密碼學基礎與區塊鏈

❶ 區塊鏈是什麼如何簡單易懂地介紹區塊鏈

很多人不知道區塊鏈是什麼，這邊給大家詳細的介紹一下，區塊鏈就是顛覆舊模式的新技術，就像人們容易忽視看不見卻不可或缺的氧氣一樣，人們往往忽視了市場經濟中至關重要的東西，那就是信任。沒有信任，任何交易都無法成立。

此外不同的種族、民族、文化、宗教信仰等，會形成信任鴻溝。由於陌生人之間缺乏相互理解和必要的信任，交易很難發生。市場經濟在陌生人中大量出現。市場經濟的產生和發展在於一種新機制的誕生，它解決了陌生人之間的信任問題。

區塊鏈的概念最早是在2008年由比特幣創始人中本聰撰寫的論文中提出的，區塊鏈可以理解為一種公共會計的技術方案，所有數據都將公開透明，不需要中央伺服器作為信任中介，從而在技術層面上保證信息的真實性、不變性和可信度，數據的不變性非常重要。

由於區塊鏈具有大規模擴展、數據公開透明的技術特點，並且由於每個客戶端的數據都是一致的，即使部分客戶端被破壞，也不會影響數據安全的可靠性，尤其是可以有效解決陌生人之間的信任問題，因此這項技術可以擴展到所有可以數字化的領域，如數字貨幣、支付清算、數字票據、權益證明、徵信、政務服務、病歷等，如果區塊鏈技術發達了，未來將與大家息息相關。

