密码学在区块链中的作用是什么？

密码学通过哈希，数字签名和公钥加密来确保区块链，从而确保数据完整性，身份验证和对分散网络的信任。

2025/08/03 15:42

了解区块链安全的基础

密码学是区块链技术的基石，提供了确保数据完整性，身份验证和机密性的基本工具。没有加密技术，区块链的分散性质将容易受到篡改，欺诈和未经授权的访问的影响。使用加密算法确保了在区块链上记录的每笔交易，这些算法几乎不可能改变一旦得到确认。通过使用哈希函数，数字签名和公共密码学来实现这种安全性，这些函数与信任网络保持一致。

区块链的不变性在很大程度上取决于加密哈希。每个块包含从其数据和上一个块的哈希得出的唯一哈希。数据的任何变化都会大大改变哈希，打破链条并提醒网络潜在的篡改。这创建了一个自我审核的生态系统，每个节点都可以验证整个链的完整性。

公用密码学如何实现所有权和身份

密码学在区块链中最关键的应用之一是公钥密码学，也称为非对称密码学。该系统使用一对键：公共密钥，该密钥充当网络上每个人都可以看到的地址，以及一个私钥，该密钥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，而其他人可以使用相应的公钥验证真实性。

该机制可确保只有数字资产的合法所有者才能授权其转让。例如，在Bitcoin中，如果爱丽丝想将BTC发送到鲍勃，她用私钥签署了交易。网络节点使用其公共密钥验证签名，证实该请求是合法的。这个过程消除了中央权力验证所有权的需求，从而实现对等价值转移。

至关重要的是要了解丢失私钥意味着失去对关联资产的永久访问。没有恢复机制，因为该系统被设计为无信任和分散的。因此，用户必须安全地存储其私钥，通常使用硬件钱包或加密软件解决方案。

哈希功能在数据完整性中的作用

哈希功能在维持区块链数据的完整性方面起着关键作用。加密哈希函数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。相同的输入总是会产生相同的哈希，但即使输入（例如更改单个字符）也会产生相同的变化，以完全不同的哈希进行重新分配。

在区块链中，每个块包含其自己的数据的哈希和上一个块的哈希。这创建了一系列块，每个链接都取决于它之前的链接。如果攻击者试图在过去的块中修改事务，则该块的哈希发生变化，使所有后续块无效。由于网络需要就最长的有效链上达成共识，因此这种攻击将需要重新计算链中的所有哈希并控制网络计算能力的50％以上，这一壮举被称为51％的攻击，这是极其困难且昂贵的。

区块链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 。这些算法设计为具有碰撞的算法，这意味着在计算上找到两个产生相同哈希的不同输入是不可行的。

数字签名和交易身份验证

数字签名是一种加密工具，用于验证交易并确保不替代。在区块链中，每次交易都是使用发件人的私钥签署的。然后将签名附加到交易中并广播到网络。节点使用发件人的公钥验证签名，以确保合法所有者授权交易。

该过程涉及多个步骤：

• 交易数据被哈希创建独特的摘要。
• Digest用发件人的私钥加密，创建数字签名。
• 签名以及原始交易和公钥将发送到网络。
• 节点使用公共密钥解密签名，并将其与接收到的交易数据的哈希进行比较。
• 如果值匹配，则该事务被认为是有效的。

该系统防止模仿并确保无法伪造交易。它还允许任何人验证交易的真实性，而无需访问诸如私钥之类的敏感信息。

用密码学确保共识机制

密码学也是共识机制（例如工作证明（POW）和股份证明（POS）等共识机制的运作的组成部分。在POW中，矿工竞争基于哈希功能来解决加密难题。该难题需要找到一个与块数据相结合后的nonce（随机数），该拼图会产生低于某个目标值的哈希。这个过程在计算密集型上，但易于验证，以确保矿工投资真正的资源来增加块。

在POS系统中，密码学用于根据其股份随机选择验证器，而数字签名用于证明块的有效性。可以使用加密可验证的随机功能（VRF）来确保验证器选择中的公平性和不可预测性。

这些机制依靠加密原则来防止恶意参与者控制网络。整个区块链的安全性取决于以下假设：密码算法是安全的，并且私钥仍然保密。

用户利用密码安全的实用步骤

为了完全受益于区块链的加密保护措施，用户必须遵循最佳实践：

• 使用信誉良好的钱包软件生成强大的私钥，该软件使用安全的随机数生成器。
• 使用硬件钱包或纸钱包离线私钥，以防止黑客入侵。
• 在发送资金之前，请仔细验证公共地址，因为交易是不可逆的。
• 使用多签名钱包来增加安全性，需要多个私钥来授权交易。
• 在软件钱包上启用加密并使用强密码来保护访问。

即使底层区块链是安全的，不遵循这些步骤也可能导致资金损失。

常见问题

有人可以猜出我的私钥吗？

虽然从理论上讲可能，但天文学的概率却很低。私钥为256位数字，这意味着可能组合2^256，比可观察到的宇宙中的原子数还要多。当前技术实际上是不可能的。

如果两项交易具有相同的哈希，会发生什么？

加密哈希功能设计为抗碰撞。尽管在数学上可能发生冲突，但在SHA-256或KECCAK-256中未发现实际碰撞。如果发现碰撞，它将破坏区块链的安全性，并需要紧急协议更新。

区块链加密与端到端加密相同吗？

否。区块链默认情况下不会加密交易数据 - 大多数交易是公开的。密码学用于身份验证和完整性，而不是机密性。一些区块链使用高级技术（例如零知识证明）提供可选的隐私功能。

如何在区块链交易上验证数字签名？

您可以使用区块链资源管理器或命令行工具，例如Bitcoin core的verifymessage 。输入消息，签名和公共地址。该工具将使用椭圆曲线密码学重新计算哈希并验证签名。