区块链技术与密码学学习之Hash算法解读

Posted 2021-04-12 区块链兄弟

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区块链其实是一种点对点的分布式存储系统，它不依赖于某个节点，所有的节点上都有所有的账本信息（理论上）。下面是比较准确的描述：

区块链能够保证用户的数据安全，那么它的基础就是密码学技术。

密码学技术涉及太广了，包括 hash算法与摘要、加密算法、数字签名和证书、PKI体系、Merkle树、同态加密等，以及如何使用这些技术实现信息的机密性、完整性、认证性和不可抵赖性。

首先是Hash算法：

定义：Hash（哈希或散列）算法是信息技术领域非常基础也非常重要的技术。它能任意长度的二进制值（明文）映射为较短的固定长度的二进制值（Hash值），并且不同的明文很难映射为相同的Hash值。

例如计算一段话“hello blockchain world, this is yeasy@github”的 MD5 hash值为89242549883a2ef85dc81b90fb606046。

注意，这里提到的是MD5 Hash，意思是用MD5算法实现的Hash算法，所以说Hash算法是一类算法，而不是一种算法，一个好的Hash算法要求：

• 正向快速：给定明文和hash算法，在有限时间和有限资源内能计算出hash值。

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• 逆向困难：给定（若干）hash值，在有限时间内很难（基本不可能）逆推出明文。

• 输入敏感：原始输入信息修改一点信息，产生的hash值看起来应该都有很大不同。

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• 冲突避免：很难找到两段内容不同的明文，使得它们的hash值一致（发生冲突）。

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目前流行的Hash算法包括：MD5、SHA-1和SHA-2等。

MD5（RFC1321）是Rivest于1991年对MD4的改进版本。它对输入仍以512位分组，其输出是128位。MD5比MD4复杂，并且计算速度要慢一点，更安全一些。MD5已被证明不具备“强抗碰撞性”。

SHA（SecureHashAlgorithm）是一个Hash函数族，由NIST（National Institute of Standardsand Technology）于1993年发布第一个算法。目前知名的SHA-1在1995年面世，它的输出为长度160位的hash值，因此抗穷举性更好。SHA-1设计时基于和MD4相同原理，并且模仿了该算法。SHA-1已被证明不具备“强抗碰撞性”。

为了提高安全性，NIST还设计出了SHA-224、SHA-256、SHA-384，和SHA-512算法（统称为SHA-2），跟SHA-1算法原理类似。SHA-3相关算法也已被提出。

目前，一般认为MD5和SHA1已经不够安全，推荐至少使用SHA2-256算法。

一般的，Hash算法都是算力敏感型，意味着计算资源是瓶颈，主频越高的CPU进行Hash的速度也越快。也有一些Hash算法不是算力敏感的，例如scrypt，需要大量的内存资源，节点不能通过简单的增加更多CPU来获得hash性能的提升。

用途：数字摘要，数字摘要是对数字内容进行Hash运算，获取唯一的摘要值来指代原始数字内容。数字摘要是解决确保内容没被篡改过的问题（利用Hash函数的抗碰撞性特点）。数字摘要是Hash算法最重要的一个用途。在网络上下载软件或文件时，往往同时会提供一个数字摘要值，用户下载下来原始文件可以自行进行计算，并同提供的摘要值进行比对，以确保内容没有被修改过。

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