SHA-256（安全雜湊演算法 256 位）

SHA-256 是一種將任意資料壓縮成 256 位元「指紋」的雜湊演算法，能夠產生固定長度且難以逆向還原原始資料的結果。此演算法廣泛應用於比特幣挖礦、區塊鏈連結、交易集合的 Merkle 根、地址驗證及 API 簽名，有效確保資料的一致性與防篡改性。SHA-256 於 2001 年由 NIST 標準化，目前在 Web3 領域被用來進行快速比對與驗證，但並不具備加密或隱私保護功能。

內容摘要

SHA-256 是一種密碼學雜湊演算法，可將任意長度資料轉換為固定 256 位元（32 位元組）的雜湊值。

比特幣區塊鏈使用 SHA-256 進行工作量證明挖礦與交易資料驗證，確保網路安全。

該演算法具有單向性與抗碰撞性，幾乎不可能從雜湊值反推出原始資料，或找到相同雜湊值的不同輸入。

SHA-256 計算需要大量算力，這也是比特幣挖礦耗能高的主要原因之一。

什麼是 SHA-256？

SHA-256 是一種可將任意資料映射為固定長度 256 位元「指紋」的雜湊演算法，主要用於驗證資料是否遭到變更。它無法還原原始內容，也不具加密功能，僅負責穩定產生可比對的指紋。

可以將雜湊比喻為快照：同一輸入必定產生相同的指紋，只要有任何一位變動，指紋就會完全不同。這項特性讓節點能迅速偵測資料是否遭竄改，進而奠定區塊鏈的信任基礎。

SHA-256 為什麼在 Web3 中重要？

SHA-256 在 Web3 領域之所以重要，是因為它提供低成本的一致性校驗與抗竄改能力，是區塊鏈記帳、節點同步與交易驗證的根本。缺乏可靠的雜湊，去中心化網路將難以協同運作。

在鏈上，區塊彼此透過前一區塊的指紋串連；在礦工端，工作量證明仰賴大量重複計算指紋；在用戶端，錢包與交易訊息則透過指紋比對，確保內容未遭變動。如此一來，所有參與者即使互不信任，仍可驗證結果一致。

SHA-256 的原理是什麼？

SHA-256 的運作原理是將輸入資料切分後，進行多輪位元運算與混合（如旋轉與置換），最終壓縮成 256 位元的輸出。它具備三大核心安全特性：抗碰撞、抗原像與雪崩效應。

抗碰撞指兩個不同的輸入極難產生相同指紋；抗原像意指即使已知指紋，幾乎無法反推出原始內容；雪崩效應則是輸入只要有微小變化，輸出就會大幅改變。這些特性源自標準化的運算流程。NIST 於 2001 年發布 SHA-2 系列（2015 年更新至 FIPS PUB 180-4），截至 2025 年仍未有實用級 SHA-256 碰撞的公開案例。

SHA-256 在比特幣中如何應用？

比特幣將 SHA-256 應用於工作量證明與區塊結構。礦工會不斷調整區塊標頭中的「隨機數」來計算雜湊，直到指紋小於難度目標，才算產生有效區塊。

區塊標頭包含前一區塊的指紋，使各區塊相互串連，任何變動都會連鎖影響後續指紋，難以偽造。交易集合則透過「Merkle 樹」（將多筆交易的指紋層層合併）形成「根指紋」，寫入區塊標頭，便於快速驗證交易是否屬於該區塊。自 2009 年比特幣上線以來，始終以 SHA-256 執行上述流程。

SHA-256 在錢包地址與交易校驗中如何運作？

在錢包地址方面，常見做法是先將公鑰進行雜湊，再為地址加入校驗碼。以比特幣為例，地址的校驗碼來自對版本與雜湊資料進行「雙重 SHA-256」後取前 4 位元組，用以辨識輸入錯誤，避免資金誤轉。

