區塊鏈應用共哈希演算法

區塊鏈中的哈希值是什麼意思？

如果你對區塊鏈領域有所了解，那麼你一定聽說過哈希值，或許我們在瀏覽區塊鏈信息時會經常看到哈希值，但是如果讓我們說說哈希值到底是什麼，可能我們也並不能說明白。我知到，雖然很多人都已經進入幣圈很久，但是對於區塊鏈領域的一些概念還處於一個一知半解，知道又不完全清楚的狀態。其實哈希就是一種壓縮信息的方法，我們可以通過哈希將很長的一段文字壓縮成一小段亂碼，那麼區塊鏈中的哈希值是什麼意思呢？現在就讓我來為大家詳細的講解一下。

哈希值是將任意長度的輸入字元串轉換為密碼並進行固定輸出的過程。哈希值不是一個「密碼」，我們不能通過解密哈希來檢索原始數據，它是一個單向的加密函數。

區塊鏈哈希是什麼?如果是剛開始了解區塊鏈，就需要結合「區塊」的概念來一起理解了。每一個區塊，包含的內容有數據信息，本區塊的哈希值以及上一個區塊的哈希值。區塊中的數據信息，主要是交易雙方的地址與此次交易數量還有交易時間信息等。而哈希值就是尋找到區塊，繼而了解到這些區塊信息的鑰匙。以上就是區塊鏈中哈希的含義了。

區塊鏈通過哈希演算法對一個交易區塊中的交易信息進行加密，並把信息壓縮成由一串數字和字母組成的散列字元串。金窩窩集團分析其哈希演算法的作用如下：區塊鏈的哈希值能夠唯一而精準地標識一個區塊，區塊鏈中任意節點通過簡單的哈希計算都接獲得這個區塊的哈希值，計算出的哈希值沒有變化也就意味著區塊鏈中的信息沒有被篡改。

在區塊鏈中，每個塊都有前一個塊的哈希值，前一個塊被稱為當前塊的父塊，如果考慮父塊有一個當前區塊。它將會有上一個塊的哈希值即父塊。

在區塊鏈中，每個塊都有前一個塊的哈希值。當我們更改當前塊中的任何數據時，塊的哈希值將被更改，這將影響前一個塊，因為它有前一個塊的地址。例如，如果我們只有兩個塊，一個是當前塊，一個是父塊。當前塊將擁有父塊的地址。如果需要更改當前塊中的數據，還需要更改父塊。當只有兩個數據塊時，很容易更改數據，但是現在，當我們在區塊鏈中實現時，2020-01-2412:32已經挖掘了614272個塊，而614272(th)塊的哈希值為。如果我們要更改當前塊614272(th)中的數據，614271塊的哈希地址必須更改，但是614271塊的哈希是不可能更改的，所以這就是區塊鏈被稱為不可變的，數據可信的。區塊鏈的第一個塊，稱為起源塊。你可以從這個起源塊中看到有多少塊被開採到現在。

如果我們對輸入的任何部分做一個小的改變，輸出就會有一個大的改變，請看下面的例子以獲得更多的理解。哈希值是區塊鏈技術不可變的和確定的潛力核心基礎和最重要的方面。它保留了記錄和查看的數據的真實性，以及區塊鏈作為一個整體的完整性。

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哈希演算法也被稱為「散列」，是區塊鏈的四大核心技術之一。是能計算出一個數字消息所對應的、長度固定的字元串（又稱消息摘要）的演算法。由於一段數據只有一個哈希值，所以哈希演算法可以用於檢驗數據的完整性。在快速查找和加密演算法的應用方面，哈希演算法的使用非常普遍。

在互聯網時代，盡管人與人之間的距離更近了，但是信任問題卻更嚴重了。現存的第三方中介組織的技術架構都是私密而且中心化的，這種模式永遠都無法從根本上解決互信以及價值轉移的問題。因此，區塊鏈技術將會利用去中心化的資料庫架構完成數據交互信任背書，實現全球互信的一大跨步。在這一過程中，哈希演算法發揮了重要作用。

散列演算法是區塊鏈中保證交易信息不被篡改的單向密碼機制。區塊鏈通過散列演算法對一個交易區塊中的交易進行加密，並把信息壓縮成由一串數字和字母組成的散列字元串。區塊鏈的散列值能夠唯一而准確地標識一個區塊。在驗證區塊的真實性時，只需要簡單計算出這個區塊的散列值，如果沒有變化就意味著這個區塊上的信息是沒有被篡改過的。

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1.1.簡介

計算機行業從業者對哈希這個詞應該非常熟悉，哈希能夠實現數據從一個維度向另一個維度的映射，通常使用哈希函數實現這種映射。通常業界使用y=hash(x)的方式進行表示，該哈希函數實現對x進行運算計算出一個哈希值y。

區塊鏈中哈希函數特性：

函數參數為string類型；

固定大小輸出；

計算高效；

collision-free即沖突概率小：x!=y=hash(x)!=hash(y)

隱藏原始信息：例如區塊鏈中各個節點之間對交易的驗證只需要驗證交易的信息熵，而不需要對原始信息進行比對，節點間不需要傳輸交易的原始數據只傳輸交易的哈希即可，常見演算法有SHA系列和MD5等演算法

1.2.哈希的用法

哈希在區塊鏈中用處廣泛，其一我們稱之為哈希指針（HashPointer）

哈希指針是指該變數的值是通過實際數據計算出來的且指向實際的數據所在位置，即其既可以表示實際數據內容又可以表示實際數據的存儲位置。下圖為HashPointer的示意圖

