区块链通过哈希算法

A. 区块链中的哈希算法是什么

哈希算法是什么？如何保证挖矿的公平性？
哈希算法是一种只能加密，不能解密的密码学算法，可以将任意长度的信息转换成一段固定长度的字符串。
这段字符串有两个特点：
1、 就算输入值只改变一点，输出的哈希值也会天差地别。
2、只有完全一样的输入值才能得到完全一样的输出值。
3、输入值与输出值之间没有规律，所以不能通过输出值算出输入值。要想找到指定的输出值，只能采用枚举法：不断更换输入值，寻找满足条件的输出值。
哈希算法保证了比特币挖矿不能逆向推导出结果。所以，矿工持续不断地进行运算，本质上是在暴力破解正确的输入值，谁最先找到谁就能获得比特币奖励。

B. 区块链中哈希函数有什么用

哈希函数，又叫散列函数、散列算法，是一种从任何一种数据中创建小的数字“指纹”（也叫做摘要）的方法。什么意思呢？就是说，你输入任何长度、任何内容的数据，哈希函数输出固定长度、固定格式的结果，这个结果类似于你输入数据的指纹。只要输入发生变化，那么指纹一定会发生变化。不同的内容，通过哈希函数得到的指纹不一样。这就是哈希函数。

在分布式账本里，为了保证数据完整性，会采用哈希值进行校验。如，一笔交易、一页账本（也就是区块的概念），用了哈希之后生成摘要，意味着整个区块交易信息无法进行篡改（即无法在篡改数据之后保持摘要不变）。

区块链原始的定义或狭义的理解就是区块+链的形式，这个链是通过哈希链接起来，每一个区块可能都有很多交易，整个区块又可以通过哈希函数产生摘要信息，然后规定每一个区块都需要记录上一个区块的摘要信息，这样一来所有区块都可以连成一条链。

如果改了历史中某一个区块的数据，意味着这个区块摘要值（即哈希值）会改变，那么下一个区块中记录的上一个区块的哈希也得做相应的修改，以此类推，也就是说如果要修改历史记录的话，要从那一个点开始往后所有记录都要修改才能保证账本的合法性，哈希函数就提高了账本篡改的难度。

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C. 小白如何秒懂区块链中的哈希计算

​ 小白如何秒懂区块链中的哈希计算

当我在区块链的学习过程中，发现有一个词像幽灵一样反复出现，“哈希”，英文写作“HASH”。

那位说“拉稀”同学你给我出去！！

这个“哈希”据说是来源于密码学的一个函数，尝试搜一搜，论文出来一堆一堆的，不是横式就是竖式，不是表格就是图片，还有一堆看不懂得xyzabc。大哥，我就是想了解一下区块链的基础知识，给我弄那么难干啥呀？！我最长的密码就是123456，复杂一点的就是654321，最复杂的时候在最后加个a，你给我写的那么复杂明显感觉脑力被榨干，仅有的脑细胞成批成批的死亡！为了让和我一样的小白同学了解这点，我就勉为其难，努力用傻瓜式的语言讲解一下哈希计算，不求最准确但求最简单最易懂。下面我们开始：

# 一、什么是哈希算法

## 1、定义：哈希算法是将任意长度的字符串变换为固定长度的字符串。

从这里可以看出，可以理解为给**“哈希运算”输入一串数字，它会输出一串数字**。

如果我们自己定义 “增一算法”，那么输入1，就输出2；输入100就输出101。

如果我我们自己定义“变大写算法”，那么输入“abc”输出“ABC”。

呵呵，先别打我啊！这确实就只是一个函数的概念。

## 2、特点：

这个哈希算法和我的“增一算法”和“变大写算法”相比有什么特点呢？

1）**确定性，算得快**：咋算结果都一样，算起来效率高。

2）**不可逆**：就是知道输出推不出输入的值。

3）**结果不可测**：就是输入变一点，结果天翻地覆毫无规律。

总之，这个哈希运算就是个黑箱，是加密的好帮手！你说“11111”，它给你加密成“”，你说“11112”它给你弄成“”。反正输入和输出一个天上一个地下，即使输入相关但两个输出毫不相关。

