什么是哈希？推动区块链世界安全的技术

哈希函数是一个数学过程，它根据可变大小的输入数据生成固定大小的输出。这个过程是通过特定的数学公式实现的，这些公式被称为哈希函数，通过计算算法来实现。

虽然存在不包含加密元素的哈希函数，但所谓的加密哈希函数构成了加密货币的核心技术。正是由于这些函数，区块链网络和其他分布式系统能够在其数据中实现显著的安全性和完整性。

哈希函数的基本特征

所有的哈希函数，无论是传统的还是加密的，都共享一个基本属性：确定性。这意味着，只要输入数据保持不变，哈希算法将始终生成相同的结果 (，也称为摘要或哈希)。

用于加密货币的哈希算法被设计为单向函数，这意味着在没有投入过多时间和计算资源的情况下，几乎不可能将其逆转。从实际角度来看，从输入生成输出非常简单，但从输出推导输入则极其困难(。一般来说，原始输入从哈希中获取的复杂性越高，算法被认为就越安全。

哈希函数的工作原理

不同的哈希函数产生不同大小的结果，但每个特定算法的输出大小始终是恒定的。例如，SHA-256算法只能生成256位的结果，而SHA-1则始终产生160位的摘要。

为了说明这个概念，让我们分析在通过 SHA-256 算法处理 "Palabra" 和 "palabra" 时会发生什么，)这是比特币使用的相同算法(:

| 输入 | SHA-256 输出 )256 位( | |---------|----------------------------| |单词 |f39c96107d7bb9e4870c5a4859d95d9329d3cbac1f9a8d3bd4d9b9d62f526e8c | |单词 |8460a8a5855f48887cc55e1f95a20c34835915d43a04fdcf25723643896d9527 |

观察到一个最小的变化)首字母大写(会生成一个完全不同的哈希值。然而，使用SHA-256时，输出总是会有固定的大小为256位)或64个十六进制字符(，无论输入的大小如何。此外，无论我们通过算法处理这两个词多少次，输出将保持不变。

如果我们使用 SHA-1 算法和相同的输入，则会得到以下结果：

| 输入 | SHA-1 哈希 )160 位( | |---------|-------------------------| |单词 |2a3d74e31e7b9dc5596ef0dfdbec3367dee5ece8 | |单词 |9661166b561e30e68bb7c4be3b1799e749d925be |

有趣的是，SHA代表安全哈希算法 )安全哈希算法(。该名称包括一组加密哈希函数，包括SHA-0和SHA-1算法，以及SHA-2和SHA-3系列。SHA-256是SHA-2系列的一部分，与SHA-512和其他变体一起。目前，只有SHA-2和SHA-3系列被认为是加密安全的。

哈希在数字技术中的重要性

传统哈希函数有多种应用，包括数据库搜索、大型文件分析和数据高效管理。而密码学哈希函数在计算机安全应用中被广泛使用，如消息认证和数据完整性验证。在比特币的背景下，这些函数是挖矿过程的一个不可或缺的部分，并在地址和密钥的生成中发挥着关键作用。

哈希的真正潜力在于处理大量信息时显现出来。例如，可以通过哈希函数处理一个大型文件或数据集，并使用结果快速验证原始数据的完整性和准确性。这得益于哈希函数的确定性：相同的输入总是产生一个压缩和简化的输出)哈希(。此方法消除了存储和“记忆”大量数据的需要。

哈希在区块链技术的背景下尤其重要。比特币的区块链包含多个与哈希相关的操作，主要是在挖矿过程中。实际上，几乎所有的加密货币协议都依赖于哈希函数来将交易打包成区块，并在每个区块之间创建加密链接，从而形成区块链。

加密哈希函数的基本属性

一个实现了加密技术的哈希函数被定义为加密哈希函数。解密加密哈希函数通常需要大量的暴力尝试。要“逆转”一个加密哈希函数，需要通过试错选择不同的输入，直到获得所需的输出。然而，不同的输入可能产生相同的结果，这种情况被称为“碰撞”。

