哈希函數 – 你需要了解的關於這項關鍵技術的所有信息

在密碼學和區塊鏈中，哈希不僅僅是一個技術術語——它是將系統維系在一起的基礎。但它究竟是什麼呢？

哈希函數的作用是什麼？

哈希函數是一種數學算法，它將任意大小的數據轉換爲固定長度的輸出。可以把它看作是一種工具，無論你輸入多少信息，它總是產生相同大小的“指紋”。

有兩種主要類型的哈希函數：傳統和密碼學哈希函數。後者是推動區塊鏈和安全系統發展的關鍵。這些函數的一個核心特性是它們是確定性的——相同的輸入總是生成相同的輸出。沒有變化，沒有驚喜。

但這裏有一個真正有趣的地方：加密哈希函數被設計爲單向函數。這意味着從輸入生成哈希是簡單的，但幾乎不可能反向操作——僅憑哈希恢復原始數據。你需要數百萬年的計算能力才能嘗試。

它在實踐中如何運作？

取 SHA-256，它在比特幣中使用。該哈希函數始終生成256位輸出。如果你將單詞“Bitcoin”輸入其中，將得到一個結果。只需將一個字母更改爲“bitcoin”，整個結果就會急劇變化——盡管輸入幾乎是相同的。

這裏是示例：

• 輸入： “比特幣” → 輸出： c6047f944b970d40c98bdf66dedfb86191c0f867b4d6fdbb76efad1e107efc41
• 輸入： “bitcoin” → 輸出： 6b88c08733550c7e2e7e9f39b8d5b3e2c1a8d5f6g7h8i9j0k1l2m3n4o5p6q7

SHA-256是SHA-2組的一部分。還有SHA-1和其他變種，但目前僅將SHA-2和SHA-3視爲對現代應用程序足夠安全。

爲什麼哈希如此重要？

哈希函數解決了一個基本問題：如何驗證大量數據沒有被篡改，而不需要存儲所有數據？答案是：你使用哈希值。

一個小的哈希可以代表一個千兆字節的數據。如果有人改變了原始數據的哪怕一位，哈希也會完全不同。這使得欺詐變得不可能而不會被揭露。

在比特幣中，哈希算法無處不在：

• 爲了將交易連結在一起
• 爲了在區塊內創建Merkle樹
• 以在鏈中連結區塊
• 爲了確保一切保持不變

三個安全支柱

一個強健的密碼學哈希函數必須具備三個特性：

碰撞抗性：找到兩個不同的輸入產生相同的哈希幾乎是不可能的。從理論上講，碰撞總是存在的——輸入的可能性是無限的，但輸出是有限的。然而，一個安全的哈希函數使得這變得極其困難，以至於所需的時間超過宇宙的年齡。

預映射抗性：給定一個哈希值，你無法反向推導出原始值。這就是單向函數對於密碼和認證而言如此有價值的原因。

第二預映抵抗性：你無法找到一個全新的消息，其生成的哈希與另一個已知消息相同。這在難度的另外兩個屬性之間。

挖礦：當哈希與經濟相遇

比特幣挖礦是哈希真正展現其力量的地方。礦工必須爲他們的候選區塊找到一個哈希值，該值以一定數量的零開頭。這稱爲滿足難度。

沒有捷徑 – 你只需一個接一個地嘗試輸入，直到成功。如果網路的總計算能力 (hashhastigheten) 增加，難度會自動調整，以確保區塊生成大約每十分鍾一次。

有趣的是，礦工不需要找到獨特的碰撞。一個區塊有許多有效的解決方案——只要滿足難度標準的任何解決方案都可以。首先到達目標者獲勝。

這個過程使比特幣更加穩健。投入到網路中的計算能力越多，它就變得越安全。由於挖礦在經濟上是昂貴的，因此試圖作弊是一個壞主意。

結束語

哈希不僅僅是一個技術奇觀——它是區塊鏈技術的支柱。與加密技術一起，哈希函數在一個否則不可能實現的規模上提供安全性和驗證。無論你對比特幣、以太坊還是其他任何區塊鏈協議感興趣，幾乎可以肯定強大的哈希函數在幕後工作，維持着系統的運行。