密碼學在區塊鏈中的作用是什麼？

了解區塊鏈安全的基礎

密碼學是區塊鏈技術的基石，提供了確保數據完整性，身份驗證和機密性的基本工具。沒有加密技術，區塊鏈的分散性質將容易受到篡改，欺詐和未經授權的訪問的影響。使用加密算法確保了在區塊鏈上記錄的每筆交易，這些算法幾乎不可能改變一旦得到確認。通過使用哈希函數，數字簽名和公共密碼學來實現這種安全性，這些函數與信任網絡保持一致。

區塊鏈的不變性在很大程度上取決於加密哈希。每個塊包含從其數據和上一個塊的哈希得出的唯一哈希。數據的任何變化都會大大改變哈希，打破鏈條並提醒網絡潛在的篡改。這創建了一個自我審核的生態系統，每個節點都可以驗證整個鏈的完整性。

公用密碼學如何實現所有權和身份

密碼學在區塊鏈中最關鍵的應用之一是公鑰密碼學，也稱為非對稱密碼學。該系統使用一對鍵：公共密鑰，該密鑰充當網絡上每個人都可以看到的地址，以及一個私鑰，該密鑰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，而其他人可以使用相應的公鑰驗證真實性。

該機制可確保只有數字資產的合法所有者才能授權其轉讓。例如，在Bitcoin中，如果愛麗絲想將BTC發送到鮑勃，她用私鑰簽署了交易。網絡節點使用其公共密鑰驗證簽名，證實該請求是合法的。這個過程消除了中央權力驗證所有權的需求，從而實現對等價值轉移。

至關重要的是要了解丟失私鑰意味著失去對關聯資產的永久訪問。沒有恢復機制，因為該系統被設計為無信任和分散的。因此，用戶必須安全地存儲其私鑰，通常使用硬件錢包或加密軟件解決方案。

哈希功能在數據完整性中的作用

哈希功能在維持區塊鏈數據的完整性方面起著關鍵作用。加密哈希函數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。相同的輸入總是會產生相同的哈希，但即使輸入（例如更改單個字符）也會產生相同的變化，以完全不同的哈希進行重新分配。

在區塊鏈中，每個塊包含其自己的數據的哈希和上一個塊的哈希。這創建了一系列塊，每個鏈接都取決於它之前的鏈接。如果攻擊者試圖在過去的塊中修改事務，則該塊的哈希發生變化，使所有後續塊無效。由於網絡需要就最長的有效鏈上達成共識，因此這種攻擊將需要重新計算鏈中的所有哈希並控製網絡計算能力的50％以上，這一壯舉被稱為51％的攻擊，這是極其困難且昂貴的。

區塊鏈中使用的流行哈希功能包括Bitcoin使用的SHA-256和以太坊使用的Keccak-256 。這些算法設計為具有碰撞的算法，這意味著在計算上找到兩個產生相同哈希的不同輸入是不可行的。

數字簽名和交易身份驗證

數字簽名是一種加密工具，用於驗證交易並確保不替代。在區塊鏈中，每次交易都是使用發件人的私鑰簽署的。然後將簽名附加到交易中並廣播到網絡。節點使用發件人的公鑰驗證簽名，以確保合法所有者授權交易。

該過程涉及多個步驟：

• 交易數據被哈希創建獨特的摘要。
• Digest用發件人的私鑰加密，創建數字簽名。
• 簽名以及原始交易和公鑰將發送到網絡。
• 節點使用公共密鑰解密簽名，並將其與接收到的交易數據的哈希進行比較。
• 如果值匹配，則該事務被認為是有效的。

該系統防止模仿並確保無法偽造交易。它還允許任何人驗證交易的真實性，而無需訪問諸如私鑰之類的敏感信息。

用密碼學確保共識機制

密碼學也是共識機制（例如工作證明（POW）和股份證明（POS）等共識機制的運作的組成部分。在POW中，礦工競爭基於哈希功能來解決加密難題。該難題需要找到一個與塊數據相結合後的nonce（隨機數），該拼圖會產生低於某個目標值的哈希。這個過程在計算密集型上，但易於驗證，以確保礦工投資真正的資源來增加塊。

在POS系統中，密碼學用於根據其股份隨機選擇驗證器，而數字簽名用於證明塊的有效性。可以使用加密可驗證的隨機功能（VRF）來確保驗證器選擇中的公平性和不可預測性。

這些機制依靠加密原則來防止惡意參與者控製網絡。整個區塊鏈的安全性取決於以下假設：密碼算法是安全的，並且私鑰仍然保密。

用戶利用密碼安全的實用步驟

為了完全受益於區塊鏈的加密保護措施，用戶必須遵循最佳實踐：

• 使用信譽良好的錢包軟件生成強大的私鑰，該軟件使用安全的隨機數生成器。
• 使用硬件錢包或紙錢包離線私鑰，以防止黑客入侵。
• 在發送資金之前，請仔細驗證公共地址，因為交易是不可逆的。
• 使用多簽名錢包來增加安全性，需要多個私鑰來授權交易。
• 在軟件錢包上啟用加密並使用強密碼來保護訪問。

即使底層區塊鍊是安全的，不遵循這些步驟也可能導致資金損失。

常見問題

有人可以猜出我的私鑰嗎？雖然從理論上講可能，但天文學的概率卻很低。私鑰為256位數字，這意味著可能組合2^256，比可觀察到的宇宙中的原子數還要多。當前技術實際上是不可能的。

如果兩項交易具有相同的哈希，會發生什麼？加密哈希功能設計為抗碰撞。儘管在數學上可能發生衝突，但在SHA-256或KECCAK-256中未發現實際碰撞。如果發現碰撞，它將破壞區塊鏈的安全性，並需要緊急協議更新。

區塊鏈加密與端到端加密相同嗎？否。區塊鏈默認情況下不會加密交易數據 - 大多數交易是公開的。密碼學用於身份驗證和完整性，而不是機密性。一些區塊鏈使用高級技術（例如零知識證明）提供可選的隱私功能。

如何在區塊鏈交易上驗證數字簽名？您可以使用區塊鏈資源管理器或命令行工具，例如Bitcoin core的verifymessage 。輸入消息，簽名和公共地址。該工具將使用橢圓曲線密碼學重新計算哈希並驗證簽名。