# 二、哈希运算在区块链中的使用

## 1、数据加密

**交易数据是通过哈希运算进行加密，并把相应的哈希值写入区块头**。如下图所示，一个区块头包含了上一个区块的hash值，还包含下一个区块的hash值。

1）、**识别区块数据是否被篡改**：区块链的哈希值能够唯一而精准地标识一个区块，区块链中任意节点通过简单的哈希计算都可以获得这个区块的哈希值，计算出的哈希值没有变化也就意味着区块链中的信息没有被篡改。

2）、**把各个区块串联成区块链**：每个区块都包含上一个区块的哈希值和下一个区块的值，就相当于通过上一个区块的哈希值挂钩到上一个区块尾，通过下一个区块的哈希值挂钩到下一个区块链的头，就自然而然形成一个链式结构的区块链。

## 2、加密交易地址及哈希

在上图的区块头中，有一个Merkle root（默克尔根）的哈希值，它是用来做什么的呢？

首先了解啥叫Merkle root？ 它就是个二叉树结构的根。啥叫二叉树？啥叫根？看看下面的图就知道了。一分二，二分四，四分八可以一直分下去就叫二叉树。根就是最上面的节点就叫 根。

这个根的数据是怎么来的呢？是把一个区块中的每笔交易的哈希值得出后，再两两哈希值再哈希，再哈希，再哈希，直到最顶层的数值。

这么哈希了半天，搞什么事情？有啥作用呢？

1）、**快速定位每笔交易**：由于交易在存储上是线性存储，定位到某笔交易会需要遍历，效率低时间慢，通过这样的二叉树可以快速定位到想要找的交易。

举个不恰当的例子：怎么找到0-100之间的一个任意整数？（假设答案是88）那比较好的一个方法就是问：1、比50大还是小？2、比75大还是小？3、比88大还是小？ 仅仅通过几个问题就可以快速定位到答案。

2）、**核实交易数据是否被篡改**：从交易到每个二叉树的哈希值，有任何一个数字有变化都会导致Merkle root值的变化。同时，如果有错误发生的情况，也可以快速定位错误的地方。

## 3、挖矿

  在我们的区块头中有个参数叫**随机数Nonce，寻找这个随机数的过程就叫做“挖矿”**！网络上任何一台机器只要找到一个合适的数字填到自己的这个区块的Nonce位置，使得区块头这6个字段（80个字节）的数据的哈希值的哈希值以18个以上的0开头，谁就找到了“挖到了那个金子”！既然我们没有办法事先写好一个满足18个0的数字然后反推Nounce，唯一的做法就是从0开始一个一个的尝试，看结果是不是满足要求，不满足就再试下一个，直到找到。

找这个数字是弄啥呢？做这个有什么作用呢？

1）、**公平的找到计算能力最强的计算机**：这个有点像我这里有个沙子，再告诉你它也那一个沙滩的中的一粒相同，你把相同的那粒找出来一样。那可行的办法就是把每一粒都拿起来都比较一下！那么比较速度最快的那个人是最有可能先早到那个沙子。这就是所谓的“工作量证明pow”，你先找到这个沙子，我就认为你比较的次数最多，干的工作最多。

2）、**动态调整难度**：比特币为了保证10分钟出一个区块，就会每2016个块（2周）的时间计算一下找到这个nonce数字的难度，如果这2016个块平均时间低于10分钟则调高难度，如高于十分钟则调低难度。这样，不管全网的挖矿算力是怎么变化，都可以保证10分钟的算出这个随机数nonce。

# 三、哈希运算有哪些？

说了这么多哈希运算，好像哈希运算就是一种似的，其实不是！作为密码学中的哈希运算在不断的发展中衍生出很多流派。我看了”满头包”还是觉得内在机理也太复杂了，暂时罗列如下，小白们有印象知道是怎么回事就好。

