哈希函數：區塊鏈中的理論與實踐

哈希函數對加密貨幣如此重要的原因是什麼？簡短的回答是：它將任意大小的信息轉換爲一個緊湊的、唯一的固定長度代碼。這正是整個比特幣區塊鏈構建的魔法所在。

基本原則：哈希如何工作

在最簡單的層面上，哈希是一個數學過程，它從可變輸入生成固定的輸出。使用了被稱爲哈希算法的特殊公式。當談論加密貨幣時，通常指的是加密哈希函數——這使得系統能夠達到高水平的安全性和數據完整性。

關鍵特性：對於相同的輸入，結果始終相同。如果您通過SHA-256處理單詞“Binance”，將得到f1624fcc63b615ac0e95daf9ab78434ec2e8ffe402144dc631b055f711225191。再運行一百次，結果將是相同的。這被稱爲確定性。

看看最小變化時會發生什麼。單詞 “binance” 小寫字母給出一個完全不同的哈希：59bba357145ca539dcd1ac957abc1ec5833319ddcae7f5e8b5da0c36624784b2。但兩個輸出代碼都是正好 64 個字符 (256 位)，和所有的 SHA-256 哈希一樣，無論你是哈希一個單詞還是一個完整的文檔。

單向性：爲什麼哈希很難“反轉”

所有的密碼哈希函數都被設計爲單向函數。簡單來說：去那兒很容易，從那兒回來很難。從輸入到輸出——這只是按一下按鈕。而從輸出再回到輸入——這就需要百萬次嘗試。

正是這個特性保護了比特幣免受攻擊。沒有任何惡意行爲者能夠確定用於生成特定哈希的數據，除非擁有巨大的計算資源。

三個加密安全支柱

爲了使哈希函數被認爲是安全可靠的，它必須滿足三個標準：

抗碰撞性意味着幾乎不可能找到兩個不同的輸入產生相同的哈希。當然，從理論上講，這種"碰撞"是存在的(因爲輸入是無限的，而輸出是有限的)，但在合理的時間內找到它們的可能性很小。SHA-256被認爲是抗碰撞的，而SHA-1則不再如此——科學家們在那發現了漏洞。

對第一印象的抗性 – 是指僅憑輸出無法找到輸入。您不能僅僅通過其哈希值“破解”消息。這對密碼保護至關重要：系統存儲的是密碼的哈希，而不是密碼本身。

對第二次預映的抗性 - 更復雜的攻擊，其中攻擊者試圖找到一個能生成與之前相同哈希值的入侵入口。無論是什麼哈希函數，只要對碰撞具有抗性，它就會自動抵御這種攻擊。

哈希在做真正重要的工作

普通哈希被廣泛用於數據庫搜索和大文件的完整性檢查。而密碼學變體則用於消息安全和數字籤名。

但真正的魔力在比特幣區塊鏈中展開。在這裏，哈希函數在每一個步驟中都發揮作用：形成梅克爾樹、將區塊連接成鏈、驗證交易。幾乎所有的加密貨幣協議都依賴於哈希來將交易組連接成區塊，並在它們之間創建加密連結。

哈希如何保護比特幣挖礦

在比特幣挖礦中，這實際上是一場哈希競爭。礦工必須執行數百萬次哈希操作才能找到下一個區塊的正確解決方案。

這件事的本質在於：區塊候選人的哈希必須以一定數量的零開頭，以便區塊被網路接受。這些零越來越多——難度越高。在開始時可能是兩個零，然後是三個，接着是五個……這取決於哈希率——所有礦工投入的總計算能力。

當更多的人開始挖礦時，哈希率上升，Bitcoin自動提高了難度，以保持區塊形成時間在大約10分鍾。如果哈希率下降(一些礦工將停止工作)，難度將降低，以便於挖礦。

主要：礦工不需要尋找 “完美” 哈希。他們只需找到 一個 許多可接受的哈希之一，這些哈希以所需數量的零開頭。這正是使系統穩健和公平的原因。

結論：爲什麼知道這件事很重要

哈希函數是整個密碼學和信息安全的基石之一。與密碼學結合，哈希函數成爲保護數據和身分驗證的極其強大工具。

在區塊鏈世界中，理解哈希函數是如何工作的，這不僅僅是一個有趣的細節。這是整個比特幣和大多數現代加密貨幣網路安全的基礎。每一個區塊、每一筆交易、每一個密鑰——這一切都依賴於這種簡單但極其強大的數學。