什麼是哈希算法？區塊鏈如何確保數據安全？

哈希算法通過為區塊和交易創建獨特的，篡改的標識符來確保區塊鏈中的數據完整性和安全性。

2025/06/14 19:08

了解哈希算法的基礎知識

散列算法是一個數學函數，該函數獲取輸入（或“消息”）並返回固定大小的字符串字符串，該字符串通常是一個稱為a Hash值的十六進制數字，或者簡單地稱為哈希。此過程是確定性的，這意味著相同的輸入將始終產生相同的哈希。但是，即使輸入的很小變化也會導致完全不同的輸出。

哈希功能在各個領域中廣泛使用，尤其是在計算機科學和密碼學中。它們的關鍵屬性包括：

• 確定性：相同的輸入始終產生相同的哈希。
• 快速計算：對於任何給定輸入，計算哈希值應該很容易。
• 圖像前電阻：給定哈希值，確定原始輸入的計算在計算上應該是不可行的。
• 碰撞電阻：應該很難找到兩個導致相同哈希的不同輸入。

這些特徵使哈希算法在確保數據完整性和真實性方面必不可少。

最常用的哈希算法包括SHA-256（安全哈希算法256位），SHA-1和MD5，儘管由於脆弱性，後兩個現在被認為是不安全的。

哈希在區塊鏈技術中的作用

區塊鏈在很大程度上依賴哈希算法來維持其分散和篡改的性質。區塊鏈中的每個塊都包含交易列表，時間戳以及通過其哈希對先前塊的引用。

這是哈希對區塊鏈結構的貢獻：

• 塊標識：每個塊由其哈希唯一識別。如果塊的內容髮生了變化，則它的哈希也是如此。
• 鏈接塊：一個塊的哈希在下一個塊中包括一個鏈條。先前塊中的任何變化都需要重新計算所有後續的哈希。
• 篡改檢測：因為甚至更改單個字符都完全改變了哈希，所以當數據被修改時，它變得很明顯。

這種機制確保一旦將數據記錄在區塊鏈上，如果沒有網絡參與者的共識，就很難更改。

通過Merkle樹數據完整性

除了將塊鏈接在一起外，區塊鏈系統還經常使用默克爾樹（也稱為哈希樹）來確保塊內交易數據的完整性。

這是他們的工作方式：

• 塊中的所有交易都配對並反復進行，直到保留一個哈希為止 - 這是默克爾根。
• Merkle根存儲在塊標頭中，使得可以在不下載整個塊的情況下驗證單個交易。
• 如果任何交易發生了變化，相應的哈希變化，這會傳播樹並最終改變默克爾根。

該分層哈希系統允許對大型數據集進行有效且安全的驗證，從而增強可擴展性和安全性。

Merkle樹在輕量級客戶端實現（例如移動錢包）中至關重要，在此情況下，完整節點同步不可行。

工作證明和哈西的共識機制

Bitcoin的核心創新之一是使用工作證明（POW）作為共識機制，在很大程度上取決於哈希。

這是POW與Hashing合作的方式：

• 礦工競爭通過找到符合某些標準的哈希（例如，從特定數量的零開始）來解決加密難題。
• 他們通過反復將塊標頭用nonce（隨機數）升級為止，直到找到所需的哈希為止。
• 一旦發現有效的哈希，礦工就會向網絡播放驗證的解決方案。
• 拼圖的難度定期調整以保持一致的塊時間，通常在Bitcoin大約十分鐘。

此過程可確保更改過去的塊需要重做自那時以來的所有計算工作，這在健康的網絡中非常昂貴且不切實際。

通過哈希啟用了不變性和安全功能

由於哈希，區塊鏈實現了高水平的不變性和安全性。以下是：

• 篡改證據：數據的任何變化都會導致不同的哈希。由於每個塊引用了上一個塊的哈希，因此修改一個塊無效所有後續塊。
• 分佈式信任：該網絡不是依靠中央權威，而是共同驗證了使用Hashing的區塊鏈的正確性。
• 加密保證：哈希提供了一種在不透露數據的情況下對數據進行致力於數據的方式，提供隱私和誠信保證。

這些功能使區塊鏈適用於需要強大的審核步道的應用，例如金融交易，供應鏈跟踪和數字身份驗證。

• 權力下放：沒有一個實體控制整個鏈。
• 透明度：所有參與者都可以查看分類帳並獨立驗證交易。
• 非申請：一旦確認交易，涉及各方就無法否認。

常見問題

問：可以逆轉哈希以檢索原始數據嗎？

不，哈希是一個單向功能。雖然很容易從數據中計算一個哈希，但僅憑哈希的原始輸入將原始輸入反向工程在計算上是不可行的。

問：為什麼SHA-256被認為可用於區塊鏈使用？

SHA-256是SHA-2家族的一部分，儘管進行了廣泛的研究，但仍未成功破壞。它的256位輸出空間使蠻力攻擊與當前的計算能力不切實際。

問：哈希與加密有何不同？

哈希將數據轉換為固定長度值，並且是不可逆的。另一方面，加密使用密鑰以可逆的方式編碼數據，以後允許解密。

問：所有區塊鏈都使用相同的哈希算法嗎？

不，雖然Bitcoin（例如Bitcoin）的許多加密貨幣使用SHA-256，而其他加密貨幣則採用了不同的算法。例如，以太坊使用Ethash，Litecoin使用Scrypt。