从下表中也可以看得出，哈希运算也在不断的发展中，有着各种各样的算法，各种不同的应用也在灵活应用着单个或者多个算法。比特币系统中，哈希运算基本都是使用的SHA256算法，而莱特币是使用SCRYPT算法，夸克币（Quark）达世币（DASH）是把很多算法一层层串联上使用，Heavycoin（HAV）却又是把一下算法并联起来，各取部分混起来使用。以太坊的POW阶段使用ETHASH算法，ZCASH使用EQUIHASH。

需要说明的是，哈希运算的各种算法都是在不断升级完善中，而各种币种使用的算法也并非一成不变，也在不断地优化中。

**总结**：哈希运算在区块链的各个项目中都有着广泛的应用，我们以比特币为例就能看到在**数据加密、交易数据定位、挖矿等等各个方面都有着极其重要的作用**。而哈希运算作为加密学的一门方向不断的发展和延伸，身为普通小白的我们，想理解区块链的一些基础概念，了解到这个层面也已经足够。

D. 区块链哈希算法是什么

哈希算法也被称为“散列”，是区块链的四大核心技术之一。是能计算出一个数字消息所对应的、长度固定的字符串（又称消息摘要）的算法。由于一段数据只有一个哈希值，所以哈希算法可以用于检验数据的完整性。在快速查找和加密算法的应用方面，哈希算法的使用非常普遍。

在互联网时代，尽管人与人之间的距离更近了，但是信任问题却更严重了。 现存的第三方中介组织的技术架构都是私密而且中心化的，这种模式永远都无法从根本上解决互信以及价值转移的问题。因此，区块链技术将会利用去中心化的数据库架构完成数据交互信任背书，实现全球互信的一大跨步。在这一过 程中，哈希算法发挥了重要作用。

散列算法是区块链中保证交易信息不被篡改的单向密码机制。区块链通过散列算法对一个交易区块中的交易进行加密，并把信息压缩成由一串数字和字母组成的散列字符串。区块链的散列值能够唯一而准确地标识一个区块。在验证区块的真实性时，只需要简单计算出这个区块的散列值，如果没有变化就 意味着这个区块上的信息是没有被篡改过的。

链乔教育在线旗下学硕创新区块链技术工作站是中国教育部学校规划建设发展中心开展的“智慧学习工场2020-学硕创新工作站 ”唯一获准的“区块链技术专业”试点工作站。专业站立足为学生提供多样化成长路径，推进专业学位研究生产学研结合培养模式改革，构建应用型、复合型人才培养体系。

E. 区块链技术中的哈希算法是什么

1.1. 简介

计算机行业从业者对哈希这个词应该非常熟悉，哈希能够实现数据从一个维度向另一个维度的映射，通常使用哈希函数实现这种映射。通常业界使用y = hash(x)的方式进行表示，该哈希函数实现对x进行运算计算出一个哈希值y。
区块链中哈希函数特性：

• 函数参数为string类型；

• 固定大小输出；

• 计算高效；

• collision-free 即冲突概率小：x != y => hash(x) != hash(y)
  
  隐藏原始信息：例如区块链中各个节点之间对交易的验证只需要验证交易的信息熵，而不需要对原始信息进行比对，节点间不需要传输交易的原始数据只传输交易的哈希即可，常见算法有SHA系列和MD5等算法
  

1.2. 哈希的用法

哈希在区块链中用处广泛，其一我们称之为哈希指针（Hash Pointer）
哈希指针是指该变量的值是通过实际数据计算出来的且指向实际的数据所在位置，即其既可以表示实际数据内容又可以表示实际数据的存储位置。下图为Hash Pointer的示意图

F. 哈希算法

1.通过哈希值不能反向推导出原始数据（所以哈希算法也叫单向哈希算法）
2.对于输入数据非常敏感，及时更改了一个比特位，哈希值也大不相同
3.散列冲突的概率要小，
4.执行效率要高，及时很长的文本，也能尽快计算出哈希值

MD5的结果是128位 --> 32个16进制串

最常用于加密的哈希算法是 MD5（MD5 Message-Digest Algorithm，MD5 消息摘要算法）和 SHA（Secure Hash Algorithm，安全散列算法）

