¿Qué es el hashing?

Febrero 11, 2025

El hash transforma una entrada, a menudo llamada mensaje o pieza de datos, en una salida de tamaño fijo conocida como valor hash o resumen del mensaje. Es una herramienta poderosa para garantizar integridad de los datos, protegiendo contraseñas y verificando la autenticidad de los documentos.

¿Qué es el hashing?

¿Qué es el hashing en términos simples?

El hash describe un proceso que toma datos de cualquier tamaño o tipo, los introduce en una función matemática conocida como función hash y produce una salida de tamaño fijo. Una pequeña alteración en la entrada, como cambiar una sola letra, cambia drásticamente la salida.

Las funciones hash bien diseñadas también resisten los intentos de realizar ingeniería inversa de los datos originales a partir del valor hash. Esta propiedad unidireccional distingue al hash de muchas otras técnicas en datos de gestión y seguridad.

Tipos de hash

A continuación se presentan varios tipos de técnicas de hash que aparecen con frecuencia en contextos de seguridad y informática modernos.

Hash criptográfico

El hash criptográfico se basa en algoritmos especializados algoritmos, como las familias SHA (algoritmo hash seguro) o algoritmo de resumen de mensajes 5 (MD5)Al elegir un algoritmo de hash, los desarrolladores y los profesionales de seguridad suelen priorizar la resistencia a colisiones y la resistencia a la ingeniería inversa. Las propiedades comunes incluyen:

  • Resistencia de preimagen. Los atacantes no pueden determinar de manera factible los datos originales a partir del valor hash.
  • Resistencia a colisiones. Los atacantes no pueden encontrar de manera factible dos entradas diferentes que produzcan el mismo hash.
  • Efecto avalancha. Pequeños cambios de entrada producen diferencias dramáticas en la salida.

SHA-256, un miembro de la familia SHA-2, ofrece una resolución de 256bit resumen de hash, lo que lo hace popular para tareas que van desde la protección de contraseñas hasta presentar controles de integridad.

Hashing basado en suma de comprobación

ChecksumsLos métodos basados ​​en la suma de comprobación, como la comprobación por redundancia cíclica (CRC), se centran en detectar la corrupción accidental. La CRC aparece con frecuencia en los protocolos de red y en los procesos de verificación de archivos. Los usuarios comprueban la suma de comprobación de un archivo para asegurarse de que no haya sufrido errores aleatorios durante la transmisión. Aunque las sumas de comprobación gestionan los errores accidentales de forma eficaz, ofrecen una resistencia a las colisiones más débil que los hashes criptográficos y proporcionan una seguridad mínima contra la manipulación intencionada.

Hash rodante

Los algoritmos de hash rotativos, como Rabin-Karp, ofrecen actualizaciones eficientes de los valores de hash cuando solo cambian pequeños segmentos de los datos subyacentes. Esta ventaja hace que los hashes rotativos sean útiles en algoritmos de búsqueda de cadenas, herramientas de comparación y cualquier contexto que implique una ventana deslizante sobre los datos. Cuando un solo carácter o bloque cambia, un algoritmo de hash rotativo recalcula el nuevo hash rápidamente en lugar de volver a calcularlo desde cero.

Hashing para estructuras de datos

Las estructuras de datos suelen utilizar algoritmos hash para permitir una inserción, búsqueda y eliminación rápidas. Las tablas hash o matrices asociativas convierten una clave (como una cadena) en un índice en una matriz, donde residen los datos reales. Estas estructuras de datos se basan en el manejo de colisiones mediante métodos como el encadenamiento independiente (almacenamiento de elementos colisionados en una lista enlazada) o el direccionamiento abierto (exploración de índices de matriz alternativos). Lenguajes de programación como uno Java, Pythony C + + incluye contenedores basados ​​en hash, lo que permite a los desarrolladores implementar algoritmos eficientes.

