Was ist Hashing? Wann und wie es funktioniert • BUOM

3. Januar 2022

Hashing ist eine Funktion, mit der Daten einem Wert fester Länge zugeordnet werden. Unternehmen nutzen Hashing in Authentifizierungssystemen und zur Überprüfung verschiedener Datentypen wie Dateien und Dokumente. Es ist wichtig zu verstehen, was Hashing ist und wie es verwendet wird, da es dazu beitragen kann, Datenlecks zu verhindern und gespeicherte Informationen zu schützen. In diesem Artikel erklären wir anhand eines Beispiels aus der Praxis, was Hashing ist, warum es wichtig ist, wann es verwendet wird und wie es funktioniert.

Was ist Hashing?

Hashing ist die Umwandlung eines Schlüssels in einen anderen Wert oder Code. Eine Hash-Funktion, auch Algorithmus genannt, wandelt einen großen Datenblock in einen kürzeren Wert um, der zu einem Hash-Wert wird. Hash-Werte sind eine Zusammenfassung jeder Datenzeile in der Datei. Hashing hilft dabei, große Datenmengen in eine besser nutzbare Form zu komprimieren, ähnlich wie die Datenkomprimierung.

Ein guter Hash verwendet normalerweise einen Einweg-Hashing-Algorithmus, der verhindern kann, dass der Hash wieder in den Originalschlüssel umgewandelt wird. Ein guter Hash verhindert auch Kollisionen, wenn zwei Schlüssel denselben Hash in einer Hash-Tabelle generieren. Hash-Tabellen sind eine Art Datenstruktur, die Wertepaare für einen einfachen Zugriff speichert. Hash-Tabellen können die Datenbanksicherheit durch Verschlüsselung verbessern. Es gibt keine Begrenzung für die Anzahl der Wertepaare, daher kann eine Hash-Funktion dabei helfen, die Schlüssel der Größe der Tabelle zuzuordnen und zu einem Index für das Element zu werden.

Warum ist Hashing wichtig?

Hashing ist wichtig, da es eine sichere und effiziente Methode zum Abrufen von Daten bietet. Es ist außerdem schneller als die meisten herkömmlichen Sortieralgorithmen und somit effizienter beim Datenabruf. Hier sind einige Vorteile der Verwendung von Hashing:

• Verbesserte Datensicherheit: Hashing sorgt für eine höhere Datensicherheit, indem es Angreifer daran hindert, Zugriff auf Passwörter zu erhalten. Es ist viel schwieriger, ein gehashtes Passwort zu ändern oder zu missbrauchen.

• Vereinfachte Vergleichbarkeit: Beim Hashing werden zwei Dateien sofort verglichen und anhand ihres Hashwerts ermittelt, ob sie sich unterscheiden. Dies erleichtert die Überprüfung einer Datei, nachdem sie an einen anderen Speicherort verschoben wurde.

• Einfache Überprüfung: Hashing überprüft schnell die Integrität einer Datei, nachdem sie von einem Ort an einen anderen übertragen wurde. Benutzer können einfach den Hashwert beider Dateien vergleichen, um sicherzustellen, dass die Datei während der Übertragung nicht beschädigt wurde.

• Möglichkeit zur Geschwindigkeitskontrolle: Mit Hashing können Sie die Suchgeschwindigkeit einfach steuern, indem Sie die Geschwindigkeit mit der Speicherkapazität in Einklang bringen. Dies kann die Suche schneller machen als das Durchsuchen von Listen und Arrays.

Wann wird Hashing verwendet?

Abhängig von den Anforderungen eines Unternehmens gibt es für Hashing mehrere Hauptanwendungen. Da Hashing so vielfältig einsetzbar ist, ist es zu einer der am häufigsten verwendeten Datenstrukturen geworden. Hier sind einige häufige Verwendungszwecke von Hashing:

Daten indizieren und durchsuchen

Hash-Indizes tragen zu einer hohen Leistung bei, indem sie Eingabedaten in ein Array von „Shards“ konvertieren. Jeder Bucket enthält die gleiche Anzahl an Datensätzen wie die anderen in der Tabelle, wodurch sichergestellt wird, dass alle Zeilen einem Bucket zugeordnet werden können, unabhängig von der Anzahl der Werte für eine bestimmte Spalte. Ein Hash-Wert schränkt die Suche ein und macht Daten leichter zugänglich. Durch die Komprimierung von Daten in Hash-Schlüssel wird es einfacher, Cybersicherheitsmaßnahmen durchzuführen und gleichzeitig Speicherplatz zu sparen.

Digitale Signaturen

Hashing hilft sowohl beim Verschlüsseln als auch beim Entschlüsseln digitaler Signaturen. Hierbei handelt es sich um mathematische Algorithmen, mit denen regelmäßig die Authentizität und Integrität eines digitalen Dokuments oder einer digitalen Nachricht überprüft wird. Hash-Funktionen wandeln die digitale Signatur um, bevor der Hash-Wert und die Signatur an den Empfänger gesendet werden. Dieselbe Hash-Funktion vergleicht dann den Nachrichtenauszug mit der übertragenen Nachricht, um sicherzustellen, dass es keine Diskrepanzen gibt.

