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区块链技术介绍(二) 哈希函数

2018-07-10 16:57编辑:gdxmjs.com人气:


区块链技术介绍(二) 哈希函数

  哈希函数是指一类数学运算过程,它接受任意大小的输入值,经过一番运算后可以很快给出一个确定的固定长度的输出值,这个输出值可以作为这个输入值的数字指纹。正如对于双胞胎而言,他们各自的指纹也是独一无二的,哈希函数的设计使得它也具有同样的特性:即使是非常微小的输入值差别,哈希函数的运算结果也会有非常巨大的差异。除此以外,哈希函数没有任何启发式算法,输入和输出的关系看起来是完全随机的,例如给一个确定的输出结果,要求对应的输入值应该是多少,或者是要求输出结果小于某个值,问一个符合条件的输入值应该是多少,这些问题的求解没有什么技巧和方法可循,只能通过不断地进行尝试,尝试的次数越多,越有可能找到答案。

  我们可以利用哈希函数的这些特性实现很多功能。例如数据保护:将数据的内容和数据的哈希值一起发送,接收者对接收到的数据进行哈希运算,对比即可知道数据是否被篡改。再比如,网站在进行用户登录时,可以在数据库里存储用户密码的哈希值,与用户输入的密码的哈希值进行比对来验证身份,好处是如果数据库泄露,黑客也不能通过这些哈希值来反推出用户的密码,相对来说比较安全。

  值得注意的是,哈希函数的输入集合是无限的,而由于输出长度固定,输出的所有可能集合是有限的,根据鸽笼原理:n+1个元素放到n个集合中去,其中必定有一个集合里至少有两个元素。所以两个不同的输入值有相同的哈希值理论上是一定存在的,但是好在这样的事情发生的概率非常小,而且哈希函数也在不断改进, 魔域私服,SHA1函数就曾经被密码分析人员发现了有效的攻击方法,目前比特币在内的系统采用了更先进的SHA2系列算法,比特币多年的良好运行表明至少到目前为止SHA256算法经受了检验。此外,连续多次使用哈希函数也是一种更加安全的选择。

  哈希函数在比特币中有多处运用,可以说扮演了非常关键的角色。

  对交易信息进行压缩和验证

  由于区块链要处理的交易信息内容庞大,将每个块内的所有数据直接以序列的方式存储将会非常低效且耗时,但是利用哈希函数可以对信息进行压缩和验证。使用Merkle树可以很快验证某笔交易是否属于某个区块,它的简化示意图如下,对于打包到一个区块的所有交易,首先将它们划分为几个部分,如下图中的交易信息1、交易信息2……并计算出对应的哈希值1、哈希值2… …之后两两结合进行哈希运算,最终得到这个Merkle树的根哈希值。如果某一笔交易信息记录的数据有变化,那么最终算出来的Merkle根哈希值也会不一样。

区块链技术介绍(二) 哈希函数

  用于工作量证明,形成共识那么为什么要使用这样的算法,而不是直接将所有的交易信息串成一个大块并且算出它的哈希值呢?原因在于这样的二叉树结构可以允许仅仅进行少量数据的验证,同时如果交易的数据信息有误也可以快速定位至出错的位置。

  为什么都说区块链是不可篡改的呢?首先考虑一个如下的简单的哈希链:每次打包时包含上一个区块的哈希值和这个区块的相关信息,如果某一个块的信息被篡改了,往后所有块的哈希值都会有变化,其他人也会注意到这个变化。但是这样设计的问题在于任何人都可以修改某一个区块上的信息,重新计算剩余链条的所有信息,并且声称这才是正确的链。

  比特币设计的精妙之处在于,它使得要实现这样的过程需要付出昂贵的成本。它采用工作量证明的共识机制,大家争相证明自己完成了一定的工作量,最先完成的获得记账权。而工作量指的就是要求找到一个随机数,使得它加上一个给定的字符串后计算得到的哈希值小于某个值。在比特币中,这个给定的字符串包含了版本号、上一个区块的哈希值、以Merkle根哈希值存放的交易信息,时间戳、难度值的信息。矿工找到符合要求的随机数,既“合法”宣告了自己的记账权,也通过哈希函数完成了对交易信息的编码,并以一种不可篡改的方式存储。如果有人试图想更改交易信息,他必须运气特别好,能够快速且成功地找到往后链条的每个区块的正确的随机数,使得他篡改信息后的链条成为当前最长的链条,这样的情况理论上的确可能发生,但是在算力有限的情况下,概率比较小。

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(来源:长坊新闻网)

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