Ejemplo de hash

Considere la cadena “Hola”. Una función hash criptográfica común, como SHA-256, procesará “Hola” y generará un resumen hexadecimal de longitud fija. Un ejemplo ampliamente citado de un resumen SHA-256 para “Hola” aparece como:

  • 185F8DB32271FE25F561A6FC938B2E264306EC304EDA518007D1764826381969

Si la entrada cambia a “hola” (con “h” minúscula), el resumen SHA-256 resultante cambia por completo. Esta sensibilidad a las pequeñas modificaciones resalta por qué el hash ayuda a detectar cualquier alteración de los datos de entrada.

¿Cómo funciona el hash?

Las funciones hash siguen un proceso estructurado para convertir una entrada en un resumen hash de tamaño fijo. Aunque los procesos internos difieren entre algoritmos específicos, los pasos generales incluyen:

1. Análisis de datos

La mayoría de los algoritmos de hash comienzan dividiendo los datos de entrada en bloques de tamaño fijo. SHA-256, por ejemplo, utiliza 512 bits (64 bits)byte), mientras que SHA-512 utiliza bloques de 1024 bits (128 bytes). Las entradas más grandes se procesan simplemente en múltiples iteraciones. Cuando la entrada no encaja perfectamente en un número entero de bloques, las funciones hash aplican relleno para extender la entrada hasta un límite de bloque exacto. Los enfoques de relleno comunes, como los que se encuentran en las construcciones de Merkle–Damgård, agregan:

  • Un solo bit '1'.
  • Suficientes bits '0' para alcanzar la longitud deseada.
  • Un campo de longitud que codifica el tamaño del mensaje original en bits.

Este relleno garantiza que el algoritmo maneje todos los datos de manera uniforme y que el bloque final contenga información de longitud esencial para la resistencia a las colisiones.

2. Configuración del estado inicial

Las funciones hash utilizan un conjunto de variables de estado internas, a veces llamadas variables de encadenamiento o registros. Los diseñadores de algoritmos definen estos valores de estado iniciales como constantes, lo que garantiza la naturaleza determinista de la función. Un ejemplo conocido es SHA-256, que inicializa ocho palabras de 32 bits. Estas palabras se derivan de partes fraccionarias específicas de las raíces cuadradas de números primos (2, 3, 5, 7, etc.), elegidas por sus propiedades de distribución y para minimizar el riesgo de debilidades ocultas.

Cada vez que comienza un proceso de hash, el estado vuelve a estas constantes iniciales. Luego, la función actualiza el estado en cada iteración, lo que garantiza que “recuerde” cómo los bloques anteriores han influido en el valor hash. Sin un estado inicial estandarizado, las diferentes implementaciones del mismo algoritmo generarían resultados inconsistentes.

3. Función de compresión

La función de compresión se encuentra en el corazón del algoritmo hash. Procesa cada bloque de datos junto con el estado interno actual para producir un nuevo estado interno. Las funciones hash criptográficas se basan en combinaciones de operaciones, entre las que se incluyen:

  • Operaciones bit a bit (AND, OR, XOR). Estas operaciones funcionan a nivel de bits y crean difusión. Pequeños cambios en los bits de un bloque dan lugar a grandes cambios en la salida.
  • Adiciones modulares. Muchos algoritmos añaden constantes específicas de cada ronda y bloquean los datos en módulo 2^32 (o 2^64, según la variante). La aritmética modular mezcla aún más los datos y reduce los patrones predecibles.
  • Rotaciones o turnos. Las operaciones de rotación circular (ROTR, ROTL) y de desplazamiento derecha/izquierda mezclan bits y amplifican el efecto de avalancha, lo que garantiza que las variaciones de un bit en la entrada se propaguen a través de múltiples bits en la salida.
  • Constantes redondas. Cada iteración a menudo implica constantes únicas, que reducen el riesgo de repetir patrones que los atacantes podrían explotar.