在交易校驗上，節點會對交易資料計算指紋以比對一致性。只要有任何欄位變動，指紋立即不同，節點將拒絕此類交易或視為不同對象。這種比對僅需計算，不需仰賴中心化第三方。

SHA-256 在 Gate 應用場景中如何發揮作用？

在交易所場景，SHA-256 主要用於兩大類：介面簽章與資料校驗。許多平台的 API 簽章採用「HMAC-SHA-256」或類似方案（HMAC 為帶密鑰的雜湊簽章），確保僅有持有密鑰者能產生正確簽章。使用 Gate 介面時，需依 Gate 文件規範的雜湊演算法與簽章格式產生並驗證簽章。

此外，後台會對充值紀錄、檔案或訊息進行指紋計算，若資料異動可即時發現。例如，產生檔案的 SHA-256 指紋並於上傳後比對，可檢查傳輸過程是否損毀。涉及資金時，正確實作簽章與校驗極為關鍵。

SHA-256 如何計算並整合至專案？

第一步：明確輸入資料。確認要計算的是原始文字、二進位檔案或結構化訊息，並保持編碼一致。

第二步：選擇工具或函式庫。常見做法是在 Linux 使用「sha256sum」，或於專案中呼叫語言函式庫（如 Python 的 hashlib、Node.js 的 crypto）。

第三步：計算指紋並保存。取得的指紋通常以十六進位表示，作為校驗基準隨資料一併記錄。

第四步：進行一致性比對。接收端重複計算相同輸入，若指紋一致則視為未變動；若不一致則拒絕或警示。

第五步：需簽章時使用 HMAC-SHA-256。將密鑰與訊息依文件規範組合後計算簽章，於伺服器端以相同規則驗證，避免遭偽造或竄改。

SHA-256 與 SHA-1、SHA-3 等演算法有何不同？

SHA-256 屬於 SHA-2 系列，安全性遠高於已遭破解的 SHA-1。SHA-3（基於 Keccak）則是另一套設計路徑，對某些結構化攻擊有更強抗性，於新系統中逐漸普及。BLAKE2/BLAKE3 強調速度與平行性，適用於高效能場域。

在區塊鏈生態中，許多早期系統（如比特幣）因歷史與相容性採用 SHA-256；新專案則會依需求選擇 SHA-3 或 BLAKE 系列。選擇時需考量標準化程度、生態支援與效能特性。

使用 SHA-256 有哪些風險與迷思需避免？

迷思一：將 SHA-256 當加密。雜湊不會隱藏內容，只是產生指紋；敏感資料仍需加密保護。

迷思二：以純 SHA-256 儲存密碼。應使用帶「鹽」（為每組密碼加入獨特隨機值）的密碼雜湊與延展方案，如 PBKDF2 或 Argon2，以降低被猜中的風險。

迷思三：忽略長度擴展攻擊。原始 SHA-256 不適合用於訊息認證；需用 HMAC-SHA-256 防止攻擊者在不知密鑰下，仍可擴展訊息並通過驗證。

迷思四：輕忽密鑰與實作細節。在 API 簽章中若密鑰外洩或參數組合錯誤，可能導致資金風險。務必遵循 Gate 文件、限制密鑰權限並定期輪換密鑰。

關於量子運算：理論上會降低原像搜尋難度，但實務上目前尚無迫切替代需求。對資金系統而言，合規密鑰管理與正確實作更為關鍵。

總結：理解 SHA-256 的關鍵要點是什麼？

SHA-256 以固定長度指紋校驗資料一致性與抗竄改，是區塊鏈信任的基石。它廣泛應用於比特幣的工作量證明、區塊連結與交易驗證，也常見於地址校驗碼與 API 簽章。實際應用需選對場景：校驗用雜湊，認證用 HMAC；密碼儲存則需加鹽與延展；實作時應遵循平台文件並妥善管理密鑰。隨著生態與標準發展，可預見的未來，SHA-256 仍是 Web3 系統穩定可靠的核心元件。