petits changements dans les bits d'un bloc entraînent de grands changements dans la sortie.
• Ajouts modulaires. De nombreux algorithmes ajoutent des constantes spécifiques à chaque tour et bloquent les données modulo 2^32 (ou 2^64, selon la variante). L'arithmétique modulaire brouille encore plus les données et réduit les modèles prévisibles.
• Rotations ou quarts de travail. Les opérations de rotation circulaire (ROTR, ROTL) et de décalage droite/gauche mélangent les bits et amplifient l'effet d'avalanche, garantissant que les variations d'un bit dans l'entrée se propagent à travers plusieurs bits dans la sortie.
• Constantes rondes. Chaque itération implique souvent des constantes uniques, ce qui réduit le risque de répétition de modèles que les attaquants pourraient exploiter.

Les développeurs organisent ces opérations en plusieurs cycles au sein de la fonction de compression. SHA-256, par exemple, utilise 64 cycles par bloc de 512 bits, chacun impliquant un mélange d'ajouts, de rotations et de fonctions logiques (comme Ch, Maj, Σ et σ). Chaque cycle prend la sortie du cycle précédent comme entrée, forçant tout petit changement dans le message d'entrée à se propager sur l'état de hachage au cours des cycles suivants.

4. Finalisation

La phase de finalisation prend le dernier état interne mis à jour et produit le condensé de hachage final. Les conceptions basées sur Merkle-Damgård (comme MD5, SHA-1 et SHA-2) s'appuient souvent sur l'itération compression structurer et ajouter des informations de longueur dans le bloc final. Les conceptions basées sur des éponges (comme SHA-3) utilisent un processus différent appelé « absorption » et « compression », mais elles atteignent un objectif final similaire : une sortie de taille fixe qui reflète chaque bit de l'entrée.

De nombreux algorithmes de hachage génèrent le résultat dans un format pratique tel qu'une chaîne hexadécimale (par exemple, 64 caractères hexadécimaux pour un hachage de 256 bits). Selon l'algorithme, le condensé peut également apparaître en Base64, en binaire brut ou dans un autre codage. Les conceptions axées sur la sécurité garantissent que le condensé final ne peut pas être utilisé pour récupérer les données d'origine, ce qui fait du hachage une fonction à sens unique plutôt qu'une fonction de hachage. chiffrement mécanisme.

Pourquoi avons-nous besoin du hachage ?

Le hachage permet plusieurs fonctions cruciales de sécurité et de gestion des données. Vous trouverez ci-dessous les principales raisons de son importance.

L'intégrité des données

Les utilisateurs et les systèmes vérifient l'intégrité des données en comparant une valeur de hachage connue avec la valeur de hachage des données en question. Une différence dans les valeurs de hachage signale que les données ont changé, soit par accident, soit par intention malveillante.

Mot de passe de sécurité

Sites Internet et applications Les mots de passe des utilisateurs sont stockés sous forme de hachages plutôt que de texte brut. Lorsqu'un utilisateur se connecte, le système hache le mot de passe fourni et le compare au hachage stocké. S'ils correspondent, l'utilisateur obtient l'accès. Les attaquants qui volent des mots de passe hachés sont confrontés à une tâche beaucoup plus difficile qu'avec une liste de mots de passe en texte brut.

Vérification des fichiers

De nombreux téléchargements incluent un hachage de référence. Après le téléchargement, les utilisateurs génèrent le hachage du fichier et le comparent à la référence donnée. Si les deux correspondent, le fichier est probablement arrivé intact sans altération ni modification. la corruption.

Signatures numériques

Signatures numériques s'appuient sur le hachage pour générer un condensé de documents volumineux. Le signataire utilise une clé privée pour signer le hachage, produisant une signature que les destinataires peuvent vérifier avec la clé publique. Les destinataires hachent ensuite eux-mêmes le document pour confirmer qu'il correspond au hachage signé.

Déduplication

Les systèmes de stockage identifient les fichiers en double en examinant les valeurs de hachage. Si deux fichiers produisent le même hachage, ils sont traités comme des doublons potentiels, ce qui permet d'économiser un espace de stockage important lorsque des fichiers volumineux se répètent.

Comment créer un hachage ?