❷ 區塊鏈使用安全如何來保證呢

區塊鏈本身解決的就是陌生人之間大規模協作問題，即陌生人在不需要彼此信任的情況下就可以相互協作。那麼如何保證陌生人之間的信任來實現彼此的共識機制呢？中心化的系統利用的是可信的第三方背書，比如銀行，銀行在老百姓看來是可靠的值得信任的機構，老百姓可以信賴銀行，由銀行解決現實中的糾紛問題。但是，去中心化的區塊鏈是如何保證信任的呢？
實際上，區塊鏈是利用現代密碼學的基礎原理來確保其安全機制的。密碼學和安全領域所涉及的知識體系十分繁雜，我這里只介紹與區塊鏈相關的密碼學基礎知識，包括Hash演算法、加密演算法、信息摘要和數字簽名、零知識證明、量子密碼學等。您可以通過這節課來了解運用密碼學技術下的區塊鏈如何保證其機密性、完整性、認證性和不可抵賴性。
基礎課程第七課 區塊鏈安全基礎知識
一、哈希演算法（Hash演算法）
哈希函數（Hash），又稱為散列函數。哈希函數：Hash(原始信息) = 摘要信息，哈希函數能將任意長度的二進制明文串映射為較短的（一般是固定長度的）二進制串（Hash值）。
一個好的哈希演算法具備以下4個特點:
1、 一一對應：同樣的明文輸入和哈希演算法，總能得到相同的摘要信息輸出。
2、 輸入敏感：明文輸入哪怕發生任何最微小的變化，新產生的摘要信息都會發生較大變化，與原來的輸出差異巨大。
3、 易於驗證：明文輸入和哈希演算法都是公開的，任何人都可以自行計算，輸出的哈希值是否正確。
4、 不可逆：如果只有輸出的哈希值，由哈希演算法是絕對無法反推出明文的。
5、 沖突避免：很難找到兩段內容不同的明文，而它們的Hash值一致（發生碰撞）。
舉例說明：
Hash(張三借給李四10萬，借期6個月) = 123456789012
賬本上記錄了123456789012這樣一條記錄。
可以看出哈希函數有4個作用：
簡化信息
很好理解，哈希後的信息變短了。
標識信息
可以使用123456789012來標識原始信息，摘要信息也稱為原始信息的id。
隱匿信息
賬本是123456789012這樣一條記錄，原始信息被隱匿。
驗證信息
假如李四在還款時欺騙說，張三隻借給李四5萬，雙方可以用哈希取值後與之前記錄的哈希值123456789012來驗證原始信息
Hash（張三借給李四5萬，借期6個月）=987654321098
987654321098與123456789012完全不同，則證明李四說謊了，則成功的保證了信息的不可篡改性。
常見的Hash演算法包括MD4、MD5、SHA系列演算法，現在主流領域使用的基本都是SHA系列演算法。SHA（Secure Hash Algorithm）並非一個演算法，而是一組hash演算法。最初是SHA-1系列，現在主流應用的是SHA-224、SHA-256、SHA-384、SHA-512演算法（通稱SHA-2），最近也提出了SHA-3相關演算法，如以太坊所使用的KECCAK-256就是屬於這種演算法。
MD5是一個非常經典的Hash演算法，不過可惜的是它和SHA-1演算法都已經被破解，被業內認為其安全性不足以應用於商業場景，一般推薦至少是SHA2-256或者更安全的演算法。
哈希演算法在區塊鏈中得到廣泛使用，例如區塊中，後一個區塊均會包含前一個區塊的哈希值，並且以後一個區塊的內容+前一個區塊的哈希值共同計算後一個區塊的哈希值，保證了鏈的連續性和不可篡改性。
二、加解密演算法
加解密演算法是密碼學的核心技術，從設計理念上可以分為兩大基礎類型：對稱加密演算法與非對稱加密演算法。根據加解密過程中所使用的密鑰是否相同來加以區分，兩種模式適用於不同的需求，恰好形成互補關系，有時也可以組合使用，形成混合加密機制。
對稱加密演算法（symmetric cryptography,又稱公共密鑰加密，common-key cryptography），加解密的密鑰都是相同的，其優勢是計算效率高，加密強度高；其缺點是需要提前共享密鑰，容易泄露丟失密鑰。常見的演算法有DES、3DES、AES等。
非對稱加密演算法（asymmetric cryptography，又稱公鑰加密，public-key cryptography），與加解密的密鑰是不同的，其優勢是無需提前共享密鑰；其缺點在於計算效率低，只能加密篇幅較短的內容。常見的演算法有RSA、SM2、ElGamal和橢圓曲線系列演算法等。 對稱加密演算法，適用於大量數據的加解密過程；不能用於簽名場景：並且往往需要提前分發好密鑰。非對稱加密演算法一般適用於簽名場景或密鑰協商，但是不適於大量數據的加解密。
三、信息摘要和數字簽名
顧名思義，信息摘要是對信息內容進行Hash運算，獲取唯一的摘要值來替代原始完整的信息內容。信息摘要是Hash演算法最重要的一個用途。利用Hash函數的抗碰撞性特點，信息摘要可以解決內容未被篡改過的問題。
數字簽名與在紙質合同上簽名確認合同內容和證明身份類似，數字簽名基於非對稱加密，既可以用於證明某數字內容的完整性，同時又可以確認來源（或不可抵賴）。
我們對數字簽名有兩個特性要求，使其與我們對手寫簽名的預期一致。第一，只有你自己可以製作本人的簽名，但是任何看到它的人都可以驗證其有效性；第二，我們希望簽名只與某一特定文件有關，而不支持其他文件。這些都可以通過我們上面的非對稱加密演算法來實現數字簽名。
在實踐中，我們一般都是對信息的哈希值進行簽名，而不是對信息本身進行簽名，這是由非對稱加密演算法的效率所決定的。相對應於區塊鏈中，則是對哈希指針進行簽名，如果用這種方式，前面的是整個結構，而非僅僅哈希指針本身。
四 、零知識證明（Zero Knowledge proof）
零知識證明是指證明者在不向驗證者提供任何額外信息的前提下，使驗證者相信某個論斷是正確的。
零知識證明一般滿足三個條件：
1、 完整性（Complteness）：真實的證明可以讓驗證者成功驗證；
2、 可靠性（Soundness）：虛假的證明無法讓驗證者通過驗證；
3、 零知識（Zero-Knowledge）：如果得到證明，無法從證明過程中獲知證明信息之外的任何信息。
五、量子密碼學（Quantum cryptography）
隨著量子計算和量子通信的研究受到越來越多的關注，未來量子密碼學將對密碼學信息安全產生巨大沖擊。
量子計算的核心原理就是利用量子比特可以同時處於多個相干疊加態，理論上可以通過少量量子比特來表達大量信息，同時進行處理，大大提高計算速度。
這樣的話，目前的大量加密演算法，從理論上來說都是不可靠的，是可被破解的，那麼使得加密演算法不得不升級換代，否則就會被量子計算所攻破。
眾所周知，量子計算現在還僅停留在理論階段，距離大規模商用還有較遠的距離。不過新一代的加密演算法，都要考慮到這種情況存在的可能性。

❸ 區塊鏈密碼演算法是怎樣的

區塊鏈作為新興技術受到越來越廣泛的關注，是一種傳統技術在互聯網時代下的新的應用，這其中包括分布式數據存儲技術、共識機制和密碼學等。隨著各種區塊鏈研究聯盟的創建，相關研究得到了越來越多的資金和人員支持。區塊鏈使用的Hash演算法、零知識證明、環簽名等密碼演算法:

Hash演算法

哈希演算法作為區塊鏈基礎技術，Hash函數的本質是將任意長度（有限）的一組數據映射到一組已定義長度的數據流中。若此函數同時滿足：

（1）對任意輸入的一組數據Hash值的計算都特別簡單；

（2）想要找到2個不同的擁有相同Hash值的數據是計算困難的。

滿足上述兩條性質的Hash函數也被稱為加密Hash函數，不引起矛盾的情況下，Hash函數通常指的是加密Hash函數。對於Hash函數，找到使得被稱為一次碰撞。當前流行的Hash函數有MD5,SHA1,SHA2,SHA3。

