區(qū)塊鏈中的密碼學(xué)原理

區(qū)塊鏈和密碼學(xué)緊密相關(guān),，如比特幣采用的核心的公私鑰加密技術(shù)、數(shù)字簽名,、哈希等,，包括很多共識(shí)算法也是基于復(fù)雜的密碼學(xué)概念,，因此，在開始學(xué)習(xí)區(qū)塊鏈之前,，要先了解幾個(gè)核心的密碼學(xué)概念,，從而能夠更深入理解其在區(qū)塊鏈體系中的應(yīng)用。

哈希函數(shù)

哈希函數(shù)是把一個(gè)任意長(zhǎng)度的源數(shù)據(jù)經(jīng)過一系列算法變成一個(gè)固定長(zhǎng)度輸出值的方法,，概念很簡(jiǎn)單,，但其具備的幾個(gè)特性使它被各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

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第一個(gè)特性是單向不可逆性,。將一個(gè)輸入 x 進(jìn)行哈希運(yùn)算得到值 H(x)，這一過程很容易,，但是如果給定一個(gè)值 H(x),，幾乎不可能逆推得到 x 的取值，這一特性很好地保護(hù)了源數(shù)據(jù),。

第二個(gè)特性是抗碰撞性,。給定一個(gè)值 x 和另一個(gè)值 y，如果 x 不等于 y,，那 H(x) 幾乎不可能等于 H(y),，并非完全不可能，但是幾率非常低,，因此,，一個(gè)數(shù)據(jù)的 Hash 值幾乎是唯一的，這可以很好地用于身份驗(yàn)證等場(chǎng)景,。

第三個(gè)特性是哈希計(jì)算不可預(yù)測(cè),。很難根據(jù)現(xiàn)有條件推導(dǎo)出哈希值，但是很容易檢驗(yàn)是否正確,，這一機(jī)制主要應(yīng)用于PoW挖礦機(jī)制中。

加密/解密

加密機(jī)制主要分為對(duì)稱加密和非對(duì)稱加密兩類,。

對(duì)稱加密機(jī)制是兩方用同一個(gè)密鑰來進(jìn)行信息的加密和解密,，很方便，效率也很高,，但是密鑰的分發(fā)存在很大的風(fēng)險(xiǎn),，如果通過網(wǎng)絡(luò)等方式進(jìn)行分發(fā)，很容易會(huì)出現(xiàn)密鑰泄漏,，從而導(dǎo)致信息泄漏,。

非對(duì)稱加密機(jī)制主要指的是公私鑰加密機(jī)制，每個(gè)人通過算法生成一對(duì)密鑰,，稱為公鑰和私鑰,，如果 A 想發(fā)送一個(gè)信息給 B,，可以用 B 的公鑰對(duì)文件進(jìn)行加密，將加密后的信息發(fā)給 B,，這個(gè)過程中,，即使信息被截獲或出現(xiàn)泄漏，也不會(huì)暴露源文件,，所以可以用任何方式進(jìn)行傳播,，當(dāng) B 收到加密文件后，用自己的私鑰進(jìn)行解密,，從而獲取文件內(nèi)容,。B 的私鑰沒有經(jīng)過任何渠道進(jìn)行傳播，僅自己知道,，所以具備極高的安全性,。

在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，對(duì)很大的文件進(jìn)行非對(duì)稱加密效率較低,，所以一般采用一種組合機(jī)制：假設(shè) A 想發(fā)送一個(gè)大文件 D 給 B,，則先將文件 D 用一個(gè)密鑰 K 進(jìn)行對(duì)稱加密，再用 B 的公鑰對(duì)密鑰 K 進(jìn)行非對(duì)稱加密,。A 將加密后的密鑰 K 和文件 D 發(fā)送給 B,，期間即使被截獲或泄漏，因?yàn)闆]有 B 的私鑰,，所以無(wú)法得到密鑰 K,，也就無(wú)法訪問文件 D。B 收到加密后的文件和密鑰后,，則先用自己的私鑰解密得到密鑰 K,，再用密鑰 K 對(duì)文件 D 進(jìn)行解密，從而獲取文件內(nèi)容,。

數(shù)字簽名

數(shù)字簽名是非對(duì)稱加密機(jī)制的另一種用法,，上文講到每個(gè)人擁有一對(duì)生成的公鑰和私鑰，在加密/解密應(yīng)用中,，是用公鑰進(jìn)行加密,，用私鑰進(jìn)行解密，而數(shù)字簽名機(jī)制剛好相反,，假設(shè)一個(gè)文件持有者用自己的私鑰對(duì)文件進(jìn)行加密,，其他人可以用他的公鑰進(jìn)行解密，如果得到結(jié)果則可以證明文件的歸屬權(quán),。

數(shù)字簽名機(jī)制最典型的應(yīng)用就是比特幣區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中,，用私鑰證明自己對(duì)比特幣的歸屬權(quán)，對(duì)交易進(jìn)行簽名，其他人則可以用公鑰來驗(yàn)證交易是否合法,，整個(gè)過程無(wú)需暴露自己的私鑰,，保障了資產(chǎn)的安全。