深入解析区块链密码学基础：哈希算法与非对称加密算法的原理与应用-imtoken钱包官网下载

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在区块链的领域中，密码学算法的运用极为重要。它对整个系统的安全性和可靠性有着直接的影响。有两类密码学算法在其中起到了关键的作用。这里面存在着诸多值得去深入探讨的方面。接下来，让我们逐一详细地了解一下。

哈希算法简介

哈希算法在区块链里的地位非常重要。例如表达式 h = HASH( X | z ) ，这里 h 是无法根据它推导出 z 的，只能持续尝试去计算。而 z 所在的数值集合构成了 X ，X 的大小对哈希算法的安全因子有影响。并且哈希算法具备发散性的特点，即便 z 变动 1 比特位生成了 z' ，HASH(z)与 HASH(z')的结果也会完全不一样。不同的哈希算法，其安全程度也各不相同，像 MD5 和 SHA - 1 被成功破解之后，SHA - 3 就成为了可以替换的散列算法。

哈希算法具有这样的特性，即能够对任意的交易数据生成摘要，并且可以将这些摘要链接成数据块的链式结构。哈希算法在打造这种结构方面发挥着极大的作用。我们可以凭借它来验证每个区块，通过这种方式间接验证交易。将交易的原数据制作成哈希摘要，也能够验证其完整性。

哈希算法与区块链结构

从比特币开发者文档的图中可以看到区块链的基本数据结构。当前的区块包含着上一个区块的哈希值，由此形成了哈希指针链表。由于哈希具有发散性，所以链表也具有极大的发散性。我们能够用代码来模拟这种结构，例如构造 5 个简化的区块，其中第一个创世区块所指向的前向区块的哈希值全部为零。在区块头中，必须要有前一区块哈希这个数据域。这种链式结构具有发散传导性，即修改历史数据时，越往前就越容易造成大面积的影响，这也就是历史逆向修改比较困难的原因。

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区块链的挖矿算法运用了哈希算法的难题友好这一特性。在 PoW 共识机制中能体现出这一点，在此就不再详细说明了。

非对称加密算法简述


#!/usr/bin/env python
import hashlib
def main():
# example:
block_headers = [
        {"prev_block_hash":"0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000", "content":"genesis block:A pay C 12.3 BTC"},
        {"prev_block_hash":"to_be_hashed", "content":"2nd block:C pay B 2.0 BTC"},
        {"prev_block_hash":"to_be_hashed", "content":"3th block:transactions..."},
        {"prev_block_hash":"to_be_hashed", "content":"4th block:transactions...j"},
        {"prev_block_hash":"to_be_hashed", "content":"5th block:transactions..."}
        ]
# hash prev block header
index = 0
for header in block_headers:
    # genesis block, ignore
    if index == 0:
        print header
        index = index + 1
        continue
    # generate hash chain
    prev_block_header = block_headers[index - 1]
    target_buffer = prev_block_header["content"] + prev_block_header["prev_block_hash"]
    header["prev_block_hash"] = hashlib.sha256(target_buffer).hexdigest()
    print header
    index = index + 1
if __name__ == '__main__':
main()

在比特币等数字货币项目的账户方面，非对称加密算法发挥了重要作用。私钥是由随机数生成的，这个随机数被称作种子。如果知道了这个随机数，就等同于知道了私钥。然而，比特币中私钥的产生范围非常大，达到了 2 的 256 次方，数量级约为 10 的 70 次方。这使得区块链中对产生随机数的算法要求极高，必须是真实且均匀随机分布的，计算机生成的伪随机数是不满足要求的。


{'content': 'genesis block:A pay C 12.3 BTC', 'prev_block_hash': '0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000'}
{'content': '2nd block:C pay B 2.1 BTC', 'prev_block_hash': '01279c1208a8eca3d4a47a123119b04f1dcc592c818aace2715b2c418b38822a'}
{'content': '3th block:transactions...', 'prev_block_hash': '6d96c220b22371dc1d2b3549da42bd3ea2191f07f18112bf195bc6675bbc6b97'}
{'content': '4th block:transactions...j', 'prev_block_hash': '9e41c61fa151320145a56a38e85c01b8c025729614f4c10596d99068ea0b3395'}
{'content': '5th block:transactions...', 'prev_block_hash': '34f002b445a38fa7402e590629e76943060ffc4de96b1b9bc6b0f564e5a7bc72'}

非对称加密算法有很多种类，并且不同种类的安全性存在差异。它不像哈希算法那样被用于构建区块链结构，而是在与账户相关的层面来保障安全。


{'content': 'genesis block:A pay C 12.3 BTC', 'prev_block_hash': '0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000'}
{'content': '2nd block:C pay B 2.0 BTC', 'prev_block_hash': '01279c1208a8eca3d4a47a123119b04f1dcc592c818aace2715b2c418b38822a'}
{'content': '3th block:transactions...', 'prev_block_hash': 'f91faad6b874fb97a20ad9cbc57ef1302a431a2cce4ac5efe28a64b353526849'}
{'content': '4th block:transactions...j', 'prev_block_hash': '99d17dfe9a9fab68cffd6a82bc3786fe3c2d3165f1fba30b3f2ffc418c97fc8b'}
{'content': '5th block:transactions...', 'prev_block_hash': 'd2f42291ef0811e5babc1d38ca8019ee457f84b323a3d549a04b6a4535357d7f'}

哈希算法新挑战

在讨论数字货币时，很多人会询问量子计算是否会对哈希算法构成威胁。人们认为量子计算的强大计算力对哈希的抗碰撞性存在威胁。尽管目前哈希算法尚未被完全攻破，但这是一个潜在的风险。因为如果哈希算法的安全性受到根本性威胁，那么区块链的很多方面都将受到影响。像区块以及交易完整性的验证等依赖哈希算法的环节都有可能出现漏洞。

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目前我们正处于对其进行研究以寻求应对之策的阶段。因为量子计算仍在发展过程中，而哈希算法也具备不断改进的可能性。

非对称加密算法面临量子威胁剖析

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如果量子计算能够攻破非对称加密算法，那就需要看具体是哪种算法，例如 RSA 或者 ECC 等。不同的算法在被攻破后所产生的影响是不一样的。倘若一些在区块链中被广泛应用的非对称加密算法遭到攻破，那么账户的安全性将会面临极大的风险。许多数字货币项目都是以账户安全为基础而建立的，要是私钥能够轻易地被获取到，那么数字货币的所有权规则就会被打破，市场也将会陷入一片混乱之中。

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但目前只是担忧量子计算会突破这些算法，我们能够提前准备好应对的方案。

两种算法的综合意义

哈希算法在区块链中如同一个重要伙伴。它构建了区块链的结构基础，使得数据存储和交易验证能够有序进行。非对称加密算法则着重于保护账户安全，防止未经授权对账号进行访问和操作。这两者缺一不可，共同为区块链系统的稳定安全提供保障。若没有哈希算法，区块链的链式结构就会消失，数据会变得杂乱无章，其完整性也无法得到保障。倘若缺少非对称加密算法，账户会存在诸多安全漏洞，人们的数字资产安全也无法得到保证。

各位读者，你觉得倘若量子计算真的对这两类密码学算法构成威胁，那区块链世界将会出现怎样本质性的变化？希望大家看完文章后能够点赞，能够分享，并且能够积极进行评论。