币图细说—区块链中的密码学

Posted 2021-07-07 币图网

密码学是一门很深奥的学问，密码学促进了现代计算机的发展，在区块链领域所涉及到的密码学知识主要是哈希算法和数字签名，现在我们来看看哈希算法。

 

1.什么是哈希算法？

 

加密算法是指对数据进行一定的加密处理，让自己人可以识别，而别人无法识别的一种算法，哈希算法是常用的加密算法之一。简单说哈希算法就是对于任意一个数据（计算机领域叫字符串），通过哈希算法都可以产生一个256位的加密结果，并且在目前能力范围内无法找到与之重复的结果。我在网上随便找了一个哈希（Hash）算法工具如下所示：

 

哈希算法测试网址

 

重点是 任何输入数据都可以输出一个不一样的输出结果。哈希算法包含多种计算方式，常见的有MD5和SHA-256，在历史实践中发现MD5存在重复，在加密场景中已经逐渐被淘汰。我们熟悉的比特币（Bitcoin）使用的便是SHA-256算法（安全哈希算法），而莱特币（Litcoin）使用的则是scrypt算法，你只要记住这里不一样就行了。

 

进阶：

 

对于哈希算法来说，一般要求有两个特性：

 

1.碰撞阻力：无法找到两个输入值，可以使得哈希算法之后的结果相同。

 

2.隐蔽：就算你知道了输出结果，你也无法找到输入值

 

 

 

2.哈希算法在区块链中的应用

 

我在开篇中介绍过区块链和链表结构的关系和区别，其实区块链中应用的链表结构叫哈希指针（索引），哈希索引就是指在区块头中存储了上个区块的位置，最重要的是还存储了上个区块数据的哈希加密结果。哈希加密结果具有碰撞阻力（不重复性），所以我们一直听到的区块链具有无法篡改的特性便来自这里。一旦区块的数据被人为篡改，那么下一个区块上面存储的哈希加密结果便无法对应，整个链表便无法连续。

 

下面做了一张图做一个简要说明：

 

 

 

当然，区块链头部数据用于输入的值还包含一些其他东西，比如时间等，上图为了方便解释，不再加入。

 

最后再解释两个名词：

 

创世区块：在哈希指针结构中的第一个区块。

 

二叉树（梅克尔树）：一个区块对应两个子区块，这两个子区块都有上一个区块的哈希信息。

 

以上便是区块链中应用的哈希算法介绍，下一篇将介绍数字签名。这两者组成了区块链的加密系统。

如果要求哈希算法达到密码学安全的话，我们还要求它具备以下三个附加特性：

1. 碰撞阻力：

是指对于两个不同的输入，必须产生两个不同的输出。如果对于两个不同的输入产生了相同的输出，那么就说明不具备碰撞阻力，或是弱碰撞阻力。

2. 隐秘性：

也被称为不可逆性，是指 y = HASH（x）中，通过输入值x，可以计算出输出值y，但是无法通过y值去反推计算出x值。为了保证不可逆，就得让x的取值来自一个非常广泛的集合，使之很难通过计算反推出x值。

3. 谜题友好：

这个特性可以理解为，谜题是公平友好的，例如算法中 y = HASH（x），如果已知y值，想去得到x值，那就必须暴力枚举，不断的尝试才能做到，并且没有比这更好的办法，没有捷径。

 

哈希算法有很多，比特币主要使用的哈希算法是 SHA-256 算法。

 

除此之外，还有其他一些哈希算法也很流行，例如 MD5、SHA-1、SHA-2（SHA-224、SHA-256、SHA-384、SHA-512）、SHA-3 等，其中 MD5、SHA-1 已被证明了不具备 强碰撞阻力，安全性不够高，因此市场上不再推荐使用。

区块链中有一个很关键的点就是账户问题，但比特币中是没有账户概念的，那大家是怎么进行转账交易的呢？

这里就得先介绍区块链中的非对称加密技术了。