Cos’è lo SHA-256, l’algoritmo che protegge Bitcoin

SHA-256 è una delle funzioni di hashing più conosciute e utilizzate al mondo. Il suo nome significa in realtà Secure Hash Algorithm 256-bit e fa parte della famiglia di algoritmi SHA-2 sviluppata dalla National Security Agency (NSA) nel 2001 come evoluzione del precedente SHA-1.

Il suo scopo? Prendere in ingresso una qualsiasi quantità di dati (un testo, un file o una stringa binaria chi sia) e restituire un’impronta digitale univoca di 256 bit, cioè 64 caratteri esadecimali. E' questa “impronta” che viene chiamata hash.

L’hash SHA-256 è deterministico (lo stesso input produce sempre lo stesso output), irreversibile (non si può risalire al dato originale) e sensibile (una minima variazione dell’input cambia completamente l’output). Queste caratteristiche lo rendono perfetto per applicazioni che richiedono integrità e sicurezza, come le firme digitali o le blockchain.

In questo articolo andremo a definire cos'è lo SHA-256, e parleremo anche delle sue applicazioni pratiche, dei suoi vantaggi rispetto ad altre funzioni hash e delle sue possibili ripercussioni sul futuro della crittografia.

Cos'è SHA256?

Prima di definire cos'è SHA-256, definiamo cos'è una funzione hash: una funzione hash è un algoritmo matematico che trasforma qualsiasi blocco arbitrario di dati in una stringa di caratteri di lunghezza fissa, chiamata hash; l'algoritmo assicura che, indipendentemente dalla lunghezza dei dati di input, il valore hash di output sarà sempre della stessa lunghezza.

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Oggi non approfondiremo nel valore Hash, ma potete capire meglio le sue funzioni e vantaggi negli investimenti nell'articcolo: cos’è la funzione hash e come agisce nella blockchain?

Come avrai già immaginato, effettivamente SHA-256 è una funzione hash. Questo è ampiamente utilizzato per la sicurezza crittografica in generale; per non andare più lontano, è l'algoritmo di Bitcoin stesso, per questo è conosciuto anche come SHA256 algorithm. SHA-256 è l'abbreviazione di Secure Hash Algorithm 256-bit.

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Come funziona lo SHA-256 (spiegazione passo-passo)

L’algoritmo SHA-256 può sembrare complesso, ma il suo funzionamento si può riassumere anche in pochi passaggi principali.

Innanzitutto, il primo pail messaggio da codificare viene convertito in formato binario. Viene poi aggiunto del padding, cioè dei bit supplementari, per portare la lunghezza del messaggio a un multiplo di 512 bit. Questo serve a far sì che l’algoritmo possa lavorare su blocchi di dimensione costante.

Ogni blocco passa attraverso una serie di operazioni logiche e matematiche, cioè spostamenti di bit, somme modulari, e combinazioni con costanti predefinite. Alla fine di ogni ciclo, il risultato parziale viene mescolato con quello del blocco precedente, generando un effetto a cascata che rende ogni cambiamento nell’input imprevedibile nel risultato finale.

Al termine dell’elaborazione di tutti i blocchi, SHA-256 finalmente produce un output di 256 bit che rappresenta l’hash finale.

Anche se può sembrare solo una sequenza casuale di numeri e lettere, quell’hash è in realtà la firma digitale del contenuto, unica e praticamente impossibile da duplicare.

Caratteristiche dello SHA-256

Ora ti riassumo a modo di ritenzione memoriale, le principali caratteristiche dello SHA-256:

• Lunghezza fissa: lo SHA-256 produce sempre un hash di 256 bit.
  • L'output avrà sempre questa lunghezza.
• Irreversibilità: è praticamente impossibile ricreare l'input originale a partire dall'hash generato.
• Unicità: ogni input produce un hash unico.
  • E' altamente improbabile che due input diversi generino lo stesso hash.
• Resistenza alle collisioni: questo significa che lo SHA 256, per sua natura, cerca di evitare che due input diversi producano lo stesso hash.

Input, padding e blocchi

Ogni messaggio, prima di essere processato da SHA-256, viene preparato in modo molto preciso. Si parte dalla rappresentazione binaria dei dati e si aggiunge un bit “1”, seguito da una serie di zeri, fino a raggiungere una lunghezza di 448 bit. Gli ultimi 64 bit del blocco vengono riservati per indicare la lunghezza originale del messaggio.

Questa struttura permette a SHA-256 di lavorare in modo ordinato, dividendo l’input in blocchi da 512 bit. Ogni blocco viene poi elaborato in sequenza e “mischiato” al risultato del blocco precedente. È questo meccanismo a rendere l’algoritmo resistente alle collisioni e alle manipolazioni, Infatti, un solo bit cambiato all’inizio del messaggio si riflette in modo imprevedibile su tutto l’hash finale.

