SHA-256

SHA-256 wurde von der US-amerikanischen National Security Agency entwickelt und 2001 von NIST als Teil der SHA-2-Familie von Hashfunktionen veröffentlicht, heute standardisiert in FIPS 180-4. Ob man ein einzelnes Zeichen oder eine mehrere Gigabyte große Datei eingibt, das Ergebnis ist immer ein 256-Bit-Fingerabdruck, und die Änderung auch nur eines einzigen Bits in der Eingabe verändert die Ausgabe vollständig. Dieses Verhalten wird als Lawineneffekt bezeichnet.

Intern füllt der Algorithmus die Nachricht auf ein Vielfaches von 512 Bit auf, teilt sie in Blöcke und verarbeitet jeden Block in 64 Runden aus bitweiser Logik, modularer Addition und Rotation mithilfe fester Rundenkonstanten. Der Prozess ist deterministisch und einseitig: Es gibt keine bekannte Methode, um aus dem Hash die ursprüngliche Eingabe zu rekonstruieren, außer durch bloßes Ausprobieren, was angesichts der Größe des Ausgaberaums rechnerisch nicht praktikabel ist.

Bei Bitcoin bildet SHA-256 die Grundlage für nahezu alles. Miner hashen wiederholt einen Kandidaten-Block-Header zusammen mit einer sich ändernden Nonce, wobei die Funktion zweimal angewendet wird, bis das Ergebnis unter das Difficulty-Ziel des Netzwerks fällt. Dieses Wettrennen verbraucht mittlerweile über 800 Exahashes pro Sekunde im gesamten globalen Netzwerk. Derselbe Algorithmus baut den Merkle Tree, der die Transaktionen eines Blocks zusammenfasst, und er fließt zusammen mit RIPEMD-160 in die Adressgenerierung für Bitcoin-Wallets ein.

Über das Mining hinaus sichert SHA-256 auch TLS-Zertifikate, Code-Signing, digitale Signaturen und Dateiintegritätsprüfungen im gesamten Internet, nicht nur im Kryptobereich. Die Dominanz des Algorithmus beim Bitcoin-Mining hat außerdem eigens dafür gebaute ASIC-Chips hervorgebracht, die sich nicht für andere Hashfunktionen umnutzen lassen. Jahrzehntelange Kryptoanalyse hat keine praktisch ausnutzbare Schwachstelle gefunden, und SHA-256 gilt weiterhin als sicher gegenüber klassischen und aktuell absehbaren Quantenangriffen.