从技术上讲，要将加密哈希函数视为安全，它必须满足三个基本属性：

) 1. 抗碰撞性

定义：无法实际找到两个不同的输入产生相同的哈希。

当不同的输入生成相同的哈希时，就会发生碰撞。哈希函数被认为是抗碰撞的，直到有人发现这种碰撞。重要的是要提到，由于可能的输入数量是无限的，而可能的输出数量是有限的，因此碰撞总是会存在于任何哈希函数中。

因此，当检测到碰撞的概率微乎其微，甚至需要数百万年的计算才能实现时，哈希函数被认为是抗碰撞的。因此，虽然不存在完全无碰撞的哈希函数，但有些函数如此强大，以至于被认为是密码学上安全的###，如SHA-256(。

在不同的SHA算法中，SHA-0和SHA-1组不再被认为是安全的，因为已经检测到碰撞。目前，只有SHA-2和SHA-3系列被认为是抗碰撞的。

) 2. 对于预映像的抗性 ###o 寻找第一个预映像(

定义：在给定的输出)中，实质上无法“反转”哈希函数以找到输入。

这个属性与单向函数的概念密切相关。当仅使用生成的输出来确定输入的概率极低时，哈希函数被认为是抗预映像的。

这个属性不同于抗碰撞性，因为在这里攻击者试图具体发现生成特定哈希的输入，而不是任何一对产生相同哈希的输入。

预映像抗性对数据安全至关重要，因为它允许使用消息的哈希来验证其真实性，而无需透露额外信息。在实践中，许多网络服务提供商仅存储基于密码生成的哈希，而不是以明文格式保存它们。

( 3. 对第二前像的抗性

定义：实际无法找到一个第二个输入，生成与已知输入相同的哈希。

该属性概念上位于前两者之间。第二原像攻击是指找到一个特定的输入，该输入能够生成与之前已知的另一个输入产生的输出相同的输出。

换句话说，这种攻击类型涉及检测碰撞，但不是寻找两个随机输入生成相同的哈希，而是目标是找到一个替代输入，能够重现由另一个已知输入生成的哈希。

因此，任何抗碰撞的哈希函数也抵御第二原像攻击，因为后者必然需要发生碰撞。然而，针对抗碰撞函数进行第一次原像攻击是可能的，因为这涉及从一个特定的输出寻找一个特定的输入。

采矿和哈希函数

比特币的挖矿过程包含许多使用哈希函数的步骤。这些操作包括余额验证、交易输入和输出的链接，以及将所有交易组合成一个区块以形成默克尔树。然而，确保比特币区块链安全的主要因素之一是矿工必须进行大量的哈希操作，以找到下一个区块的正确解。

矿工在生成候选区块的哈希时必须使用不同的输入。只有当生成的哈希以一定数量的零开头时，该区块才是有效的。所需的零的数量决定了挖矿的难度，并根据网络的哈希率而变化。

哈希率代表在比特币挖矿中投入的计算能力。如果哈希率增加，比特币协议会自动调整挖矿难度，以保持平均区块创建时间约为10分钟。如果多个矿工停止活动，导致哈希率显著下降，挖矿难度将暂时下调)，直到平均区块生成时间恢复到10分钟###。

重要的是要指出，矿工不需要寻找特定的碰撞，因为存在多个哈希可以构成一个有效的输出(，前面有所需数量的零)。因此，对于特定的区块，有多种可能的解决方案，矿工只需要根据当前挖矿难度设定的阈值找到其中之一。

由于比特币挖矿是一项具有相当高能源和经济成本的活动，矿工们缺乏试图欺骗系统的动力，因为这将导致重大的财务损失。因此，加入区块链网络的矿工越多，这个网络就会变得越强大和安全。

哈希函数在现代密码学中的重要性

哈希函数是计算机科学中的基本工具之一，特别是在处理大量数据时。当与密码学技术结合时，哈希算法变得极其宝贵，以多种方式提供安全性和身份验证。

加密哈希函数是当前几乎所有加密货币网络中的基本元素。理解它们的属性和工作机制对于任何对区块链技术及其在数字金融生态系统中的应用感兴趣的人来说都是必不可少的。

将这些数学功能集成到区块链系统中，可以确保记录的不可变性、高效的交易验证以及安全的加密地址生成，这些是构建一个可靠和去中心化的数字金融系统的基本支柱。