Was ist Kryptographie im Kontext von Blockchain?

Verständnis der Rolle der Kryptographie in Blockchain

Die Kryptographie im Kontext von Blockchain bezieht sich auf die Anwendung mathematischer Techniken, die Daten sichern und die Integrität, Authentizität und Vertraulichkeit von Informationen sicherstellen, die über ein dezentrales Netzwerk gespeichert und übertragen wurden. Es bildet das Rückgrat der Blockchain -Technologie und ermöglicht vertrauenslose Interaktionen zwischen Parteien, ohne dass eine zentrale Behörde erforderlich ist. Die Kryptographie stellt sicher, dass die Daten, sobald sie in die Blockchain geschrieben sind, nicht geändert werden kann , was das System stark resistent gegen Manipulationen macht. Dies wird durch Mechanismen wie Hashing, digitale Signaturen und Kryptographie öffentlicher Key erreicht. Ohne diese kryptografischen Instrumente wären Blockchain-Systeme anfällig für Betrug, Doppelausgaben und unbefugten Zugriff.

Hash -Funktionen und Datenintegrität

Eine der grundlegenden kryptografischen Komponenten in Blockchain ist die Hash-Funktion , insbesondere der in Bitcoin verwendete SHA-256-Algorithmus . Eine Hash-Funktion nimmt Eingabedaten jeder Größe auf und erzeugt eine als Hash bezeichnete feste Ausgabe mit fester Größe. Dieser Hash ist eindeutig für die Eingabedaten, was bedeutet, dass sogar eine geringfügige Änderung der Eingabe zu einem völlig anderen Hash führt. Diese Eigenschaft ist wichtig, um die Datenintegrität in der Blockchain aufrechtzuerhalten. Jeder Block enthält den Hash des vorherigen Blocks und erzeugt eine Kette voneinander abhängigen Blöcken. Wenn jemand versucht, eine Transaktion in einem vorherigen Block zu ändern, ändert sich der Hash dieses Blocks, der alle nachfolgenden Blöcke ungültig macht. Dies macht Manipulationen offensichtlicher und rechnerisch nicht realisierbar. Die Unveränderlichkeit der Blockchain ist direkt an die deterministische und Einbahnstraße der kryptografischen Hash-Funktionen gebunden .

Kryptographie und digitale Signaturen der öffentlichen Schlüsseln

Die öffentliche Kryptographie, die auch als asymmetrische Kryptographie bekannt ist, ist ein weiteres Kernelement. Es beinhaltet die Verwendung eines öffentlichen Schlüssels und eines privaten Schlüssels . Der öffentliche Schlüssel kann offen geteilt werden und wird verwendet, um Mittel zu erhalten oder Signaturen zu überprüfen, während der private Schlüssel geheim gehalten werden muss und zur Unterzeichnung von Transaktionen verwendet wird. Wenn ein Benutzer eine Transaktion initiiert, unterschreiben er sie mit seinem privaten Schlüssel. Andere Knoten im Netzwerk können dann den öffentlichen Schlüssel des Absenders verwenden, um zu überprüfen, ob die Signatur gültig ist und dass die Transaktion vom rechtmäßigen Eigentümer stammt. Dieser Prozess sorgt für die Authentifizierung und Nicht-Repudiation , was bedeutet, dass der Absender nicht leugnen kann, dass die Transaktion gesendet wird. Die Sicherheit dieses Systems beruht auf der rechnerischen Schwierigkeit, den privaten Schlüssel aus dem öffentlichen Schlüssel abzuleiten, eine Funktion, die von der elliptischen Kurve Cryptography (ECC) in den meisten Blockchains bereitgestellt wird.

Wie Transaktionen mit Kryptographie gesichert werden

Wenn ein Benutzer Kryptowährung sendet, wird die Transaktion mit Eingängen (Fondsquelle), Ausgängen (Zieladressen) und Metadaten erstellt. Vor dem Rundfunk wird die Transaktion mit dem privaten Schlüssel des Absenders signiert. Diese Signatur wird an die Transaktionsdaten beigefügt und durch Netzwerkknoten verifiziert. Der Überprüfungsprozess umfasst die Überprüfung dessen:

• Die digitale Signatur entspricht den Transaktionsdaten
• Der öffentliche Schlüssel entspricht der Adresse, aus der Mittel ausgegeben werden
• Der private Schlüssel zur Erzeugung der Signatur steuert tatsächlich die Eingangsfonds Diese kryptografische Überprüfung verhindert nicht autorisierte Ausgaben und sorgt dafür, dass nur legitime Eigentümer Vermögenswerte übertragen können . Nach der Überprüfung wird die Transaktion in einen Block gruppiert und nach dem Konsenskonsens in die Blockchain hinzugefügt, typischerweise durch Arbeitsprofus oder Nachweis.