比特幣使用的是SHA256，大多區塊鏈系統使用的都是SHA256演算法。所以這里先介紹一下SHA256。

1、 SHA256演算法步驟

STEP1：附加填充比特。對報文進行填充使報文長度與448模512同餘（長度=448mod512），填充的比特數范圍是1到512，填充比特串的最高位為1，其餘位為0。

STEP2：附加長度值。將用64-bit表示的初始報文（填充前）的位長度附加在步驟1的結果後（低位位元組優先）。

STEP3：初始化緩存。使用一個256-bit的緩存來存放該散列函數的中間及最終結果。

STEP4：處理512-bit（16個字）報文分組序列。該演算法使用了六種基本邏輯函數，由64 步迭代運算組成。每步都以256-bit緩存值為輸入，然後更新緩存內容。每步使用一個32-bit 常數值Kt和一個32-bit Wt。其中Wt是分組之後的報文，t=1,2,...,16 。

STEP5：所有的512-bit分組處理完畢後，對於SHA256演算法最後一個分組產生的輸出便是256-bit的報文。

2、環簽名

2001年，Rivest, shamir和Tauman三位密碼學家首次提出了環簽名。是一種簡化的群簽名，只有環成員沒有管理者，不需要環成員間的合作。環簽名方案中簽名者首先選定一個臨時的簽名者集合,集合中包括簽名者。然後簽名者利用自己的私鑰和簽名集合中其他人的公鑰就可以獨立的產生簽名,而無需他人的幫助。簽名者集合中的成員可能並不知道自己被包含在其中。

環簽名方案由以下幾部分構成：

（1）密鑰生成。為環中每個成員產生一個密鑰對(公鑰PKi,私鑰SKi)。

（2）簽名。簽名者用自己的私鑰和任意n個環成員(包括自己)的公鑰為消息m生成簽名a。

（3）簽名驗證。驗證者根據環簽名和消息m,驗證簽名是否為環中成員所簽,如果有效就接收,否則丟棄。

環簽名滿足的性質：

（1）無條件匿名性:攻擊者無法確定簽名是由環中哪個成員生成,即使在獲得環成員私鑰的情況下,概率也不超過1/n。

（2）正確性:簽名必需能被所有其他人驗證。

（3）不可偽造性:環中其他成員不能偽造真實簽名者簽名,外部攻擊者即使在獲得某個有效環簽名的基礎上,也不能為消息m偽造一個簽名。

3、環簽名和群簽名的比較

（1）匿名性。都是一種個體代表群體簽名的體制，驗證者能驗證簽名為群體中某個成員所簽，但並不能知道為哪個成員，以達到簽名者匿名的作用。

（2）可追蹤性。群簽名中，群管理員的存在保證了簽名的可追蹤性。群管理員可以撤銷簽名，揭露真正的簽名者。環簽名本身無法揭示簽名者,除非簽名者本身想暴露或者在簽名中添加額外的信息。提出了一個可驗證的環簽名方案,方案中真實簽名者希望驗證者知道自己的身份,此時真實簽名者可以通過透露自己掌握的秘密信息來證實自己的身份。

（3）管理系統。群簽名由群管理員管理，環簽名不需要管理，簽名者只有選擇一個可能的簽名者集合，獲得其公鑰，然後公布這個集合即可，所有成員平等。

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❹ 區塊鏈技術包含的幾種基礎技術是什麼

區塊鏈1.0時代即是數字貨幣的時代，技術基礎為：
1.
以區塊為單位的連庄數據塊結構
2.
全網共享賬本
3.
非對稱加密
4.
源代碼開源
區塊鏈2.0時代技術基礎：
1.
智能合約;是區塊鏈系統中的應用，是以編碼的可自動運行的的業務邏輯，通常有自己代幣和專用開發語言；
2.
DAPP：包含用戶接賣弄的應用，包括但不限於各種加密貨幣，如以太坊錢包；
3.
虛擬機：用於執行智能合約編譯後的代碼，虛擬機是圖靈完備的。
隨著區塊鏈技術的應用和不斷深入，區塊鏈3.0時代已經來臨，從各行各業的運轉背後都可以看到區塊鏈協作運轉的模式，因此區塊鏈必將廣泛而深刻的改變人類的生活方式，因此整個生活服務將進入區塊鏈時代。在這個互聯網發展過程當中，區塊鏈+實體行業、區塊鏈電商、區塊鏈社群運營都可以運用到區塊鏈技術。
當然3.0伴隨著現代密碼學發展才產生的，現今應用的密碼學是20年前的的密碼學成果，因此要將區塊鏈技術應用於更多參與場景，特別是應用於互聯網經濟等方面，現有的加密技術是否滿足需求還需要更多的驗證，需要更深入的整合密碼學前沿技術，不斷創新。