I 64 round e le costanti

La fase principale di SHA-256 si compone di 64 round di calcolo.

In ciascuno, i dati del blocco vengono elaborati con operazioni logiche (come XOR e AND), rotazioni di bit e somme modulari. A ogni round si aggiunge una costante K, un valore fisso definito dallo standard SHA-2, che contribuisce a rendere l’output ancora più imprevedibile.

Durante questi 64 passaggi, l’algoritmo aggiorna otto variabili principali (A, B, C, D, E, F, G e H) che, alla fine, vengono combinate per produrre l’hash finale.

Questo processo poi, viene ripetuto per ogni blocco del messaggio, generando un risultato finale che sembra casuale ma segue regole matematiche precise e sicure.

Capire lo SHA-256 hash all'interno della blockchain

Come abbiamo già discusso, un hash è un valore unico e fisso di dimensione fissa che viene generato da dati di qualsiasi lunghezza utilizzando una funzione matematica. E quello che ci deve interessare capire è che un hash funziona come un "impronta digitale" dei dati originali.

Con SHA-256, e con qualsiasi funzione hash, qualsiasi minima variazione nei dati originali o di input, risulterà sempre in un hash completamente diverso. Questo fatto è ciò che lo rende essenziale per le sue varie applicazioni. Parliamo di crittografia, verifica delle transazioni in criptovalute (come Bitcoin), verifica del software e dei file, sicurezza web, gestione dei dati, ecc.

Applicazioni dell'algoritmo SHA-256

Vediamo ora le principali applicazioni di SHA-256.

Sicurezza nelle criptovalute

L'uso più noto di SHA-256 è nella mining e nella verifica delle transazioni di criptovalute, più specificamente in Bitcoin; SHA-256 è nientemeno che la funzione hash utilizzata dalla prima e più grande criptovaluta del mondo. SHA-256 Garantisce la sicurezza verificando le transazioni e mantenendo l'integrità della blockchain o catena di blocchi di Bitcoin.

Esistono anche altre criptovalute che applicano SHA-256, ma nessuna di esse è un'altra delle grandi note; la più rilevante potrebbe essere Syscoin (SYS), un progetto il cui obiettivo è offrire la sicurezza di Bitcoin e la flessibilità di Ethereum, 2 in 1 nella stessa blockchain.

Verifica dell'integrità dei dati

In applicazioni più generali, SHA-256 viene utilizzato per verificare l'integrità e l'originalità di file e software.

L'applicazione è semplice: dopo aver calcolato l'hash di un file originale, qualsiasi modifica a questo file produrrà un hash diverso, il che allerterà su manipolazioni o corruzioni del file originale, fornendo così SHA-256 un'eccellente garanzia a livello di sicurezza.

Certificati SSL e sicurezza web

Prima di procedere, spieghiamo cosa è un Certificato SSL (Secure Sockets Layer): I certificati SSL sono certificati digitali che verificano l'identità di un sito web, e che permettono una connessione di rete crittografata a tale sito web.

È un po' complesso, ma cerchiamo di spiegarlo in un modo che sia facilmente comprensibile:

• La funzione hash SHA-256 viene utilizzata per generare un riassunto unico e fisso del contenuto del certificato SSL.
• Questo riepilogo, o hash, viene firmato crittograficamente utilizzando la chiave privata dell'emittente del certificato.
• Quando un browser web riceve questo certificato, può utilizzare la chiave pubblica dell'emittente per verificare la firma e l'hash, garantendo così l'autenticità del sito web.
• Inoltre, lo SHA-256 facilita la creazione di un canale di comunicazione sicuro tra l'utente e il server, garantendo che le informazioni scambiate rimangano riservate e protette da possibili tentativi di intercettazione o manipolazione da parte di terzi.

Ma perché SHA-256 è usato in Bitcoin

Bitcoin utilizza SHA-256 principalmente per garantire la sicurezza e l’integrità delle transazioni.

Ogni blocco della blockchain di Bitcoin contiene un hash SHA-256 del blocco precedente, creando in questo modo una catena crittograficamente collegata. Questo significa che se, per caso qualcuno provasse a modificare anche un solo dato in un blocco, l’hash cambierebbe e tutta la catena diventerebbe invalida.

E non solo. SHA-256 è uno dei principali componenti nel processo di mining, dove i miner competono per trovare un hash che soddisfi determinate condizioni (ad esempio un certo numero di zeri iniziali). Tenete presente che questo richiede milioni di tentativi per secondo, il che rende la rete Bitcoin praticamente inmune a gli attacchi o manipolazioni.

