區塊鏈到底是什么東西(區塊鏈中的哈希到底是什么?)

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來源：區塊鏈大本營

編譯 ：張濤

01 什么是哈希？

哈希是將任意長的輸入編程加密的固定長度輸出的過程。哈希并不等同于加密方法，因為無法解密哈希值來獲取原始數據。事實上哈希是一種單項加密函數。

有了哈希函數，就可以將互聯網上的數據以固定長度字符串的形式來保存。其中一種方法就是SHA-256（安全哈希算法-256位），SHA-256是SHA-1的后繼者，SHA-1的輸出是160位的。

02 哈希是如何應用在區塊鏈中的？

在區塊鏈中，每個區塊中都有前一個區塊的哈希值，前一個區塊叫做當前區塊的父區塊。由于每個區塊都有前一個區塊的哈希值，當修改當前區塊的任意數據都會導致區塊的哈希值發生變化，這會對前一個區塊產生影響，因為其中含有前一個區塊的地址。

比如，當前有兩個區塊，一個是當前區塊，一個是父區塊。當前區塊中有父區塊的地址，如果需要修改當前區塊的數據，就需要對父區塊鏈進行修改。如果只有兩個區塊就比較好修改數據，但事實上區塊鏈上有很多的區塊。

截至2020年1月24日12：32，一共有614272個區塊，第614272個區塊的哈希值為00000000000000000007a6be31011560f1e3abe8f125e356a31db6051753334e。如果想要修改第614272個區塊的數據，那么614271區塊的哈希地址就會發生改變，但是修改所有614271個區塊的哈希值是不可能的，因此區塊鏈中數據的不可篡改和可信賴的。區塊鏈的第一個區塊叫做Genesis（創始）區塊。

研究人員對該過程進行了可視化：

如果對輸入產生小的修改，都可能會導致輸出產生大的改變。

哈希是區塊鏈技術和不可篡改和潛力的核心基礎和最重要的方面。哈希維護了記錄和查看數據的真實性，區塊鏈的完整性也是這樣的。

這也是區塊鏈技術最重要的技術特征的一部分，只有理解了哈希才能了解區塊鏈不可篡改性的潛力和價值。

03 Merkle Tree（馬爾科夫樹）是什么?

當有大量數據需要驗證時，就需要消耗大量的內存來存儲和確保安全，這個過程很難。但是又了馬爾科夫樹（Merkle tree），就可以輕易解決這些問題。

馬爾科夫樹是區塊鏈技術的基礎，在該結構中，可以很容易地在大量數據中找出哪些數據發生了變化，整個數據驗證的過程非常高效。比特幣和以太坊中都使用了馬爾科夫樹。

從上圖可以看出，所有的交易都在底部，最頂部的哈希值叫做Root hash或Merkle root（馬爾科夫根）。

如上圖所示，有4個交易A、B、C、D。A和B哈希后會形成一個哈希值，C和D會形成另一個哈希值，AB的哈希結果和CD哈希結果會組合來形成一個新的哈希值——Root hash或Merkle RootABCD。

Root hash有所有交易的信息。馬爾科夫樹會重復計算節點對的哈希值，直到只剩下一個哈希值，就是Root hash。

Merkle tree是一個二叉樹，所以需要偶數個葉子結點，如果交易數是奇數，那么最后一個哈希值會復制一次來創建偶數個葉子節點。

如上圖所示，可以看出奇數值的交易數中有復制的交易進行了哈希，表明Merkle tree會計算奇數的葉子樹。

所有交易數據會總結稱一個Root hash，保存在區塊頭（block header）中。數據中有任何改變，整個哈希值就會變化，如果哈希值變化了，Merkle root就會發生變化。Merkle tree可以幫助維護數據的完整性。

Merkle tree的另一個好處是如果想要了解特定交易的狀態，無需下載整個區塊鏈，只需要請求豎直證明（vertical proof）和樹的特定分支，驗證一個特定的交易分支。

04 如何用哈希來確保數據安全？

哈希還增加了數據的安全性。因為沒有加密數據，所以無需也無法解密數據。因為哈希函數是單向加密函數，加密哈希函數需要滿足一些關鍵特征才能保證是有用的，包括：

每個哈希值都是不同的；

相同的消息會生成相同的哈希值；

無法根據哈希值確定輸入值；

輸入值的微小變化也會導致整個哈希值的變化。

哈希可以幫助確定數據是否被修改過。比如，之前下載了一些重要信息，為確定數據是否被修改過，可以對數據進行哈希計算，并比較數據的哈希值和接收到的數據的哈希值。

如果哈希值相同，就表明數據沒有被修改過，如果哈希值不匹配，就表明數據在發送后接收前被修改了。