❺ 碼鏈和區塊鏈的區別

碼鏈與區塊鏈區別：
區塊鏈源自於比特幣的底層技術，是互聯網的區塊鏈技術。將IP通過區塊鏈技術以一個個區塊的方式連接在一起，形成分布式記賬。具有不易篡改、去中心化等特點。
碼鏈技術是物聯網的碼鏈技術，將物聯網ID以二維方式一個個疊加一起，從而形成個人記錄。運用「碼鏈」技術，將帶來更高效的「人與人聯網」、「人與物聯網」、「物與物聯網」的鏈接形態。
碼鏈簡介：
「碼鏈」，是指使用智能手機對准「二維碼」「掃一掃」，即可「生成新的含有掃碼者DNA的二維碼」，同時接入「服務」而形成的「二維碼鏈條」。實現全過程可追溯，可監督，可管理。
「碼鏈技術」表現最為廣泛應用的就是二維碼「掃一掃」支付技術。
碼鏈技術可以實現更高效的人與人聯網、人與物聯網、物與物聯網的鏈接形態。
區塊鏈簡介：
區塊鏈是比特幣的一個重要概念。區塊鏈是一串使用密碼學方法相關聯產生的數據塊，每一個數據塊中包含了一次比特幣網路交易的信息，用於驗證其信息的有效性（防偽）和生成下一個區塊。
狹義來講，區塊鏈是一種按照時間順序將數據區塊以順序相連的方式組合成的一 種鏈式 數據結構， 並以密碼學方式保證的不可篡改和不可偽造的分布式賬本。
廣義來講，區塊鏈技術是利用塊鏈式數據結構來驗證與存儲數據、利用分布式節點共識演算法來生成和更新數據、利用密碼學的方式保證數據傳輸和訪問的安全、利用由自動化腳本代碼組成的智能合約來編程和操作數據的一種全新的分布式基礎架構與計算範式。
碼鏈數字貨幣與區塊鏈數字貨幣的區別：
以碼鏈技術為基礎的「碼鏈數字貨幣」與現有的區塊鏈數字貨幣的區別在於，「碼鏈數字貨幣」是基於物權把控，以「智能二維碼」為介質，將各行業產業鏈的合約轉化為可分割、可交易、可轉讓、可兌換、可追蹤的「智能合約」，且在碼鏈聯盟內可進行物權交換。在碼鏈貨幣體系中，「智能二維碼」即「特別提物權SGR」。即每一個商品對應一個「智能二維碼」，而這個「二維碼」代表該商品「特別提物權」。通過特別提物權的交換，實現商品與商品的交換（物物交換）。這個代表「特別提物權」的二維碼，可同時作為數字貨幣的載體與支付手段，可通過「二維碼掃碼」完成支付。

❻ 區塊鏈是什麼

區塊鏈其實就相當於一個去中介化的資料庫，是由一串數據塊組成的。它的每一個數據塊當中都包含了一次比特幣網路交易的信息，而這些都是用於驗證其信息的有效性和生成下一個區塊的。

狹義的來講，區塊鏈是就是一種按照時間順序來將數據區塊以順序相連的方式組合成的一種鏈式數據結構，並以密碼學方式保證的不可篡改和不可偽造的分布式賬本。

而從廣義來講，區塊鏈其實是一種分布式基礎架構與計算方式，它是用於保證數據傳輸和訪問的安全的。

區塊鏈的基礎架構:

區塊鏈是由數據層、網路層、共識層、激勵層、合約層和應用層這六個基礎架構組成的。

❼ 簡單易懂地介紹什麼是區塊鏈

區塊鏈（Blockchain）是比特幣的一個重要概念，本質上是一個去中心化的資料庫，同時作為比特幣的底層技術。區塊鏈是一串使用密碼學方法相關聯產生的數據塊，每一個數據塊中包含了一次比特幣網路交易的信息，用於驗證其信息的有效性（防偽）和生成下一個區塊。
狹義來講，區塊鏈是一種按照時間順序將數據區塊以順序相連的方式組合成的一 種鏈式數據結構， 並以密碼學方式保證的不可篡改和不可偽造的分布式賬 本。廣義來講，區塊鏈技術是利用塊鏈式數據結構來驗證與存儲數據、利用分布式節點共識演算法來生成和更新數據、利用密碼學的方式保證數據傳輸和訪問的安全、利用由自動化腳本代碼組成的智能合約來編程和操作數 據的一種全新的分布式基礎架構與計算範式。
歐陸眾籌、以太坊都利用了區塊鏈技術。