[Day146] BlockChain - SHA256이란 무엇인가?

블록체인 기술에서 SHA256은 핵심적인 역할을 한다. SHA256은 'Secure Hash Algorithm 256-bit'의 약자로, 디지털 데이터를 고유한 고정 길이의 문자열로 변환하는 해시 함수이다. 이 알고리즘은 블록체인의 보안과 무결성을 유지하는 데 중요하며, 비트코인과 같은 많은 암호화폐에서 사용된다.

SHA256의 기본 개념

해시 함수는 어떠한 길이의 입력값(예: 텍스트, 파일 등)을 받아 고정된 길이의 고유한 문자열로 변환한다. SHA256은 입력값에 대해 256비트(32바이트) 길이의 해시 값을 생성한다. 이 해시 값은 입력값에 대한 '지문'과 같은 역할을 하며, 해시는 다음과 같은 특징을 가진다:

1. 결정적(Deterministic): 동일한 입력값에 대해서 항상 같은 해시 값을 반환한다.
2. 고유성(Unique): 서로 다른 두 입력값은 서로 다른 해시 값을 생성한다. 이것은 '충돌 방지'라고 알려져 있다.
3. 빠른 계산 속도(Fast Computation): 해시 값을 계산하는 과정이 빠르다.
4. 변경 불가능성(Immutable): 입력값의 아주 작은 변경도 해시 값에 큰 변화를 일으킨다.
5. 역추적 불가능성(Non-invertible): 해시 값을 통해 원래의 입력값을 알아내는 것이 사실상 불가능하다.

블록체인에서의 SHA256 활용

블록체인에서 SHA256은 주로 두 가지 목적으로 사용된다:

1. 블록 생성: 블록체인의 각 블록에는 거래 데이터와 함께 이전 블록의 해시 값이 포함된다. 새로운 블록이 생성될 때마다, 포함된 모든 데이터는 SHA256 해시 함수를 통해 하나의 해시 값으로 압축된다. 이 해시 값은 다음 블록에 포함되어 연결된 블록 체인을 형성한다.
2. 작업 증명(Proof of Work): 비트코인 같은 암호화폐에서는 새로운 블록을 생성하기 위해 '작업 증명'이라는 과정이 필요하다. 이 과정에서 마이너들은 특정 조건을 만족하는 해시 값을 찾기 위해 SHA256을 사용한다. 이는 많은 컴퓨팅 자원을 요구하며, 적절한 해시 값을 찾는 것은 어렵지만 검증은 쉽다.

SHA256 해시의 예시

이제 SHA256 해시 함수가 어떻게 작동하는지 간단한 예시를 통해 살펴보자. 예를 들어, 'Hello, world!'라는 문장을 SHA256 해시 함수에 입력하면, 고유한 256비트의 해시 값이 생성된다. 이 해시 값은 항상 동일하며, 입력값의 아주 작은 변화(예: 'Hello, world.'로 마침표 추가)도 완전히 다른 해시 값을 생성한다.

이러한 특성은 블록체인에서 데이터의 무결성을 보장하는 데 중요하다. 블록체인의 블록에 포함된 데이터가 변경되면 해당 블록의 해시 값도 바뀌고, 이는 연결된 모든 후속 블록의 해

시 값에 영향을 미친다. 결과적으로, 블록체인의 데이터를 변경하려면 네트워크의 대다수 참여자들이 이 변경을 인정해야 하며, 이는 매우 어렵다.

SHA256의 안정성은?

SHA256은 현재까지 암호학적으로 안전하다고 여겨진다. 이는 두 가지 주요한 요소 때문이다:

1. 충돌 방지: 같은 해시 값을 가진 두 개의 서로 다른 입력값을 찾는 것이 매우 어렵다.
2. 역추적 불가능: 해시 값으로부터 원래의 입력값을 찾는 것이 사실상 불가능하다. (이것이 중요!)

이러한 특성은 블록체인의 보안에 결정적인 역할을 한다.

SHA256 알고리즘의 작동 원리

SHA256 알고리즘은 복잡한 수학적 과정을 거쳐 입력값을 해시 값으로 변환한다. 이 과정은 여러 단계로 이루어지며, 각 단계는 입력 데이터를 여러 비트 연산을 통해 변환한다. 이러한 과정을 통해, 원본 데이터와는 전혀 다른 보이는 고유한 해시 값이 생성된다.

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SHA256 알고리즘의 구체적 작동 방식

SHA256 알고리즘의 작동 방식을 이해하려면, 먼저 이 알고리즘이 데이터를 어떻게 처리하는지 살펴볼 필요가 있다. SHA256은 복잡한 수학적 및 비트 연산 과정을 통해 입력 데이터를 처리한다. 이 과정은 크게 다음과 같은 단계로 나눌 수 있다:

1. 패딩(Preprocessing): 입력 데이터는 512비트 블록으로 나누어진다. 데이터가 512비트의 정수 배수가 되도록 패딩이 추가된다. 이 패딩에는 원래 데이터의 길이도 포함된다.
2. 초기 해시 값 설정(Initialize Hash Values): 알고리즘은 초기 해시 값을 설정한다. 이것은 8개의 32비트 워드로 구성된다.
3. 메시지 스케줄(Message Schedule): 각 512비트 블록은 64개의 32비트 워드로 확장된다. 이 과정에서 데이터는 여러 비트 연산을 거친다.
4. 압축(Compression): 확장된 메시지 스케줄은 초기 해시 값과 결합되어 압축된다. 이 과정은 복잡한 비트 연산과 상수 추가를 포함한다.
5. 결과 생성(Final Hash Value): 모든 블록이 처리되면, 결과적으로 생성된 8개의 32비트 워드가 연결되어 최종 256비트 해시 값을 형성한다.

이러한 단계를 거치며, 입력 데이터는 완전히 변형되어 예측할 수 없는 고유한 해시 값으로 변환된다.

SHA256의 코드 예시!

JavaScript를 사용하여 SHA256 해시 함수의 기본 작동 원리를 보여주는 간단한 예시를 살펴보자. Node.js 환경에서 crypto 모듈을 사용하여 SHA256 해시를 생성할 수 있다.

const crypto = require('crypto');

function generateSHA256Hash(input) {
    const hash = crypto.createHash('sha256');
    hash.update(input);
    return hash.digest('hex');
}

const input = "Hello, world!";
const hashValue = generateSHA256Hash(input);

console.log(`Input: ${input}`);
console.log(`SHA256 Hash: ${hashValue}`);

이 코드는 다음과 같이 작동한다:

1. Node.js의 crypto 모듈을 불러온다.
2. generateSHA256Hash 함수는 입력 문자열을 받아 SHA256 해시 값을 계산한다.
3. crypto.createHash('sha256')은 SHA256 해시 함수를 생성한다.
4. hash.update(input)은 주어진 입력 데이터로 해시를 갱신한다.
5. hash.digest('hex')은 최종 해시 값을 16진수 문자열로 반환한다.
6. 이 함수를 사용하여 "Hello, world!"의 SHA256 해시 값을 계산하고 출력한다.

이 예시는 SHA256 해시 함수가 입력 데이터를 어떻게 고유한 문자열로 변환하는지 보여준다. 각 입력에 대해 생성된 해시 값은 항상 동일하며, 입력의 아주 작은 변화도 완전히 다른 해시 값을 생성한다.