Los desarrolladores organizan estas operaciones en múltiples rondas dentro de la función de compresión. SHA-256, por ejemplo, utiliza 64 rondas por bloque de 512 bits, cada una de las cuales implica una combinación de adiciones, rotaciones y funciones lógicas (como Ch, Maj, Σ y σ). Cada ronda toma la salida de la ronda anterior como entrada, lo que obliga a que cualquier pequeño cambio en el mensaje de entrada se distribuya en el estado hash durante las rondas posteriores.

4. Finalización

La fase de finalización toma el último estado interno actualizado y produce el resumen hash final. Los diseños basados ​​en Merkle-Damgård (como MD5, SHA-1 y SHA-2) a menudo se basan en el proceso iterativo. compresión estructura y agrega información de longitud en el bloque final. Los diseños basados ​​en esponjas (como SHA-3) utilizan un proceso diferente llamado "absorción" y "compresión", pero logran un objetivo final similar: una salida de tamaño fijo que refleja cada bit de la entrada.

Muchos algoritmos hash generan el resultado en un formato conveniente, como una cadena hexadecimal (por ejemplo, 64 caracteres hexadecimales para un hash de 256 bits). Según el algoritmo, el resumen también puede aparecer en Base64, binario sin procesar u otra codificación. Los diseños centrados en la seguridad garantizan que el resumen final no se pueda utilizar para recuperar los datos originales, lo que hace que el hash sea una función unidireccional en lugar de una cifrado mecanismo.

¿Por qué necesitamos el hash?

El hash permite varias funciones cruciales de seguridad y gestión de datos. A continuación, se indican las principales razones de su importancia.

Integridad de los datos

Los usuarios y los sistemas verifican la integridad de los datos comparando un valor hash conocido con el valor hash de los datos en cuestión. Una diferencia en los valores hash indica que los datos han cambiado, ya sea por accidente o por mala intención.

Contraseña de Seguridad

Páginas web y aplicaciones Almacenar las contraseñas de los usuarios en forma de hashes en lugar de texto simple. Cuando un usuario inicia sesión, el sistema crea un hash de la contraseña proporcionada y la compara con el hash almacenado. Si coinciden, el usuario obtiene acceso. Los atacantes que roban contraseñas en formato hash se enfrentan a una tarea mucho más difícil que si utilizaran una lista de contraseñas en texto simple.

Verificación de archivos

Muchas descargas incluyen un hash de referencia. Después de la descarga, los usuarios generan el hash del archivo y lo comparan con la referencia dada. Si ambos coinciden, es probable que el archivo haya llegado intacto sin alteraciones ni modificaciones. corrupción.

Firmas digitales

Firmas digitales Los firmantes utilizan el algoritmo hash para generar un resumen de documentos grandes. El firmante utiliza una clave privada para firmar el algoritmo hash, lo que produce una firma que los destinatarios pueden verificar con la clave pública. Luego, los destinatarios realizan el algoritmo hash del documento para confirmar que coincide con el algoritmo hash firmado.

Deduplicación

Los sistemas de almacenamiento identifican archivos duplicados Examinando los valores hash. Si dos archivos producen el mismo hash, se los trata como posibles duplicados, lo que permite ahorrar un espacio de almacenamiento significativo cuando se repiten archivos grandes.

¿Cómo crear un hash?

Para crear un hash es necesario seleccionar un algoritmo adecuado, aplicarlo a los datos y leer el resumen generado. A continuación se muestra el proceso típico:

1. Elija un algoritmo hash

Determine sus necesidades de seguridad y rendimiento antes de seleccionar un algoritmo. Para una seguridad sólida, algoritmos como SHA-256 o SHA-3 ofrecen una gran resistencia a las colisiones. Para fines de comprobación de errores más simples, algoritmos como CRC-32 suelen ser suficientes.