通过拿到加密后的密文然后再字典表（彩虹表）中比对，找到相同的密文则可以知道其明文。
可以通过在用户的密码后加盐（加入一个字符串）然后加密存储起来。

区块链是一块块区块组成的，每个区块分为两部分：区块头和区块体。
区块头保存着 自己区块体 和 上一个区块头 的哈希值。
因为这种链式关系和哈希值的唯一性，只要区块链上任意一个区块被修改过，后面所有区块保存的哈希值就不对了。
区块链使用的是 SHA256 哈希算法，计算哈希值非常耗时，如果要篡改一个区块，就必须重新计算该区块后面所有的区块的哈希值，短时间内几乎不可能做到。

假设我们有 k 个机器，数据的哈希值的范围是 [0, MAX]。我们将整个范围划分成 m 个小区间（m 远大于 k），每个机器负责 m/k 个小区间。当有新机器加入的时候，我们就将某几个小区间的数据，从原来的机器中搬移到新的机器中。这样，既不用全部重新哈希、搬移数据，也保持了各个机器上数据数量的均衡。

G. 区块链中哈希算法的特点是什么

哈希算法可以作为一个很小的计算机程序来看待，无论输入数据的大小及类型如何，它都能将输入数据转换成固定长度的输出。哈希算法在任何时候都只能接受单条数据的输入，并依靠输入数据创建哈希值。
根据最终产生的哈希值的长度不同，有不同的哈希算法。
在区块链中使用的为加密哈希算法，其特点有：
1、能够为任何类型的数据快速创建哈希值
2、确定性
3、伪随机
4、单向函数
5、防碰撞

H. 区块链的哈希算法是什么玩意

和数软件解释：区块链是使用哈希算法加密。哈希算法是区块链中保证交易信息不被篡改的单项密码机制。哈希算法接收一段明文后，以一种不可逆的方式将其转化成一段长度较短，位数固定的散列数据。

I. 哈希算法是什么呢

哈希算法就是一种特殊的函数，不论输入多长的一串字符，只要通过这个函数都可以得到一个固定长度的输出值，这就好像身份证号码一样，永远都是十八位而且全国唯一。哈希算法的输出值就叫做哈希值。

原理：

哈希算法有三个特点，它们赋予了区块链不可篡改、匿名等特性，并保证了整个区块链体系的完整。

第一个特点是具有单向性。比如输入一串数据，通过哈希算法可以获得一个哈希值，但是通过这个哈希值是没有办法反推回来得到输入的那串数据的。这就是单向性，也正是基于这一点，区块链才有效保护了我们信息的安全性。

哈希算法的第二个特点是抗篡改能力，对于任意一个输入，哪怕是很小的改动，其哈希值的变化也会非常大。

它的这个特性，在区块与区块的连接中就起到了关键性的作用。区块链的每个区块都会以上一个区块的哈希值作为标示，除非有人能够破解整条链上的所有哈希值，否则数据一旦记录在链上，就不可能进行篡改。

哈希算法的第三个特点就是抗碰撞能力。所谓碰撞，就是输入两个不同的数据，最后得到了一个相同的输入。

就跟我们逛街时撞衫一样，而坑碰撞就是大部分的输入都能得到一个独一无二的输出。在区块链的世界中，任何一笔交易或者账户的地址都是完全依托于哈希算法生产的。这也就保证了交易或者账户地址在区块链网络中的唯一性。

无论这笔转账转了多少钱，转给了多少个人，在区块链这个大账本中都是唯一的存在。它就像人体体内的白细胞，不仅区块链的每个部分都离不开它，而且它还赋予了区块链种种特点，保护着整个区块链体系的安全。

J. 区块链中的哈希算法的作用是什么

区块链通过哈希算法对一个交易区块中的交易信息进行加密，并把信息压缩成由一串数字和字母组成的散列字符串。
金窝窝集团分析其哈希算法的作用如下：
区块链的哈希值能够唯一而精准地标识一个区块，区块链中任意节点通过简单的哈希计算都接获得这个区块的哈希值，计算出的哈希值没有变化也就意味着区块链中的信息没有被篡改。