在区块链的背景下，密码学是什么？

了解密码学在区块链中的作用

密码学在区块链的背景下是指确保数据保护并确保在分散网络上存储和传输的信息的完整性，真实性和机密性的应用。它构成了区块链技术的支柱，从而无需中央权威就可以在各方之间进行无信任的互动。密码学确保一旦将数据写入区块链，就无法将其更改，从而使系统高度抵抗篡改。这是通过诸如哈希，数字签名和公开密码学之类的机制来实现的。如果没有这些加密工具，区块链系统将容易受到欺诈，双支出和未经授权的访问的影响。

哈希功能和数据完整性

区块链中的基础加密组件之一是哈希函数，尤其是Bitcoin中使用的SHA-256算法。哈希功能获取任何大小的输入数据，并产生固定尺寸的输出，称为哈希。该哈希是输入数据独有的，这意味着即使输入的较小变化也会导致完全不同的哈希。此属性对于维持区块链上的数据完整性至关重要。每个块包含上一个块的哈希，创建了相互依赖的块链。如果有人试图在上一个块中更改交易，则该块的哈希发生变化，这使所有后续块无效。这使得篡改明显和计算上是不可行的。区块链的不变性直接与加密哈希函数的确定性和单向性质有关。

公钥加密和数字签名

公共钥匙密码学，也称为非对称密码学，是另一个核心元素。它涉及使用公钥和私钥。可以公开共享公共密钥，并用于接收资金或验证签名，而私钥必须保密并用于签署交易。当用户启动交易时，他们会用私钥签名。然后，网络中的其他节点可以使用发件人的公钥来验证签名是否有效，并且交易起源于合法所有者。此过程可确保身份验证和非替代性，这意味着发件人不能否认已发送交易。该系统的安全性依赖于从公共密钥中得出私钥的计算困难，这是大多数区块链中椭圆曲线加密（ECC）提供的功能。

如何使用密码学确保交易的方式

当用户发送加密货币时，交易是用输入（资金来源），输出（目标地址）和元数据构建的。在广播之前，交易是使用发件人的私钥签署的。该签名附在交易数据上，并通过网络节点进行验证。验证过程涉及检查：

• 数字签名与交易数据匹配
• 公钥对应于花费的地址
• 用于生成签名的私钥确实控制了输入资金该密码验证可防止未经授权的支出，并确保只有合法所有者才能转移资产。经过验证后，将交易分组为一个块，并在达成共识后，通常通过工作证明或验证证明。

  加密共识和网络安全

  密码学还在共识机制中起作用。在Bitcoin等工作证明系统中，矿工必须解决涉及SHA-256哈希功能的加密拼图。他们反复使用变化的nonce哈希标头，直到产生的哈希达到特定的难度目标（例如，从一定数量的零开始）。这个过程是有意的，资源密集型，使操纵区块链成本高昂。第一个找到有效哈希的矿工会广播块，而其他矿工则使用相同的哈希功能对其进行验证。该加密证明可确保添加块需要真正的计算努力，阻止恶意演员。在验证系统中，密码学可以确保验证器的选择和签名验证，从而确保只有合格的参与者才能提出和证明块。

  钱包安全和钥匙管理

  加密原则扩展到用户如何存储和管理其资产。区块链钱包不存储硬币；他们存储了私人钥匙，可以在区块链上授予对资金的访问。钱包使用加密技术来确保这些密钥：
• 层次确定性（HD）钱包使用加密推导功能从单个种子短语中生成一键
• 使用BIP-39标准生成种子短语（12或24个单词） ，该标准将熵转换为人类可读格式
• 加密应用于钱包文件以保护静止的私钥失去私钥意味着由于没有中央恢复机制而永久失去对资金的访问。相反，暴露私钥允许任何人签署交易并窃取资金。建议用户离线存储种子短语，并使用硬件钱包，这些软件钱包隔离了与Internet连接设备的私钥。

  关于密码学在区块链中的常见问题

  如果密码学破裂，可以将区块链入侵吗？是的，如果将基础的加密算法（例如SHA-256或ECDSA）受到损害，则区块链的整个安全模型将处于危险之中。例如，如果攻击者可以逆转哈希或从公共密钥中得出私钥，则他们可以进行交易或改变块。但是，这些算法目前被认为是针对古典计算机的安全性。量子计算构成了理论上的威胁，但是正在研究量词后加密来解决此问题。

  如果两项交易具有相同的哈希，会发生什么？当两个不同的输入产生相同的哈希时，就会发生哈希碰撞。诸如SHA-256之类的加密哈希功能旨在使该计算上不可行。如果要在区块链中发生碰撞，则有可能允许攻击者代替一个区块。迄今为止，在SHA-256中尚未发现实际碰撞，从而确保了系统的可靠性。

  节点如何在不知道私钥的情况下验证数字签名？节点在椭圆曲线密码学中使用私钥和公钥之间的数学关系。使用私钥和交易数据生成签名。验证算法使用公钥，签名和原始数据来确认签名的有效性。之所以起作用，是因为该算法可以证明签名是由相应的私钥创建的，而无需透露签名。

  是否可以恢复丢失的私钥？不，没有办法恢复丢失的私钥。公开密码学的安全性取决于单向函数，该功能使得从公共密钥计算上衍生出私钥。用户必须依靠种子短语等备份。如果私钥和种子短语都丢失，那么资金将永久无法访问。