SHA-256: Die Hash-Funktion hinter Bitcoin

SHA-256 (Secure Hash Algorithm 256-bit) ist eine kryptografische Hash-Funktion aus der SHA-2-Familie, die eine Eingabe beliebiger praktischer Länge in eine feste 256-Bit-Ausgabe (32 Byte) umwandelt, die als Hash oder Digest bezeichnet wird. SHA-256 ist keine Verschlüsselung, da es weder einen Schlüssel verwendet noch einen Entschlüsselungsschritt kennt. Bitcoins Proof of Work (der Prozess, bei dem Miner einen Block-Header wiederholt hashen) sowie seine Transaktionsaufzeichnungen basieren auf SHA-256.

Was macht der SHA-256-Algorithmus mit einer Eingabe?

Eine Hash-Funktion wie SHA-256 funktioniert wie eine Fingerabdruck-Maschine. Dieselbe Eingabe ergibt immer denselben Fingerabdruck fester Größe, und eine andere Eingabe ergibt in der Praxis einen anderen Fingerabdruck, der keinen erkennbaren Bezug zum ersten hat. Das NIST, das US-amerikanische National Institute of Standards and Technology, beschreibt eine Hash-Funktion als eine Funktion, die eine Nachricht beliebiger Länge auf einen Digest fester Länge abbildet.

Stand Oktober 2026 ist SHA-256 eine von sechs zugelassenen Funktionen der SHA-2-Familie. Das NIST hat sie seit 2002 in seinem Secure Hash Standard festgelegt, und die aktuelle Version dieses Standards ist FIPS 180-4. Die 256 im Namen bezeichnet die Länge der Ausgabe in Bit – nicht eine Schlüssellänge und keine Begrenzung der Eingabe. Der Algorithmus akzeptiert Eingaben bis knapp unter 2 hoch 64 Bit, weit mehr als jede reale Datei.

Die Ausgabe von SHA-256 ist 256 Bit bzw. 32 Byte groß und wird üblicherweise als 64 Hexadezimalzeichen geschrieben. Hexadezimal ist eine Darstellung zur Basis 16, die die Ziffern 0–9 und die Buchstaben a–f verwendet, wobei jedes Zeichen für 4 Bit steht, sodass 256 Bit 64 Zeichen ergeben.

Der Name wird auch als SHA256 oder SHA 256 geschrieben – alle drei Schreibweisen bezeichnen dieselbe Funktion. Dieser Beitrag behandelt ausschließlich SHA-256; Hash-Funktionen im Allgemeinen werden im Glossareintrag zu kryptografischen Hashes behandelt.

Wie sieht ein SHA-256-Hash aus?

Ein SHA-256-Hash sieht aus wie eine zufällige Zeichenfolge aus 64 Hexadezimalzeichen. Die Tabelle zeigt den SHA-256-Hash des dreistelligen Textes „abc“ (der Digest stimmt mit dem Testwert überein, den das NIST für diese Eingabe veröffentlicht) sowie von „abd“ (einer Eingabe, die sich von „abc“ durch ein Zeichen unterscheidet).

Eingabe	SHA-256-Hash (64 Hexadezimalzeichen)
abc	ba7816bf8f01cfea414140de5dae2223b00361a396177a9cb410ff61f20015ad
abd	a52d159f262b2c6ddb724a61840befc36eb30c88877a4030b65cbe86298449c9

Bei SHA-256 verändert das Ändern des letzten Buchstabens von „abc“ zu „abd“ 58 der 64 Hexadezimalzeichen, und nichts im zweiten Hash deutet darauf hin, dass die beiden Eingaben fast identisch waren.

Welche Eigenschaften machen SHA-256 nützlich?

Deterministisch. SHA-256 erzeugt für dieselbe Eingabe auf jedem Computer immer denselben Hash. Jeder kann einen Hash neu berechnen und das Ergebnis mit einem veröffentlichten Wert vergleichen.

Feste Länge. SHA-256 liefert stets 256 Bit zurück, egal ob die Eingabe ein einzelner Buchstabe oder ein ganzes Buch ist. Ein 64-stelliger Hash hat daher immer dieselbe Größe, unabhängig davon, welche Daten dahinterstehen.

