在區塊鏈的背景下，密碼學是什麼？

了解密碼學在區塊鏈中的作用

密碼學在區塊鏈的背景下是指確保數據保護並確保在分散網絡上存儲和傳輸的信息的完整性，真實性和機密性的應用。它構成了區塊鏈技術的支柱，從而無需中央權威就可以在各方之間進行無信任的互動。密碼學確保一旦將數據寫入區塊鏈，就無法將其更改，從而使系統高度抵抗篡改。這是通過諸如哈希，數字簽名和公開密碼學之類的機制來實現的。如果沒有這些加密工具，區塊鏈系統將容易受到欺詐，雙支出和未經授權的訪問的影響。

哈希功能和數據完整性

區塊鏈中的基礎加密組件之一是哈希函數，尤其是Bitcoin中使用的SHA-256算法。哈希功能獲取任何大小的輸入數據，並產生固定尺寸的輸出，稱為哈希。該哈希是輸入數據獨有的，這意味著即使輸入的較小變化也會導致完全不同的哈希。此屬性對於維持區塊鏈上的數據完整性至關重要。每個塊包含上一個塊的哈希，創建了相互依賴的塊鏈。如果有人試圖在上一個塊中更改交易，則該塊的哈希發生變化，這使所有後續塊無效。這使得篡改明顯和計算上是不可行的。區塊鏈的不變性直接與加密哈希函數的確定性和單向性質有關。

公鑰加密和數字簽名

公共鑰匙密碼學，也稱為非對稱密碼學，是另一個核心元素。它涉及使用公鑰和私鑰。可以公開共享公共密鑰，並用於接收資金或驗證簽名，而私鑰必須保密並用於簽署交易。當用戶啟動交易時，他們會用私鑰簽名。然後，網絡中的其他節點可以使用發件人的公鑰來驗證簽名是否有效，並且交易起源於合法所有者。此過程可確保身份驗證和非替代性，這意味著發件人不能否認已發送交易。該系統的安全性依賴於從公共密鑰中得出私鑰的計算困難，這是大多數區塊鏈中橢圓曲線加密（ECC）提供的功能。

如何使用密碼學確保交易的方式

當用戶發送加密貨幣時，交易是用輸入（資金來源），輸出（目標地址）和元數據構建的。在廣播之前，交易是使用發件人的私鑰簽署的。該簽名附在交易數據上，並通過網絡節點進行驗證。驗證過程涉及檢查：

• 數字簽名與交易數據匹配
• 公鑰對應於花費的地址
• 用於生成簽名的私鑰確實控制了輸入資金該密碼驗證可防止未經授權的支出，並確保只有合法所有者才能轉移資產。經過驗證後，將交易分組為一個塊，並在達成共識後，通常通過工作證明或驗證證明。

  加密共識和網絡安全

  密碼學還在共識機制中起作用。在Bitcoin等工作證明系統中，礦工必須解決涉及SHA-256哈希功能的加密拼圖。他們反複使用變化的nonce哈希標頭，直到產生的哈希達到特定的難度目標（例如，從一定數量的零開始）。這個過程是有意的，資源密集型，使操縱區塊鏈成本高昂。第一個找到有效哈希的礦工會廣播塊，而其他礦工則使用相同的哈希功能對其進行驗證。該加密證明可確保添加塊需要真正的計算努力，阻止惡意演員。在驗證系統中，密碼學可以確保驗證器的選擇和簽名驗證，從而確保只有合格的參與者才能提出和證明塊。

  錢包安全和鑰匙管理

  加密原則擴展到用戶如何存儲和管理其資產。區塊鏈錢包不存儲硬幣；他們存儲了私人鑰匙，可以在區塊鏈上授予對資金的訪問。錢包使用加密技術來確保這些密鑰：
• 層次確定性（HD）錢包使用加密推導功能從單個種子短語中生成一鍵
• 使用BIP-39標準生成種子短語（12或24個單詞） ，該標準將熵轉換為人類可讀格式
• 加密應用於錢包文件以保護靜止的私鑰失去私鑰意味著由於沒有中央恢復機製而永久失去對資金的訪問。相反，暴露私鑰允許任何人簽署交易並竊取資金。建議用戶離線存儲種子短語，並使用硬件錢包，這些軟件錢包隔離了與Internet連接設備的私鑰。

  關於密碼學在區塊鏈中的常見問題

  如果密碼學破裂，可以將區塊鏈入侵嗎？是的，如果將基礎的加密算法（例如SHA-256或ECDSA）受到損害，則區塊鏈的整個安全模型將處於危險之中。例如，如果攻擊者可以逆轉哈希或從公共密鑰中得出私鑰，則他們可以進行交易或改變塊。但是，這些算法目前被認為是針對古典計算機的安全性。量子計算構成了理論上的威脅，但是正在研究量詞後加密來解決此問題。

  如果兩項交易具有相同的哈希，會發生什麼？當兩個不同的輸入產生相同的哈希時，就會發生哈希碰撞。諸如SHA-256之類的加密哈希功能旨在使該計算上不可行。如果要在區塊鏈中發生碰撞，則有可能允許攻擊者代替一個區塊。迄今為止，在SHA-256中尚未發現實際碰撞，從而確保了系統的可靠性。

  節點如何在不知道私鑰的情況下驗證數字簽名？節點在橢圓曲線密碼學中使用私鑰和公鑰之間的數學關係。使用私鑰和交易數據生成簽名。驗證算法使用公鑰，簽名和原始數據來確認簽名的有效性。之所以起作用，是因為該算法可以證明簽名是由相應的私鑰創建的，而無需透露簽名。

  是否可以恢復丟失的私鑰？不，沒有辦法恢復丟失的私鑰。公開密碼學的安全性取決於單向函數，該功能使得從公共密鑰計算上衍生出私鑰。用戶必須依靠種子短語等備份。如果私鑰和種子短語都丟失，那麼資金將永久無法訪問。