CryptoHashfunktionen

Eine CryptoHashfunktion ist eine kryptografische Hashfunktion, die eine Eingabe beliebiger Länge in eine feste Ausgabelänge abbildet. Sie ist deterministisch, schnell zu berechnen und so konzipiert, dass sie aus dem Hashwert möglichst wenig Rückschlüsse auf den ursprünglichen Input zulässt. Die Ausgabewerte, auch Digest genannt, dienen als kompaktes Abbild der Daten und ermöglichen Integritätsprüfungen, Vergleiche und Verifikationen, ohne den Inhalt vollständig offenzulegen.

Zu den zentralen Sicherheitsanforderungen gehören Preimage-Resistenz (aus einem gegebene Hash soll der ursprüngliche Input schwer zu rekonstruieren sein), Second-Preimage-Resistenz (es soll schwierig sein, einen anderen Input mit demselben Hash zu finden) sowie Kollisionsresistenz (es soll schwer sein, zwei verschiedene Eingaben mit demselben Hash zu erzeugen). Zusätzlich spielt die Eigenschaft der Unumkehrbarkeit eine Rolle. Bestimmte Konstruktionen, wie Vorgänge mit dem Merkle-Damgård-Design, sind anfällig für Length-Extension-Angriffe; daher werden oft HMAC oder abgeleitete Strukturen verwendet, um Authentizität sicherzustellen.

Zu den bekanntesten Algorithmen gehören MD5 und SHA-1, die aufgrund nachgewiesener Kollisionsanfälligkeiten als veraltet gelten. Die SHA-2-Familie (z. B. SHA-256, SHA-512) wird weit verbreitet eingesetzt, während SHA-3 (Keccak-basiert) als Alternative mit anderer Interna existiert. Moderne Varianten wie BLAKE2 bieten hohe Leistung bei vergleichbarer Sicherheit. Die Wahl der Ausgabelänge (z. B. 256 oder 512 Bit) beeinflusst Sicherheit und Effizienz; längere Ausgaben bieten stärkeren Schutz gegen Kollisionen.

Anwendungsbereiche umfassen Dateiintegrität, digitale Signaturen, Software- und Paketverteilung, Passwortspeicherung (in Kombination mit Salzen und zusätzlichen Hash-Verfahren wie Argon2, bcrypt oder scrypt) sowie Bausteine in Blockchains und verteilten Systemen. Für Authentizität werden Hashfunktionen außerdem in MACs wie HMAC eingesetzt. Internationale Normen und Standards werden von Organisationen wie ISO/IEC und NIST koordiniert; FIPS 180-4 deckt SHA-1 und SHA-2, während SHA-3 durch FIPS 202 standardisiert ist.