SHA-256 non è usato solo in Bitcoin ma anche in molte altre criptovalute e protocolli di sicurezza.

La sua combinazione tra efficienza e robustezza lo ha reso uno degli algoritmi più affidabili per applicazioni decentralizzate e sistemi crittografici.

Chi investe in Bitcoin spesso non si rende conto che la solidità del network deriva proprio da questo meccanismo, perché probabilmente solo si sofferma seguire l’andamento del prezzo di BTC in tempo reale, usando per esempio grafici interattivi. Ma in realtà i medesimi broker la stanno sfruttando a pieno, come nel caso di eToro.

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SHA-256 e mining (proof-of-work)

Se sei interessato nel mining di Bitcoin, devi sapere che SHA-256 è il motore del meccanismo di Proof-of-Work.

Ogni miner deve calcolare un hash del blocco che sia inferiore a un valore target stabilito dalla rete. Poiché l’unico modo per riuscirci è tentare miliardi di combinazioni, la funzione hash serve come “prova” del lavoro svolto.

Questo sistema assicura che la creazione di nuovi blocchi richieda un costo computazionale reale, impedendo che qualcuno possa manipolare la blockchain senza una potenza di calcolo immensa.

Il primo miner che trova un hash valido pubblica il blocco e riceve la ricompensa in Bitcoin: in altre parole, vi stiamo spiegando com'è che nascono nuove monete e a sua volta, si mantiene la sicurezza del sistema.

Se siete molto interessati nel mining, è probabile che ne avete sentito parlare di alcune app o machine per farlo, come il USB Bitcoin miner Asic. Qui potete vedere se funziona o fa per voi.

Come i blocchi vengono collegati tramite hash

Ogni blocco nella blockchain di Bitcoin contiene:

• l’hash del blocco precedente
• le transazioni
• un nonce, cioè un numero usato una sola volta

Quando un blocco viene confermato, il suo hash diventa parte integrante del blocco successivo.

Questa architettura crea una catena crittograficamente sicura. Lo ripetiamo: se un malintenzionato modificasse una singola transazione, l’hash del blocco cambierebbe, e di conseguenza tutti i blocchi successivi diverrebbero invalidi.

In pratica, SHA-256 è la colla invisibile che tiene insieme la blockchain.

Vantaggi di SHA 256 algorithm rispetto ad altri algoritmi di hash

Il principale vantaggio di SHA-256, rispetto a SHA-1 e ad altri algoritmi più vecchi, è la sua maggior resistenza alle collisioni.

Man mano che la capacità computazionale è migliorata, gli algoritmi più vecchi sono diventati più suscettibili agli attacchi di collisione, potendo accadere che due input diversi possono produrre lo stesso hash (questo è noto come collisione), rendendo così inutile la funzione hash.

Tuttavia, SHA-256, grazie alla sua lunghezza di hash più lunga e alla sua struttura migliorata (producendo un hash di 256 bit vs., ad esempio, l'hash di 160 bit di SHA-1), offre una resistenza molto maggiore contro questo tipo di vulnerabilità.

SHA-256 e la sicurezza: collisioni, preimage e irreversibilità

La forza di SHA-256 risiede nella sua capacità di evitare collisioni come abbiamo appena visto (due input diversi che producono lo stesso hash) e di essere resistente alla ricerca inversa (preimage resistance).

Ad oggi non esiste alcun metodo pratico per generare collisioni in SHA-256: ogni hash è, di fatto, un’impronta unica.

Questa irreversibilità è la chiave della sicurezza di Bitcoin.

In questa maniera, chi riceve una transazione non ha bisogno di conoscere la chiave privata dell’altro utente. Basta verificare l’hash della firma digitale per sapere che è autentica.

In più c'è da dire che, poiché SHA-256 genera 2²⁵⁶ combinazioni possibili, la probabilità di indovinare un hash corretto è praticamente nulla. Figuriamoci: servirebbero miliardi di anni anche ai supercomputer più potenti!

SHA-256 vs SHA-1 e altre funzioni hash

SHA-1, predecessore di SHA-256, produce un hash di 160 bit. Nel 2017 è stato ufficialmente considerato insicuro perché Google ha dimostrato la possibilità di generare collisioni.

SHA-256, invece, utilizza un’architettura più complessa e un output più lungo (256 bit), che rende le collisioni matematicamente impossibili con la tecnologia attuale.

Altre funzioni hash note includono SHA-3 (ancora più moderna), MD5 (ormai obsoleta) e BLAKE2. Tuttavia, SHA-256 rimane lo standard di riferimento per sicurezza e compatibilità, soprattutto nel mondo blockchain.