Verschlüsselung

Viele Verschlüsselungsalgorithmen nutzen Hashing, um die Cybersicherheit zu verbessern. Hashing stellt sicher, dass Hacker die Daten nicht stehlen können, da die gehashten Eingabedaten nicht in ihrer ursprünglichen Form vorliegen und die Daten ohne den Schlüssel zum Entschlüsseln der Daten unbrauchbar werden. Bei einer Methode namens Pickling werden Zufallsdaten an die Eingabedaten einer Hash-Funktion angehängt. Dies gewährleistet eine eindeutige Ausgabe auch in Fällen, in denen die Eingabe identisch ist, und die Verschlüsselung kann es Hackern noch schwieriger machen, auf nicht eindeutige Passwörter zuzugreifen.

Verhinderung von Dateimanipulationen

Hashing hilft, Dateimanipulationen zu verhindern oder Dateimanipulationen zu analysieren, indem es die Identifizierung jeder Datei erleichtert. Da jede Datei einen Hash-Wert generiert, der zusammen mit den Dateidaten gespeichert wird, werden alle an der Datei vorgenommenen Änderungen im Hash-Wert widergespiegelt. In Bereichen, in denen große Mengen elektronischer Beweismittel verwendet werden, wie etwa im Rechtswesen, ist es wichtig sicherzustellen, dass elektronische Dateien nicht verändert wurden, da dadurch sichergestellt wird, dass Informationen nicht verändert werden und Dateien nicht gelöscht werden können.

Wie funktioniert Hashing?

Beim Hashing sind drei Komponenten beteiligt:

1. Anmelden

Eingabe sind die Daten, die in den Algorithmus eingehen. Diese Daten können beliebig lang sein und jede beliebige Form annehmen. Die Eingabe könnte beispielsweise in Form eines Dokuments oder einer Musikdatei erfolgen. Beim Hashing werden alle Eingabedaten verwendet, um ein bestimmtes Ergebnis zu erzielen.

2. Algorithmus

Um einen Hashwert einer bestimmten Länge zu erhalten, wird der Algorithmus auf die Eingabedaten angewendet. Der Hashing-Algorithmus dient demselben Zweck.

Erstens erzeugt die Anwendung derselben Hash-Funktion auf dieselben Eingabedaten denselben Hash-Wert. Kleinere Änderungen an den Eingabedaten können zu erheblichen Änderungen des Hash-Werts führen. Darüber hinaus ist jeder Hash-Wert eine eindeutige Kennung und der Hashing-Prozess erfolgt nur in eine Richtung, was bedeutet, dass die Originaldaten nicht abgerufen werden können.

Arten von Hashing-Algorithmen

Es gibt verschiedene Hashing-Algorithmen, die zum Schutz von Daten verwendet werden. Hier sind einige der beliebtesten Arten von Hashing-Algorithmen:

• MD5: Dieser Algorithmus ist häufig beim Hashing digitaler Signaturen hilfreich.

• SHA-1: Dieser Algorithmus wird am häufigsten in Sicherheitsanwendungen verwendet.

• SHA-2: Hierbei handelt es sich um eine Familie von Hashing-Algorithmen, die auch in Sicherheitsanwendungen, einschließlich der Passwortspeicherung, verwendet werden.

• HMAC: Dieser Algorithmus kann als Methode zur Nachrichtenauthentifizierung dienen.

• CRC32: Dies ist ein Hashing-Algorithmus, der häufig verwendet wird, um die Integrität von Dateien zu überprüfen und versehentliche Änderungen an Daten zu verhindern.

3. Beenden

Die Ausgabe stammt vom Hashing-Algorithmus und hat im Gegensatz zur Eingabe eine feste Länge. Da die Ausgabe eine feste Länge hat, ist es schwierig, die Länge der ursprünglichen Eingabe zu bestimmen, was zur Verbesserung der Gesamtsicherheit beiträgt. Ein Hacker kann die Buchstaben- und Zahlenfolge, aus der der Hashwert besteht, nicht entschlüsseln, sodass die Informationen über die Person möglicherweise verborgen bleiben. Da jeder Hash-Wert einzigartig ist, werden Hash-Werte oft auch „Fingerabdrücke“ genannt.

Hashing-Beispiel

Hier ist ein Beispiel für Hashing, damit Sie besser verstehen, wie es funktioniert:

Unternehmen Y möchte seine Cybersicherheit verbessern und seine Passwörter durch Hashing schützen. Unternehmen Y verfügt derzeit über eine Liste mit 100 verschiedenen Passwörtern für seine Mitarbeiter und verpflichtet sich, diese Informationen sicher aufzubewahren. Um sie zu hashen, speist Unternehmen Y die Daten in einen Hashing-Algorithmus ein, der sie dann in eine kurze Zeichenfolge aus Buchstaben und Zahlen umwandelt.

Kim Youngs Passwort „password123“ wird in den Wert „ac49e74434a46c45aa159bef65“ umgewandelt. Wenn die Datenbank kompromittiert wird, ist das ursprüngliche Passwort nicht mehr verfügbar. Stattdessen wird nur der Hashwert angezeigt.