比特幣的哈希算法(比特幣的密碼學基礎-哈希函數)

1.哈希函數

區塊鏈是比特幣的核心技術，而區塊鏈事實上是一條哈希鏈，通過哈希函數串聯一塊塊歷史數據。

2.哈希函數的定義

哈希又譯為“散列”，哈希函數以任意長度的消息為輸入，輸出固定長度的消息摘要。例如：哈希函數SHA-256輸出的哈希值為256 bit。通常情形下，哈希函數是一類壓縮函數，它的值域遠小于定義域，即一個消息摘要存在多個原像與之對應。

比特幣系統中所應用的哈希函數還需要滿足以下3個安全要求：

（1）對任意消息 m ，很容易計算出它的哈希值 y = h(m) ；

（2）由 y 得出 m 在計算上不可行（單向性或原像穩固性）；

（3）已知消息 m ，很難找出另一個 消 息 n 使得 h(n)= h(m)（抗碰撞性）。

3.哈希校驗

由于哈希函數具有單向性和抗碰撞性，因此可用于檢驗消息的完整性，即檢驗消息在傳送過程中是否被篡改。該過程被稱為哈希校驗。效驗步驟：假設 B 要發送一條消息 m 給 A，首先計算 m 的消息摘要y = h(m) ，并附在消息后面一起發出。A 收到消息 m′ 后，檢驗 h(m′)= y 。如果相等，由于哈希函數具有強抗碰撞性，A可在很大程度上相信消息在傳送過程中沒有被篡改。

4.哈希現金

哈希現金（Hashcash）最早是由ADAM B 提出的 ，其本質是一種PoW系統。用戶A要求發給他的郵件的哈希值必須包含某段特定字符串，例如：用戶 A 要求郵件的哈希值的前 8 位必須是 0，否則拒絕接收該郵件。那么發給 A 的郵件正文必須添加某些隨機字符使得哈希值滿足該要求，這個工作是沒有捷徑的，計算機必須不斷循環進行如下步驟：隨機選取某些字符，并將其串聯到郵件末尾，計算串聯后的郵件的哈希值，直到哈希值的前 8 位是 0 為止。當然，計算開銷取決于計算機的算力，當要求的難度提升巨大時，想要通過隨意轉發垃圾郵件的方式完成 A 的要求的可能性幾乎為零，從而達到了防止垃圾郵件的目的。