Was ist eine Hash-Funktion? MD5, SHA und kryptografisches Hashing verstehen

Was ist eine Hash-Funktion?

Eine Hash-Funktion nimmt eine Eingabe beliebiger Größe — ein einzelnes Zeichen, einen Absatz oder eine gesamte Datei — und erzeugt eine Ausgabe fester Länge, genannt Hash oder Digest. Unabhängig von der Eingabegröße ist die Ausgabe bei einem bestimmten Algorithmus immer gleich lang. MD5 erzeugt beispielsweise immer 32 hexadezimale Zeichen, während SHA-256 immer 64 erzeugt.

Wichtige Eigenschaften von Hash-Funktionen

Gute kryptografische Hash-Funktionen teilen diese wesentlichen Eigenschaften:

• Deterministisch: Dieselbe Eingabe erzeugt immer denselben Hash.
• Schnelle Berechnung: Der Hash kann für jede Eingabegröße schnell berechnet werden.
• Pre-Image-Resistenz: Bei gegebenem Hash ist es rechnerisch unmöglich, die Originaleingabe zu finden.
• Kleine Änderungen, große Unterschiede: Schon die Änderung eines einzigen Bits erzeugt einen völlig anderen Hash (Lawineneffekt).
• Kollisionsresistenz: Es ist extrem schwierig, zwei verschiedene Eingaben zu finden, die denselben Hash erzeugen.

Gängige Hash-Algorithmen

MD5

1991 entwickelt, erzeugt MD5 einen 128-Bit-Hash (32 Hex-Zeichen). Er war einst weit verbreitet für Dateiverifizierung, gilt heute aber für Sicherheitszwecke als gebrochen — Forscher können Kollisionen in Sekunden erzeugen. Für nicht-sicherheitsrelevante Prüfsummen ist er noch brauchbar.

SHA-Familie

Die von der NSA entworfene Secure Hash Algorithm-Familie:

• SHA-1: Erzeugt 160-Bit-Hashes. Seit 2017 für Sicherheitszwecke veraltet, als Google einen praktischen Kollisionsangriff demonstrierte.
• SHA-256: Teil von SHA-2, erzeugt 256-Bit-Hashes. Aktuell der Standard für die meisten Sicherheitsanwendungen, einschließlich SSL-Zertifikate und Blockchain.
• SHA-384 und SHA-512: Längere Varianten von SHA-2 für höhere Sicherheitsanforderungen.
• SHA-3: Ein neuerer Algorithmus mit anderer interner Struktur, als Backup falls SHA-2 jemals kompromittiert wird.

Andere Algorithmen

• bcrypt: Speziell für Passwort-Hashing entwickelt, mit eingebautem Salt und einstellbarem Arbeitsfaktor.
• Argon2: Der moderne Gewinner des Password Hashing Competition, widerstandsfähig gegen GPU-basierte Angriffe.

Praktische Anwendungen

• Passwortspeicherung: Websites speichern Passwort-Hashes, nicht den Klartext. Beim Login wird Ihr Passwort gehasht und mit dem gespeicherten Hash verglichen.
• Dateiintegritätsprüfung: Download-Seiten veröffentlichen Hash-Werte, damit Sie überprüfen können, ob Dateien nicht beschädigt oder manipuliert wurden.
• Digitale Signaturen: Hashes sind Kernbestandteil digitaler Signaturalgorithmen für Code-Signierung und Dokumentenprüfung.
• Blockchain: Jeder Block enthält den Hash des vorherigen Blocks und schafft so eine unveränderliche Kette.
• Daten-Deduplizierung: Speichersysteme verwenden Hashes, um doppelte Datenblöcke zu identifizieren.