什麼是區塊鏈哈希算法？討論哈希算法的安全性

了解哈希算法在區塊鏈中的作用

哈希算法是一個加密函數，它獲取輸入（或“消息”）並返回固定大小的字符串字符串。該輸出通常表示為十六進制數，稱為哈希值或消化。在區塊鏈技術中，哈希算法是確保數據完整性，不變性和安全性的基礎。每個塊包含上一個塊的哈希，創建了一個安全的塊鏈。

區塊鏈系統中最常用的哈希算法之一是SHA-256 ，它代表安全的哈希算法256位。它是由國家安全局（NSA）開發的，並在Bitcoin協議中廣泛採用。 SHA-256的確定性性質可確保相同的輸入始終產生相同的輸出，使其非常適合驗證數據一致性。

散列如何確保區塊鏈中的數據完整性

哈希功能在維持存儲在區塊鏈上的數據的完整性方面起著至關重要的作用。一個塊內的每次交易都將其放在默克樹結構中，最終以單個根部哈希為頂。如果交易的任何部分變化，即使稍有變化，則由於雪崩效應（加密哈希功能的關鍵特性），所得的哈希將完全不同。

對變化的敏感性意味著更改交易中的單個字符將使整個塊和鏈中的所有後續塊無效。因此，任何未經授權的修改都可以立即檢測到。這種機制加強了對沒有中央權威的分散網絡的信任。

加密哈希功能的安全屬性

加密哈希功能必須滿足幾個重要的安全屬性，以適合在區塊鏈中使用：

• 圖像前電阻：給定HASH值h，在計算上找到任何輸入消息M應該是不可行的，以便hash（m）= h。
• 第二個前圖像電阻：給定輸入M1，應該很難找到另一個輸入m2≠m1，以便哈希（m1）= hash（m2）。
• 碰撞電阻：應該很難找到兩個不同的輸入M1和M2，這樣哈希（M1）=哈希（M2）。

這些屬性確保哈希功能對各種形式的攻擊具有抵抗力，包括蠻力和生日攻擊。沒有這些保證，區塊鏈的不變性和信任模型將崩潰。

區塊鏈系統中使用的流行哈希算法

由於SHA-256在Bitcoin中使用了最著名的哈希算法，但其他區塊鏈平台根據其設計目標採用了不同的哈希功能：

• KECCAK-256：以太坊使用SHA-3的這種變體進行哈希操作。它提供了與SHA-256相似的安全保證，但具有不同的內部結構。
• Scrypt： Litecoin和其他加密貨幣使用Scrypt，它是記憶密集型的，旨在抵抗ASIC採礦。
• X11： DASH採用了一種鍊式散列方法，涉及11種不同的算法，以提高安全性和能源效率。

每種算法都有針對特定性能和安全要求量身定制的獨特功能。選擇正確的哈希功能取決於分散目標，對專業硬件的抵抗和計算​​效率等因素。

哈希算法的潛在漏洞和風險

儘管具有穩健性，但哈希算法並不能免疫脆弱性。隨著時間的流逝，計算能力和密碼分析的進步可以削弱以前安全的算法。例如，由於成功的碰撞攻擊， MD5和SHA-1曾經被認為是安全的。

在區塊鏈中，如果該函數受到損害，對單個哈希函數的依賴會引入風險。儘管SHA-256和KECCAK-256等目前的標準仍然安全地抵抗已知攻擊，但研究人員不斷將其評估為潛在的弱點。量子計算還對經典哈希功能構成了理論上的威脅，儘管實際量子攻擊尚不可行。

為了減輕這些風險，區塊鏈開發人員通常會結合多層密碼學或採用新的算法，這些算法提供後量子後的抵抗力。加密協議的定期審核和更新有助於維持長期安全性。

常見問題

問：如果有人在SHA-256中發現碰撞會發生什麼？如果在SHA-256中發現了碰撞，它將破壞許多區塊鏈系統的安全性，尤其是Bitcoin。這樣的發現可能會引發廣泛的遷移到替代哈希算法。

問：現有區塊鏈可以升級哈希算法嗎？是的，區塊鏈可以通過稱為硬叉的過程實現升級，以切換哈希算法。但是，這需要網絡參與者之間達成共識，並可能引入兼容性問題。

問：為什麼有些區塊鏈使用多個哈希功能？使用多個哈希功能通過降低與單點故障相關的風險來提高安全性。如果一種算法被妥協，其他算法仍然保護系統。

問：哈希在工作證明系統中如何促進採礦？礦工反复的哈希塊標頭具有不同的非CE值，以找到低於目標閾值的哈希。此過程可確保網絡並驗證交易，而無需中央權威。