# 해시 함수

## 개요
해시 함수(Hash Function)는 임의 길이의 입력 데이터를 고정 길이의 출력 값으로 변환하는 수학적 함수입니다. 블록체인 기술에서 해시 함수는 데이터 무결성 보장, 트랜잭션 검증, 블록 연결 등 핵심적인 역할을 수행하며, 암호화 기술의 기반 요소로 작용합니다. 본 문서에서는 해시 함수의 정의, 특성, 블록체인에서의 활용 사례 및 보안 고려사항을 다룹니다.

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## 해시 함수의 정의와 특성

### 1. 기본 개념
해시 함수는 입력 데이터에 대해 **유일하고 예측 불가능한 고정 길이의 해시 값**(Hash Value)을 생성합니다. 예를 들어, SHA-256 알고리즘은 입력의 길이와 관계없이 256비트(32바이트)의 해시 값을 반환합니다.

```python
# 예시: Python의 hashlib를 사용한 SHA-256 해시 생성
import hashlib
hash_value = hashlib.sha256(b"Hello, World!").hexdigest()
print(hash_value)  # 185f8db32271... (256비트 16진수 문자열)
```

### 2. 핵심 특성
해시 함수는 다음 네 가지 필수 조건을 충족해야 합니다:

| 특성 | 설명 |
|------|------|
| **결정성(Determinism)** | 동일한 입력에 대해 항상 동일한 해시 값이 생성됩니다. |
| **단방향성(Pre-image Resistance)** | 해시 값으로부터 원본 입력을 유추할 수 없습니다. |
| **충돌 저항성(Collision Resistance)** | 서로 다른 두 입력이 동일한 해시 값을 생성하는 경우가 극히 낮아야 합니다. |
| **설트 효과(Avalanche Effect)** | 입력 데이터의 미세한 변화가 해시 값의 약 50% 비트를 변화시킵니다. |

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## 블록체인에서의 해시 함수 활용

### 1. 블록 연결 구조
블록체인은 해시 값을 통해 블록 간 연결성을 보장합니다:
- 각 블록은 **이전 블록의 해시 값**을 포함하여 체인 구조를 형성합니다.
- 데이터 변경 시 해시 값이 변하기 때문에 위변조를 방지할 수 있습니다.

```mermaid
graph TD
A[블록 1: 해시 H1] --> B[블록 2: H1 포함 + 데이터]
B --> C[블록 3: H2 포함 + 데이터]
```

### 2. 머클 트리(Merkle Tree)
트랜잭션 데이터의 효율적 검증을 위해 해시 트리 구조를 사용합니다:
- 개별 트랜잭션의 해시 값을 결합하여 최종 루트 해시(Root Hash)를 생성합니다.
- 블록 헤더에 루트 해시만 저장되어도 데이터 무결성이 보장됩니다.

### 3. 주소 생성
비트코인과 이더리움은 해시 함수를 통해 암호화 주소를 생성합니다:
- 비트코인: SHA-256 + RIPEMD-160 조합
- 이더리움: Keccak-256(ETHASH 알고리즘) 사용

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## 보안 고려사항

### 1. 충돌 공격(Collision Attack)
SHA-1과 같은 약화된 알고리즘은 충돌 공격에 취약합니다:
- 2017년 Google이 SHA-1 충돌 사례를 공개([SHAttered 공격](https://shattered.io/))
- 블록체인에서는 SHA-256 또는 SHA-3와 같은 강력한 알고리즘 사용 권장

### 2. 컴퓨팅 파워 증가
양자 컴퓨터의 발전으로 기존 해시 함수가 위협받을 수 있습니다:
- NIST가 양자 저항성 해시 함수 표준화 진행 중([NIST Post-Quantum Cryptography](https://csrc.nist.gov/projects/post-quantum-cryptography))

### 3. 솔트(Salt)와 키 파생
비밀번호 저장 시 단순 해시보다 **솔트 추가** 및 **PBKDF2** 같은 키 파생 함수 사용 필요:
```python
from hashlib import pbkdf2_hmac
salt = b'my_salt_123'
key = pbkdf2_hmac('sha256', b'password', salt, 100000)
```

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## 주요 해시 알고리즘 비교

| 알고리즘 | 출력 길이 | 보안 수준 | 블록체인 활용 사례 |
|----------|----------|------------|---------------------|
| SHA-256 | 256비트 | 매우 높음 | 비트코인, 이더리움(헤더) |
| Keccak-256 | 256비트 | 높음 | 이더리움(Ethash) |
| SHA-1 | 160비트 | 취약 | 구형 시스템(사용 중단 권장) |
| SHA-3 | 가변 | 매우 높음 | 향후 양자 저항성 시스템 |

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 결론
해시 함수는 블록체인 기술의 기반 요소로, 데이터 무결성, 효율적 검증, 보안 강화에 핵심적인 역할을 합니다. 알고리즘 선택 시 충돌 저항성, 계산 효율성, 향후 보안 위협을 종합적으로 고려해야 합니다. 블록체인 개발자는 최신 암호화 표준(NIST 권고)을 준수하며, 양자 컴퓨팅 시대에 대비한 기술적 대응 방안을 모색해야 할 것입니다.

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## 참고 자료
1. [NIST Hash Function Standards](https://csrc.nist.gov/projects/hash-functions)
2. [Wikipedia: Cryptographic hash function](https://en.wikipedia.org/wiki/Cryptographic_hash_function)
3. [Keccak Team: SHA-3 Reference](https://keccak.team/keccak.html)