HashPointer在區塊鏈中主要有兩處使用，第一個就是構建區塊鏈數據結構。了解區塊鏈的讀者應該知道區塊鏈數據結構由創世區塊向後通過區塊之間的指針進行連接，這個指針使用的就是圖示的HashPointer.每個區塊中都存儲了前一個區塊的HashPointer。這樣的數據結構的好處在於後面區塊可以查找前面所有區塊中的信息且區塊的HashPointer的計算包含了前面區塊的信息從而一定程度上保證了區塊鏈的不易篡改的特性。第二個用處在於構建MerkleTree.MerkleTree的各個節點使用HashPointer進行構建，關於區塊鏈數據結構以及MerkleTree的內容我們在後續文章中進行進一步介紹。

哈希還在其他技術中有所應用例如:交易驗證以及數字簽名等等。

2.加密演算法

2.1簡述

加密簡單而言就是通過一種演算法手段將對原始信息進行轉換，信息的接收者能夠通過秘鑰對密文進行解密從而得到原文的過程。按照加密方和解密方秘鑰相同與否可以將加密演算法大致分為三種子類型：

對稱加密

對稱加密的加密解密方使用相同的秘鑰，這種方式的好處在於加解密的速度快但是秘鑰的安全分發比較困難，常見對稱加密演算法有DES,AES,...

非對稱加密

非對稱加密體系也稱為公鑰體系，加解密時加密方擁有公鑰和私鑰，加密方可以將公鑰發送給其他相關方，私鑰嚴格自己保留。例如銀行的頒發給個人用戶的私鑰就存儲在個人的U盾里；非對稱加密中可以通過私鑰加密，他人能夠使用公鑰進行解密，反之亦然；非對稱加密演算法一般比較復雜執行時間相對對稱加密較長；好處在於無秘鑰分發問題。常見的其他非對稱加密演算法有RSA,ECC,區塊鏈中主要使用ECC橢圓曲線演算法。

對稱加密與非對稱加密的結合

這種方式將加密過程分為兩個階段，階段一使用非對稱加密進行秘鑰的分發使得對方安全地得到對稱加密的秘鑰，階段二使用對稱加密對原文進行加解密。

2.2數字簽名

數字簽名又稱之為公鑰數字簽名，是一種類似於寫在紙上的物理簽名。數字簽名主要用於數據更改的簽名者身份識別以及抗抵賴。數字簽名包含三個重要特性：

只有自己可以簽署自己的數字簽名，但是他人可以驗證簽名是否是你簽發；

數字簽名需要和具體的數字文檔綁定，就好比現實中你的簽名應該和紙質媒介綁定；

數字簽名不可偽造；

依賴非對稱加密機制可以較容易實現上述三種特性。

首先，需要生成個人的公私鑰對：

(sk,pk):=generateKeys(keysize)，sk私鑰用戶自己保留，pk公鑰可以分發給其他人

其次，可以通過sk對一個具體的message進行簽名：

sig:=sign(sk,message)這樣就得到了具體的簽名sig

最後，擁有該簽名公鑰的一方能夠進行簽名的驗證：

isValid:=verify(pk,message,sig)

在區塊鏈體系中每一條數據交易都需要簽名，在比特幣的設計過程中直接將用戶的公鑰來表徵用戶的比特幣地址。這樣在用戶發起轉賬等比特幣交易時可以方便的進行用戶交易的合法性驗證。

2.3數字證書和認證中心

2.3.1數字證書（DigitalCertificate）

數字證書又稱「數字身份證」、「網路身份證」是經認證中心授權頒發並經認證中心數字簽名的包含公開秘鑰擁有者及公開秘鑰相關信息的電子文件，可以用來判別數字證書擁有者身份。

數字證書包含：公鑰、證書名稱信息、簽發機構對證書的數字簽名以及匹配的私鑰

證書可以存儲在網路中的資料庫中。用戶可以利用網路彼此交換證書。當證書撤銷後，簽發此證書的CA仍保留此證書的副本，以備日後解決可能引起的糾紛。

2.3.2認證中心（CertificateAuthority）

認證中心一般簡稱CA,CA一般是一個公認可信的第三方機構，其作用主要是為每個用戶頒發一個獨一無二的包含名稱和公鑰的數字證書。

2.4常見加密演算法的對比

『貳』 區塊鏈技術中的哈希演算法是什麼

1.1. 簡介

計算機行業從業者對哈希這個詞應該非常熟悉，哈希能夠實現數據從一個維度向另一個維度的映射，通常使用哈希函數實現這種映射。通常業界使用y = hash(x)的方式進行表示，該哈希函數實現對x進行運算計算出一個哈希值y。
區塊鏈中哈希函數特性：

• 函數參數為string類型；

• 固定大小輸出；

• 計算高效；

• collision-free 即沖突概率小：x != y => hash(x) != hash(y)
  
  隱藏原始信息：例如區塊鏈中各個節點之間對交易的驗證只需要驗證交易的信息熵，而不需要對原始信息進行比對，節點間不需要傳輸交易的原始數據只傳輸交易的哈希即可，常見演算法有SHA系列和MD5等演算法
  

1.2. 哈希的用法

哈希在區塊鏈中用處廣泛，其一我們稱之為哈希指針（Hash Pointer）
哈希指針是指該變數的值是通過實際數據計算出來的且指向實際的數據所在位置，即其既可以表示實際數據內容又可以表示實際數據的存儲位置。下圖為Hash Pointer的示意圖