什么是哈希算法？区块链如何确保数据安全？

哈希算法通过为区块和交易创建独特的，篡改的标识符来确保区块链中的数据完整性和安全性。

2025/06/14 19:08

了解哈希算法的基础知识

散列算法是一个数学函数，该函数获取输入（或“消息”）并返回固定大小的字符串字符串，该字符串通常是一个称为a Hash值的十六进制数字，或者简单地称为哈希。此过程是确定性的，这意味着相同的输入将始终产生相同的哈希。但是，即使输入的很小变化也会导致完全不同的输出。

哈希功能在各个领域中广泛使用，尤其是在计算机科学和密码学中。它们的关键属性包括：

• 确定性：相同的输入始终产生相同的哈希。
• 快速计算：对于任何给定输入，计算哈希值应该很容易。
• 图像前电阻：给定哈希值，确定原始输入的计算在计算上应该是不可行的。
• 碰撞电阻：应该很难找到两个导致相同哈希的不同输入。

这些特征使哈希算法在确保数据完整性和真实性方面必不可少。

最常用的哈希算法包括SHA-256（安全哈希算法256位），SHA-1和MD5，尽管由于脆弱性，后两个现在被认为是不安全的。

哈希在区块链技术中的作用

区块链在很大程度上依赖哈希算法来维持其分散和篡改的性质。区块链中的每个块都包含交易列表，时间戳以及通过其哈希对先前块的引用。

这是哈希对区块链结构的贡献：

• 块标识：每个块由其哈希唯一识别。如果块的内容发生了变化，则它的哈希也是如此。
• 链接块：一个块的哈希在下一个块中包括一个链条。先前块中的任何变化都需要重新计算所有后续的哈希。
• 篡改检测：因为甚至更改单个字符都完全改变了哈希，所以当数据被修改时，它变得很明显。

这种机制确保一旦将数据记录在区块链上，如果没有网络参与者的共识，就很难更改。

通过Merkle树数据完整性

除了将块链接在一起外，区块链系统还经常使用默克尔树（也称为哈希树）来确保块内交易数据的完整性。

这是他们的工作方式：

• 块中的所有交易都配对并反复进行，直到保留一个哈希为止 - 这是默克尔根。
• Merkle根存储在块标头中，使得可以在不下载整个块的情况下验证单个交易。
• 如果任何交易发生了变化，相应的哈希变化，这会传播树并最终改变默克尔根。

该分层哈希系统允许对大型数据集进行有效且安全的验证，从而增强可扩展性和安全性。

Merkle树在轻量级客户端实现（例如移动钱包）中至关重要，在此情况下，完整节点同步不可行。

工作证明和哈西的共识机制

Bitcoin的核心创新之一是使用工作证明（POW）作为共识机制，在很大程度上取决于哈希。

这是POW与Hashing合作的方式：

• 矿工竞争通过找到符合某些标准的哈希（例如，从特定数量的零开始）来解决加密难题。
• 他们通过反复将块标头用nonce（随机数）升级为止，直到找到所需的哈希为止。
• 一旦发现有效的哈希，矿工就会向网络播放验证的解决方案。
• 拼图的难度定期调整以保持一致的块时间，通常在Bitcoin大约十分钟。

此过程可确保更改过去的块需要重做自那时以来的所有计算工作，这在健康的网络中非常昂贵且不切实际。

通过哈希启用了不变性和安全功能

由于哈希，区块链实现了高水平的不变性和安全性。以下是：

• 篡改证据：数据的任何变化都会导致不同的哈希。由于每个块引用了上一个块的哈希，因此修改一个块无效所有后续块。
• 分布式信任：该网络不是依靠中央权威，而是共同验证了使用Hashing的区块链的正确性。
• 加密保证：哈希提供了一种在不透露数据的情况下对数据进行致力于数据的方式，提供隐私和诚信保证。

这些功能使区块链适用于需要强大的审核步道的应用，例如金融交易，供应链跟踪和数字身份验证。

• 权力下放：没有一个实体控制整个链。
• 透明度：所有参与者都可以查看分类帐并独立验证交易。
• 非申请：一旦确认交易，涉及各方就无法否认。

常见问题

问：可以逆转哈希以检索原始数据吗？

不，哈希是一个单向功能。虽然很容易从数据中计算一个哈希，但仅凭哈希的原始输入将原始输入反向工程在计算上是不可行的。

问：为什么SHA-256被认为可用于区块链使用？

SHA-256是SHA-2家族的一部分，尽管进行了广泛的研究，但仍未成功破坏。它的256位输出空间使蛮力攻击与当前的计算能力不切实际。

问：哈希与加密有何不同？

哈希将数据转换为固定长度值，并且是不可逆的。另一方面，加密使用密钥以可逆的方式编码数据，以后允许解密。

问：所有区块链都使用相同的哈希算法吗？

不，虽然Bitcoin（例如Bitcoin）的许多加密货币使用SHA-256，而其他加密货币则采用了不同的算法。例如，以太坊使用Ethash，Litecoin使用Scrypt。