2. Utilice una herramienta o biblioteca de hash

La mayoría de las sistemas operativos incluir comandos o utilidades integradas para realizar hashes. Por ejemplo, un Linux o el usuario de macOS podría escribir:

  • shasum -a 256 ejemplo.txt

Los usuarios de Windows a menudo confían en certutil:

  • certutil -hashfile ejemplo.txt SHA256

Los lenguajes de programación también ofrecen bibliotecas para generar hashes. El módulo hashlib de Python o la clase MessageDigest de Java proporcionan funciones programáticas para generar hashes dentro de las aplicaciones.

3. Captura el resultado

La herramienta o biblioteca genera un resumen, generalmente como una cadena hexadecimal. La longitud de esta cadena depende del algoritmo: SHA-256 produce 64 caracteres hexadecimales, SHA-1 produce 40, y así sucesivamente.

¿Por qué es importante el hash?

El hash subyace data security y eficiencia en innumerables sistemas. Estos son los beneficios del hash:

  • Seguridad contra manipulaciones. Los valores hash permiten a los usuarios detectar si alguien ha modificado un dato. Al volver a calcular el hash y compararlo con un valor conocido y fiable, cualquiera puede confirmar que los datos siguen intactos.
  • Verificación eficiente. Verificar la integridad con un hash es mucho más rápido que leer y comparar archivos enteros. Los sistemas que deben comparar o verificar grandes conjuntos de datos se benefician considerablemente de la verificación de valores hash.
  • Confianza en sistemas distribuidos. Entornos distribuidos como redes peer-to-peer Las plataformas blockchain se basan en valores hash para validar archivos, transacciones o bloques de datos. Cada participante confirma la exactitud calculando y comparando los valores hash, lo que reduce el riesgo de aceptar datos corruptos.
  • Protección de credenciales sensibles. El almacenamiento de contraseñas en forma de hashes, en lugar de texto sin formato, evita el robo rápido de credenciales de usuario. Los atacantes que comprometen una base de datos Ver hashes en lugar de las contraseñas originales. Los desarrolladores de sistemas a menudo agregan sales (cadenas aleatorias adjuntas a la contraseña) para resistir aún más ataques de fuerza bruta.

Hashing vs. cifrado

El hash produce un resumen de tamaño fijo a partir de una entrada de una manera que no se puede revertir utilizando una clave secreta. El cifrado transforma los datos en un formato ilegible, pero los destinatarios autorizados pueden utilizar una clave para revertir ese proceso y recuperar el texto sin formato original.

El hash tiene como objetivo verificar la integridad y autenticidad de los datos, mientras que el cifrado garantiza la confidencialidad y el acceso controlado a los datos legibles.

Preguntas frecuentes sobre el hash

A continuación se presentan algunas preguntas frecuentes sobre el hashing.

¿Cómo encontrar un valor hash?

Los usuarios suelen elegir un algoritmo y utilizar una herramienta o biblioteca de hash para introducir datos en el algoritmo. En Linux o macOS, el comando shasum -a 256 ofrece una forma sencilla de generar un hash SHA-256.

En Windows, certutil -hashfile example.txt SHA256 realiza una tarea similar. Los lenguajes de programación incluyen bibliotecas como hashlib de Python, que permiten a los desarrolladores calcular valores hash en el código.

¿Se puede revertir un hash?

No existe ningún método viable para revertir un hash criptográfico. Las funciones hash no tienen ningún mecanismo integrado para recuperar los datos originales. Los atacantes deben adivinar o aplicar fuerza bruta a la entrada y comparar la salida con el hash deseado, lo que resulta extremadamente difícil para entradas grandes o complejas.

Por el contrario, el cifrado permite la reversión con una clave, lo que hace que el hash y el cifrado sean procesos fundamentalmente diferentes.


Nikola
Kóstico
Nikola es un escritor experimentado apasionado por todo lo relacionado con la alta tecnología. Después de licenciarse en periodismo y ciencias políticas, trabajó en las industrias de las telecomunicaciones y la banca en línea. Actualmente escribiendo para phoenixNAP, se especializa en analizar temas complejos sobre la economía digital, el comercio electrónico y las tecnologías de la información.