  Kryptografischer Konsens und Netzwerksicherheit

  Die Kryptographie spielt auch eine Rolle bei Konsensmechanismen. In Proof-of-Work-Systemen wie Bitcoin müssen Bergleute ein kryptografisches Rätsel lösen, das die SHA-256-Hash-Funktion betrifft. Sie haben den Blockheader wiederholt mit einem sich ändernden NonCE, bis der resultierende Hash auf ein bestimmtes Schwierigkeitsziel trifft (z. B. beginnend mit einer bestimmten Anzahl von Nullen). Dieser Prozess ist absichtlich ressourcenintensiv, was es kostspielig macht, die Blockchain zu manipulieren . Der erste Bergmann, der einen gültigen Hash findet, übernimmt den Block, und andere überprüfen ihn mit derselben Hash -Funktion. Dieser kryptografische Beweis stellt sicher, dass das Hinzufügen von Blöcken echte Rechenaufwand erfordert und böswillige Schauspieler abschreckt. In den Proof-of-Stake-Systemen sichern die Kryptographie die Auswahl der Validator und die Unterschriftenüberprüfung, um sicherzustellen, dass nur berechtigte Teilnehmer Blöcke vorschlagen und bestätigen können.

  Brieftaschensicherheit und Schlüsselmanagement

  Kryptografische Prinzipien erstrecken sich auf die Art und Weise, wie Benutzer ihre Vermögenswerte speichern und verwalten. Blockchain -Geldbörsen speichern keine Münzen; Sie speichern private Schlüssel , die Zugriff auf Mittel auf der Blockchain gewähren. Brieftaschen verwenden kryptografische Techniken, um diese Schlüssel zu sichern:
• Hierarchische deterministische (HD) Brieftaschen erzeugen einen Tastenbaum aus einer einzelnen Samenphrase unter Verwendung kryptografischer Ableitung Funktionen
• Saatgutphrasen (12 oder 24 Wörter) werden unter Verwendung des BIP-39-Standards erzeugt, der die Entropie in ein menschliches lesbares Format umwandelt
• Die Verschlüsselung wird auf Brieftaschendateien angewendet, um private Schlüssel in Ruhe zu schützen Ein privater Schlüssel zu verlieren bedeutet, dauerhaft Zugang zu Mitteln zu verlieren , da es keinen zentralen Wiederherstellungsmechanismus gibt. Umgekehrt kann jeder private Schlüssel Transaktionen unterschreiben und Fonds stehlen. Den Benutzern wird empfohlen, Saatgutphrasen offline zu speichern und Hardware-Geldbörsen zu verwenden, die private Schlüssel von im Internet verbundenen Geräten isolieren.

  Häufige Fragen zur Kryptographie in Blockchain

  Kann eine Blockchain gehackt werden, wenn die Kryptographie gebrochen ist? Ja, wenn die zugrunde liegenden kryptografischen Algorithmen (wie SHA-256 oder ECDSA) beeinträchtigt werden, wäre das gesamte Sicherheitsmodell der Blockchain gefährdet. Wenn ein Angreifer beispielsweise einen Hash umkehren oder einen privaten Schlüssel von einem öffentlichen Schlüssel ableiten könnte, kann er Transaktionen oder Blöcke vornehmen. Diese Algorithmen gelten jedoch derzeit als sicher für klassische Computer. Quantum Computing stellt eine theoretische Bedrohung dar, aber die Kryptographie nach der Quantum wird recherchiert, um dies anzugehen.

  Was passiert, wenn zwei Transaktionen den gleichen Hash haben? Eine Hash -Kollision tritt auf, wenn zwei verschiedene Eingänge denselben Hash erzeugen. Kryptografische Hash-Funktionen wie SHA-256 sind so konzipiert, dass diese rechnerisch nicht realisierbar sind. Wenn eine Kollision in einer Blockchain auftreten würde, kann es einem Angreifer möglicherweise ermöglichen, einen Block für einen anderen zu ersetzen. In SHA-256 wurden bisher keine praktischen Kollisionen gefunden, um die Zuverlässigkeit des Systems zu gewährleisten.

  Wie überprüfen Knoten digitale Signaturen, ohne den privaten Schlüssel zu kennen? Knoten verwenden die mathematische Beziehung zwischen dem privaten und öffentlichen Schlüssel in der Kryptographie der elliptischen Kurve. Die Signatur wird unter Verwendung der privaten Schlüssel- und Transaktionsdaten generiert. Der Verifizierungsalgorithmus verwendet den öffentlichen Schlüssel, die Signatur und die Originaldaten, um die Gültigkeit der Signatur zu bestätigen. Dies funktioniert, weil der Algorithmus beweisen kann, dass die Signatur durch den entsprechenden privaten Schlüssel erstellt wurde, ohne ihn zu enthüllen.

  Ist es möglich, einen verlorenen privaten Schlüssel zurückzugewinnen? Nein, es gibt keine Möglichkeit, einen verlorenen privaten Schlüssel wiederherzustellen. Die Sicherheit der Kryptographie der öffentlichen Schlüsseln beruht auf der Einweg-Funktion, die den privaten Schlüssel aus dem öffentlichen Schlüssel nicht berechnet macht. Benutzer müssen sich auf Sicherungen wie Saatgutphrasen verlassen. Wenn sowohl der private Schlüssel als auch der Saatgut verloren gehen, sind die Mittel dauerhaft unzugänglich.