什麼是哈希功能？它在區塊鏈中扮演什麼角色？

哈希函數在區塊鏈中至關重要，可通過確定性和抗碰撞屬性來確保交易，鏈接塊並確保數據完整性。

2025/04/28 02:43

哈希功能是加密系統的基本組成部分，它在區塊鏈技術的運行中起著至關重要的作用。從本質上講，哈希函數是一種算法，它採用輸入或“消息”，並返回固定大小的字符串字符串，通常用作輸入數據的數字指紋。該輸出稱為哈希值或哈希代碼，是每個唯一輸入的獨特之處，使其成為區塊鏈生態系統中數據完整性和安全性的必不可少的工具。

哈希功能的力學

哈希函數通過通過一系列數學操作處理輸入數據來運行，從而導致似乎隨機的輸出。哈希功能的關鍵特徵包括：

• 確定性：給定特定輸入，哈希函數將始終產生相同的輸出。
• 快速計算：哈希功能應該能夠快速生成輸出。
• 固定輸出大小：無論輸入大小如何，輸出哈希值始終為固定長度。
• 單向函數：從哈希輸出中反向工程的原始輸入應該是計算上不可行的。
• 碰撞電阻：很難找到兩個產生相同哈希輸出的不同輸入。

這些屬性使哈希功能非常適合區塊鏈技術中的各種應用，例如確保交易和保持區塊鏈的完整性。

哈希在區塊鏈中的功能

在區塊鏈的背景下，哈希功能提供了幾個關鍵功能，這些功能是系統的安全性和功能。哈希功能在區塊鏈中最突出的作用是創建區塊和維護區塊鏈的完整性。

塊創建和鏈接

區塊鏈中的每個塊都包含交易列表，時間戳和對先前塊的引用，稱為塊標頭。塊標頭包含上一個塊的哈希，該哈希塊創建了由加密哈希鏈接的塊鏈。此過程稱為區塊鍊鍊接。

• 上一個塊的哈希在當前塊的標題中包含。
• 對塊的任何更改都會改變其哈希，然後將其與存儲在隨後的塊中的哈希不匹配，從而破壞鏈條。

該機制可確保一旦將塊添加到區塊鏈中，就不會在不重新挖掘所有後續區塊的情況下將其更改，這在計算上是不可行的。

交易完整性

哈希功能還用於確保一個塊內的單個交易。每個事務都有哈希，並且這些哈希是組合形成默克爾樹，該數據結構有效地驗證了大數據集的完整性。

• 交易單獨使用。
• 然後將這些哈希再次配對並再次哈希，一直持續到產生單個根哈希為止。
• 塊標頭包含根哈希，可以快速驗證塊內的所有交易。

此方法可確保對交易的任何變更都會改變默克爾根部，從而顯而易見該塊已被篡改。

工作證明和採礦

在工作證明（POW）區塊鏈（例如Bitcoin）中，哈希功能在採礦過程中起著至關重要的作用。礦工競爭解決一個複雜的數學難題，該難題涉及找到符合某些標準的哈希，通常具有特定數量的領先零的哈希。

• 礦工拿起塊標頭並添加一個nonce（僅使用一次數字）。
• 他們哈希（Hash）結合了塊標頭和nonce。
• 如果由此產生的哈希（Hash）達到了難度目標，則礦工已成功地挖掘了該區塊並獲得了獎勵。

該過程被稱為工作證明，可確保在區塊鏈中添加新的區塊需要大量的計算工作，從而確保網絡免受攻擊。

數據隱私和匿名性

哈希功能通過允許假名交易來促進區塊鏈用戶的隱私和匿名性。使用哈希功能源自私鑰的公共鍵用於識別區塊鏈上的用戶。

• 用戶的私鑰被哈希生成公共密鑰。
• 然後，再次將公共密鑰進行哈希創建公共地址。
• 交易是用私鑰簽名的，但可以通過公共地址在區塊鏈上可見，並維護用戶匿名性。

該系統允許用戶在區塊鏈上進行交易，而無需揭示其實際身份，從而增強隱私和安全性。

智能合約和哈希鎖

在支持智能合約（例如以太坊）的區塊鏈平台中，哈希功能用於創建哈希鎖，這是有條件的付款機制。哈希鎖需要收件人提供一塊數據，該數據在哈希時與預先安排的哈希值匹配，然後才能釋放資金。

• 發件人創建一個秘密價值的哈希，並將其包含在智能合約中。
• 收件人必須提供一個秘密價值，即在哈希時，與預先使用的哈希相匹配以解鎖資金。

該機制可確保只有在滿足特定條件時才釋放資金，從而為區塊鏈交易增加了一層安全性和功能。

常見問題

Q1：兩個不同的輸入可以產生相同的哈希輸出嗎？

雖然從理論上講，但產生相同哈希輸出（稱為碰撞）的兩個不同輸入的概率極低，具有密碼固定的哈希功能。例如，Bitcoin中使用的SHA-256哈希功能具有256位輸出空間，從而使碰撞幾乎不可行。

Q2：哈希功能的選擇如何影響區塊鏈的安全性？

哈希功能的選擇對於區塊鏈的安全至關重要。弱的哈希功能可能容易受到攻擊，例如更容易找到碰撞，這可能會損害區塊鏈的完整性。因此，區塊鍊網絡通常使用建立良好的密碼安全的哈希函數，例如SHA-256或KECCAK-256。

Q3：區塊鏈技術中有其他哈希功能的選擇嗎？

儘管哈希功能是區塊鏈中最常用的加密工具，但還採用了數字簽名和零知識證明等替代方案來增強安全性和隱私性。但是，哈希功能在維持數據完整性和鏈接塊中的作用仍然是必不可少的。

問題4：哈希函數如何促進區塊鏈的不變性？

哈希函數通過創建一個塊鏈，每個塊的哈希都取決於上一個塊的哈希，從而有助於區塊鏈的不變性。對塊的任何更改都會改變其哈希，然後與存儲在隨後的塊中的哈希不匹配，從而使區塊鏈已被篡改。這種互連性確保一旦將數據添加到區塊鏈中，就很難更改。