浅析区块链中的HASH算法

Posted 2021-04-12 平行区块链

区块链技术是一系列技术的结合，建立一种新的技术架构，hash算法是其中尤为重要的一块，这里简单对hash算法做一个说明。如果有理解不当的地方请及时指正。

 

讲hash算法之前先明确一个基础的计算机知识，计算机在底层机器码是采用二进制的模式，所谓二进制简单来说就是底层以0/1来标识，所有数据传输记录都以010101的模式来存储记录，两种状态也可认为就是一个日常生活中的开关，1标识开，0标识关。那么计算机中最小的数据单位也就是这里说的0或者1，这里我们称为bit（比特或者位），8个bit组成一个字节。当然计算机中也有八进制、十六进制的表示，这里暂时不展开讨论。只明确底层一个二进制的概念。

Hash算法

Hash算法将任意长度的二进制值映射为较短的固定长度的二进制值，这个小的二进制值称为哈希值。哈希值是一段数据唯一且极其紧凑的数值表示形式。如果散列一段明文而且哪怕只更改该段落的一个字母，随后的哈希都将产生不同的值。要找到散列为同一个值的两个不同的输入，在计算上是不可能的，所以数据的哈希值可以检验数据的完整性。一般用于快速查找和加密算法。

简单理解hash算法就是这一种单向的加密，一个明文加密称为密文，不可逆推，只有加密过程，没有解密过程。说明了hash函数和hash表的概念，那么目前常用的hash算法有MD5（已被破解），SHA系列算法（比特币中使用sha-256算法）。SHA这里稍微提下（secure hash algorithm）这不是一个算法，这是一个hash函数集，现在有sha-224、sha-256、sha-384、sha-512等算法。在09年中本聪设计比特币的时候，当时sha-256被认为最安全的算法之一，故选择了sha-256，到目前为止还没有被破解。

解释到这里，可能会联想到，hash算法中key在计算后如果出现了同一位置，冲突的产生，这里简单说下几种冲突处理，如有兴趣可以查看hash算法论文。

 

2.多哈希法：设计两种以上的hash函数，避免冲突，这个感觉比较不靠谱，但是从概率上来说多种hash函数还是降低了冲突的出现。

Hash算法函数根据分类：加法hash、位运算hash、乘法hash、除法hash、查表hash等。

参考百度百科说的比较抽象，有兴趣可以深入了解下。

区块链中hash算法的使用

 

2.merkle tree：是数据结构中的一种树结构，可以是二叉树，也可以是多叉树，他和数据结构中树的特点几乎一致，和普通树不同的是：merkle tree上的叶节点存放hash计算后的hash值，非叶节点是其对应的子节点串联的字符串的hash值。用于区块头和SPV认证中。

 

3.比特币中的挖矿，工作量证明（pow），计算的其实就是一个nonce，当这个随机数和其他散列过的数据合并时，产生一个比规定目标小（target）值。挖矿也可以理解一种快速不可逆的计算。SHA256(SHA256(version + prev_hash + merkle_root + ntime + nbits + x )) < TARGET。

   

4.比特币中的bloom filter布隆过滤器，布隆过滤器基于hash函数的快速查找。解决了客户端检索的问题，原理是Bloom filter可以快速判断出某检索值一定不存在于某个指定的集合，从而可以过滤掉大量无关数据，减少客户端不必要的下载量。

    

区块链是多个技术结合各自特点出现的一种新的技术架构，HASH算法和加密技术为区块链的自证信任化及安全控制提供了基础，技术不断发展，肯定会有更适合的技术保障应用的实现。

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