Einweg-Funktion. SHA-256 ist als Einweg-Funktion konzipiert, was bedeutet, dass es rechnerisch nicht machbar ist, eine Eingabe zu finden, die auf eine vorgegebene Ausgabe abgebildet wird. Stand Oktober 2026 ist kein praktischer Angriff auf die vollständige SHA-256-Funktion bekannt, sodass in der Praxis eine Eingabe für einen gegebenen Hash nur durch systematisches Ausprobieren und den Vergleich jedes Ergebnisses gefunden werden kann. Deshalb bleibt eine schwache Eingabe auch nach dem Hashen gefährdet.

Lawineneffekt. SHA-256 zeigt einen Lawineneffekt: Eine winzige Änderung der Eingabe erzeugt einen Hash, der keinen erkennbaren Bezug zum Original hat. Das Ändern von „abc“ zu „abd“ verändert 122 der 256 Ausgabe-Bits.

Kollisionsresistenz. SHA-256 ist auf Kollisionsresistenz ausgelegt. Eine Kollision ist ein Paar unterschiedlicher Eingaben, die denselben Hash erzeugen, und eine Hash-Funktion gilt als kollisionsresistent, wenn es rechnerisch nicht machbar ist, ein solches Paar zu finden. Kollisionen müssen mathematisch existieren, da es mehr mögliche Eingaben als mögliche Ausgaben gibt. SHA-256 hat 2 hoch 256 mögliche Ausgaben, eine Zahl mit 78 Stellen, und Stand Oktober 2026 ist keine Kollision für die vollständige Funktion bekannt.

Wo verwendet Bitcoin SHA-256?

SHA-256 ist die Hash-Funktion von Bitcoin an mehreren Stellen, und Bitcoin wendet sie meist zweimal an. Dies wird als doppeltes SHA-256 bezeichnet, auch geschrieben als SHA-256d: Die Ausgabe des ersten Durchgangs wird ein zweites Mal gehasht, wobei die endgültige Ausgabe weiterhin 256 Bit und nicht 512 Bit umfasst.

Proof of Work ist der Mechanismus, bei dem Bitcoin-Miner wiederholt den 80-Byte-Block-Header hashen, die Zusammenfassung eines Blocks mit sechs Feldern: Version, Hash des vorherigen Blocks, Merkle-Root, Zeit, nBits und Nonce. Ein Header ist gültig, wenn sein doppelter SHA-256-Hash, als 256-Bit-Zahl gelesen, gleich oder kleiner als der Zielwert (Target) ist.

Beim Proof of Work von Bitcoin ist das Target die Schwelle, die ein Block-Hash nicht überschreiten darf, und nBits ist das Target in kompakter Form. Da der Hash gleich oder unter dem Target liegen muss, ist ein niedrigeres Target schwerer zu erreichen. Die Nonce ist ein 4-Byte-Feld, das Miner bei jedem Versuch ändern, bevor sie den Header erneut hashen.

Ein Merkle-Baum fasst alle Transaktionen eines Blocks zusammen. Bitcoin hasht Transaktions-IDs paarweise, hasht die Ergebnisse erneut paarweise und wiederholt dies, bis ein einziger Hash – die Merkle-Root – übrig bleibt. Das Ändern einer beliebigen Transaktion verändert die Merkle-Root, und da sich die Root im Header befindet, ändert sich dadurch auch der Hash des Blocks.

Eine Transaktions-ID ist der doppelte SHA-256-Hash der serialisierten Transaktion, also von Version, Inputs, Outputs und Locktime. Eine SegWit-Transaktion (Segregated Witness) enthält zusätzlich Witness-Daten – den Teil, der Elemente wie die Signatur und den öffentlichen Schlüssel enthält –, und ihre Transaktions-ID lässt diesen Teil aus.

Eine Single-Key-Adresse ist eine Adresse, die aus einem einzigen öffentlichen Schlüssel gebildet wird. Bei Legacy- und SegWit-Single-Key-Adressen hasht Bitcoin den öffentlichen Schlüssel zunächst mit SHA-256 und anschließend mit RIPEMD-160, einer zweiten Hash-Funktion mit einer 160-Bit-Ausgabe (20 Byte). Andere Adresstypen werden anders gebildet und sind hier nicht Gegenstand.

Vier Stellen, an denen Bitcoin SHA-256 verwendet, sind in dieser Tabelle zusammengefasst.