La création d'un hachage implique la sélection d'un algorithme approprié, son application aux données et la lecture du condensé généré. Voici le processus typique :

1. Choisissez un algorithme de hachage

Déterminez vos besoins en matière de sécurité et de performances avant de sélectionner un algorithme. Pour une sécurité renforcée, des algorithmes tels que SHA-256 ou SHA-3 offrent une forte résistance aux collisions. Pour des vérifications d'erreurs plus simples, des algorithmes tels que CRC-32 suffisent souvent.

2. Utilisez un outil ou une bibliothèque de hachage

pont systèmes d'exploitation inclure des commandes ou des utilitaires intégrés pour le hachage. Par exemple, un Linux ou l'utilisateur macOS peut taper :

• shasum-a 256 exemple.txt

Les utilisateurs de Windows s'appuient souvent sur certutil :

• certutil -hashfile exemple.txt SHA256

Les langages de programmation proposent également des bibliothèques pour le hachage. Le module hashlib de Python ou la classe MessageDigest de Java fournissent des fonctions programmatiques pour générer des hachages au sein des applications.

3. Capturez le résultat

L'outil ou la bibliothèque génère un condensé, généralement sous forme de chaîne hexadécimale. La longueur de cette chaîne dépend de l'algorithme : SHA-256 produit 64 caractères hexadécimaux, SHA-1 en produit 40, etc.

Pourquoi le hachage est-il important ?

Le hachage sous-tend data security et l'efficacité dans d'innombrables systèmes. Voici les avantages du hachage :

• Sécurité contre les altérations. Les valeurs de hachage permettent aux utilisateurs de détecter si quelqu'un a modifié une donnée. En recalculant le hachage et en le comparant à une valeur connue et fiable, n'importe qui peut confirmer que les données restent intactes.
• Vérification efficace. La vérification de l'intégrité à l'aide d'un hachage est beaucoup plus rapide que la lecture et la comparaison de fichiers entiers. Les systèmes qui doivent comparer ou vérifier de grands ensembles de données bénéficient considérablement de la vérification des valeurs de hachage.
• Confiance dans les systèmes distribués. Environnements distribués comme réseaux peer-to-peer et les plateformes de blockchain s'appuient sur des valeurs de hachage pour valider les fichiers, les transactions ou les blocs de données. Chaque participant confirme l'exactitude en calculant et en comparant les hachages, réduisant ainsi le risque d'accepter des données corrompues.
• Protection des informations d'identification sensibles. Le stockage des mots de passe sous forme de hachages, plutôt que de texte brut, empêche le vol rapide des informations d'identification des utilisateurs. Les attaquants qui compromettent un base de données voir les hachages au lieu des mots de passe d'origine. Les développeurs de systèmes ajoutent souvent des sels (chaînes aléatoires ajoutées au mot de passe) pour mieux résister attaques par force brute.

Hachage et chiffrement

Le hachage produit un condensé de taille fixe à partir d'une entrée d'une manière qui ne peut pas être inversée à l'aide d'une clé secrète. Le chiffrement transforme les données en un format illisible, mais les destinataires autorisés peuvent utiliser une clé pour inverser ce processus et récupérer le texte brut d'origine.

Le hachage vise à vérifier l’intégrité et l’authenticité des données, tandis que le cryptage garantit la confidentialité et l’accès contrôlé aux données lisibles.

FAQ sur le hachage

Vous trouverez ci-dessous quelques questions fréquemment posées sur le hachage.

Comment trouver une valeur de hachage ?

Les utilisateurs choisissent généralement un algorithme et utilisent un outil ou une bibliothèque de hachage pour alimenter l'algorithme en données. Sous Linux ou macOS, la commande shasum -a 256 offre un moyen simple de générer un hachage SHA-256.

Sous Windows, certutil -hashfile example.txt SHA256 effectue une tâche similaire. Les langages de programmation incluent des bibliothèques telles que hashlib de Python, qui permettent aux développeurs de calculer des valeurs de hachage dans le code.

Pouvez-vous inverser un hachage ?

Il n'existe aucune méthode viable pour inverser un hachage cryptographique. Les fonctions de hachage omettent tout mécanisme intégré permettant de récupérer les données d'origine. Les attaquants doivent deviner ou forcer l'entrée et comparer la sortie au hachage ciblé, ce qui devient extrêmement difficile pour les entrées volumineuses ou complexes.

En revanche, le chiffrement permet l'inversion avec une clé, ce qui rend le hachage et le chiffrement des processus fondamentalement différents.