Impatto del quantum computing su SHA-256 e su Bitcoin

Il quantum computing se ne avete sentito parlare, rappresenta una possibile sfida per tutti gli algoritmi crittografici, incluso SHA-256.

In teoria, un computer quantistico abbastanza potente potrebbe ridurre il livello di sicurezza grazie all’algoritmo di Grover, che dimezza la complessità delle ricerche brute-force.

Ma c'è da dire che, anche con questa riduzione, SHA-256 resterebbe estremamente sicuro. Infatti, servirebbero comunque circa 2¹²⁸ operazioni quantistiche, un numero ancora fuori dalla portata delle macchine attuali.

Pertanto, molti esperti ritengono che Bitcoin sia al sicuro almeno per i prossimi decenni, il che aumenta il suo valore dal punto di vista del investimento, come potete osservare negli ultimi 5 anni:

Al riguardo, la comunità open-source e gli sviluppatori di Bitcoin Core stanno già valutando algoritmi “post-quantum” come SHA-3 o lattice-based encryption, pronti per essere implementati in futuro, se necessario.

SHA256 hash nel futuro della crittografia

La sicurezza digitale evolve costantemente. Lo SHA-256, ad oggi, si distingue come un elemento chiave. Gli ingegneri dei dati continuano a lavorare allo sviluppo di metodi di hash più solidi, e all'evoluzione continua della protezione dei dati.

Innovazioni e sviluppi futuri negli algoritmi di hash. Gli sforzi nella R&S della crittografia sono orientati a sviluppare metodi crittografici che non siano sicuri solo contro le minacce attuali, ma che siano anche resistenti ai possibili progressi nella computazione quantistica, ma non c'è motivo di preoccuparci più di tanto, come lo dimostrano i fatti.

È vero, alla computazione quantistica, secondo gli esperti nel campo, mancano ancora anni (forse anche decenni) per essere sufficientemente sviluppata da essere pienamente funzionale (e, con ciò, una minaccia per la crittografia).

Il lavoro è costante e progredisce continuamente per quanto riguarda la crittografia, e su innovazioni come funzioni hash resistenti alla quantistica per garantire la sicurezza dei dati in futuro. Se e quando la computazione quantistica sarà già una realtà a livello pratico, la crittografia potrebbe essere ben preparata.

Potremmo anche affrontare il tema della crittografia quantistica, ma questo argomento (molto interessante) richiederebbe un altro articolo completo.

Lo SHA-256 è stato un pilastro fondamentale nell'evoluzione della sicurezza digitale. In fatti, ha stabilito standard di integrità e autenticazione.

Il suo ruolo va oltre la crittografia delle criptovalute: ha gettato le basi per l'affidabilità nella verifica dei file, l'autenticazione web e la protezione dei dati.

Man mano che la sicurezza digitale progredisce, l'eredità di SHA-256 servirà senza dubbio a ispirare e far parte dell'evoluzione verso metodi ancora più sicuri e adattivi nella protezione delle informazioni online.

Strumenti e verifiche: calcolare un hash SHA-256 (quando usare un decoder/online)

Se vuoi sperimentare, esistono molti strumenti online che permettono di calcolare l’hash SHA-256 di un testo o file.

La prima cosa che deve capire è che un decoder SHA-256 non può realmente “invertire” un hash, perché la funzione è unidirezionale. Quelli che trovi online sono semplici database che confrontano hash noti con input già presenti nei loro archivi.

Usare un generatore di hash può essere utile per comprendere come anche una minima variazione dell’input (ad esempio una sola lettera) produca un risultato completamente diverso.

Per applicazioni sensibili, però, è sempre consigliabile usare strumenti locali o librerie open-source (come OpenSSL o Python hashlib) invece dei servizi online, per evitare di esporre dati riservati.

Conclusione: quando preoccuparsi e cosa monitorare

SHA-256 è, ad oggi, uno degli algoritmi di hashing più sicuri e affidabili, grazie alla grande molle di funzioni che ci sono dietro.

Anche se il quantum computing continuasse avanzara , nessuna vulnerabilità pratica è stata trovata e Bitcoin continua a basarsi su di esso con piena fiducia.

Ciò che conta è monitorare i progressi tecnologici. Per mantenervi al passo nel caso emergano nuovi scenari, la comunità potrà aggiornare gli algoritmi crittografici come già accaduto in passato, e potrete informarvi

SHA-256 pertanto, non è solo una formula matematica, ma una delle colonne portanti della sicurezza digitale moderna e il motivo per cui, ancora oggi, Bitcoin resta inviolato.

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