Bitcoin-Struktur	Was gehasht wird	Wie SHA-256 verwendet wird
Block-Header	Der 80-Byte-Header	Doppeltes SHA-256; das Ergebnis muss gleich oder unter dem Target liegen
Merkle-Baum	Paare von Transaktions-IDs	Doppeltes SHA-256 auf jeder Ebene, bis zu einer im Header gespeicherten Merkle-Root
Transaktions-ID	Die serialisierte Transaktion, ohne Witness-Daten	Doppeltes SHA-256
Adresse (Legacy und SegWit Single-Key)	Der öffentliche Schlüssel	SHA-256, dann RIPEMD-160

Die Hashrate des Bitcoin-Netzwerks, also die Anzahl der Hashes, die es pro Sekunde berechnet, wurde Stand Oktober 2026 auf mehr als 1.000 Exahashes pro Sekunde (EH/s) geschätzt. Ein Exahash entspricht einer Trillion, also 10 hoch 18, Hashes. Verschiedene Anbieter melden leicht unterschiedliche Werte, und die Zahl ändert sich von Tag zu Tag.

Warum sind Bitcoin-Mining-ASICs für SHA-256 gebaut?

SHA-256 ist der Bitcoin-Mining-Algorithmus: Die Berechnung, die Miner wiederholt durchführen, ist das Hashen von Block-Headern. Ein anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis (ASIC) ist ein Chip, der für einen bestimmten Einsatzzweck statt für allgemeine Rechenaufgaben gebaut ist. Ein Bitcoin-Mining-ASIC ist daher so konzipiert, dass er SHA-256-Hashes berechnet, und solche Chips können in der Regel für nichts anderes als Bitcoin-Mining verwendet werden.

Ein Bitcoin-Mining-ASIC ist an den SHA-256-Algorithmus gebunden, nicht an eine bestimmte Coin, da das Datenblatt eines einzelnen Geräts mehrere Coins auflisten kann, die denselben Algorithmus verwenden. Andere Proof-of-Work-Coins nutzen andere Hash-Funktionen, etwa Scrypt, und benötigen daher andere Hardware.

Die Geschwindigkeit eines Bitcoin-Mining-ASICs ist seine Hashrate, gemessen in Terahashes pro Sekunde (TH/s), wobei ein Terahash einer Billion Hashes entspricht. Ein Beispiel: Der Antminer S21 XP von Bitmain ist ein Bitcoin-Mining-ASIC, der SHA-256 als Algorithmus ausweist und Stand Oktober 2026 eine typische Hashrate von 270 TH/s erreicht.

Was leistet SHA-256 nicht?

SHA-256 ist keine Verschlüsselung. Verschlüsselung wandelt Klartext mithilfe eines kryptografischen Algorithmus und eines Schlüssels in Chiffretext um, und Entschlüsselung kehrt diesen Vorgang um. SHA-256 benötigt keinen Schlüssel und kennt keinen Entschlüsselungsschritt, weshalb eine Formulierung wie „SHA-256-Verschlüsselung“ irreführend ist und ein SHA-256-Hash nicht „entschlüsselt“ werden kann.

Ein SHA-256-Hash schützt keine schwache Eingabe. Ein Hash lässt sich nicht rückwärts berechnen, aber jeder kann Vermutungen hashen und mit dem Ziel-Hash vergleichen. Die NIST-Richtlinien zu Passwörtern besagen, dass ein Angreifer, der im Besitz gehashter Passwörter ist, offline ohne Begrenzung der Versuche raten kann und dass kurze oder vorhersehbare Geheimnisse – etwa gängige Wörter oder bereits geleakte Passwörter – Brute-Force- und Wörterbuchangriffen zum Opfer fallen. Eine vierstellige PIN hat nur 10.000 mögliche Werte, sodass ihr SHA-256-Hash keinen praktischen Schutz bietet.

SHA-256 bietet keinen Nachweis dauerhafter Sicherheit. Stand Oktober 2026 ist kein praktischer Angriff auf die vollständige SHA-256-Funktion bekannt, doch das beschreibt den aktuellen Kenntnisstand, nicht einen Beweis. Veröffentlichte Kollisionsangriffe erreichen bislang nur reduzierte Versionen von SHA-256: Ein Forschungspapier aus dem Jahr 2024 berichtete über eine Semi-Free-Start-Kollision, bei der der Angreifer den Startzustand wählen darf, für eine 39-Schritte-Version, während die vollständige Funktion 64 Schritte umfasst.