【Z-Tech】区块链基础（一）

区块链中的密码学原理

区块链和密码学紧密相关，如比特币采用的核心的公私钥加密技术、数字签名、哈希等，包括很多共识算法也是基于复杂的密码学概念，因此，在开始学习区块链之前，要先了解几个核心的密码学概念，从而能够更深入理解其在区块链体系中的应用。

哈希函数

哈希函数是把一个任意长度的源数据经过一系列算法变成一个固定长度输出值的方法，概念很简单，但其具备的几个特性使它被各个领域广泛应用。

可以访问这个 Demo 体验一下哈希函数的工作原理（以SHA256为例）！

第一个特性是单向不可逆性。将一个输入 x 进行哈希运算得到值 H(x)，这一过程很容易，但是如果给定一个值 H(x)，几乎不可能逆推得到 x 的取值，这一特性很好地保护了源数据。

第二个特性是抗碰撞性。给定一个值 x 和另一个值 y，如果 x 不等于 y，那 H(x) 几乎不可能等于 H(y)，并非完全不可能，但是几率非常低，因此，一个数据的 Hash 值几乎是唯一的，这可以很好地用于身份验证等场景。

第三个特性是哈希计算不可预测。很难根据现有条件推导出哈希值，但是很容易检验是否正确，这一机制主要应用于PoW挖矿机制中。

加密/解密

加密机制主要分为对称加密和非对称加密两类。

对称加密机制是两方用同一个密钥来进行信息的加密和解密，很方便，效率也很高，但是密钥的分发存在很大的风险，如果通过网络等方式进行分发，很容易会出现密钥泄漏，从而导致信息泄漏。

非对称加密机制主要指的是公私钥加密机制，每个人通过算法生成一对密钥，称为公钥和私钥，如果 A 想发送一个信息给 B，可以用 B 的公钥对文件进行加密，将加密后的信息发给 B，这个过程中，即使信息被截获或出现泄漏，也不会暴露源文件，所以可以用任何方式进行传播，当 B 收到加密文件后，用自己的私钥进行解密，从而获取文件内容。B 的私钥没有经过任何渠道进行传播，仅自己知道，所以具备极高的安全性。

在现实应用中，对很大的文件进行非对称加密效率较低，所以一般采用一种组合机制：假设 A 想发送一个大文件 D 给 B，则先将文件 D 用一个密钥 K 进行对称加密，再用 B 的公钥对密钥 K 进行非对称加密。A 将加密后的密钥 K 和文件 D 发送给 B，期间即使被截获或泄漏，因为没有 B 的私钥，所以无法得到密钥 K，也就无法访问文件 D。B 收到加密后的文件和密钥后，则先用自己的私钥解密得到密钥 K，再用密钥 K 对文件 D 进行解密，从而获取文件内容。

数字签名

数字签名是非对称加密机制的另一种用法，上文讲到每个人拥有一对生成的公钥和私钥，在加密/解密应用中，是用公钥进行加密，用私钥进行解密，而数字签名机制刚好相反，假设一个文件持有者用自己的私钥对文件进行加密，其他人可以用他的公钥进行解密，如果得到结果则可以证明文件的归属权。

数字签名机制最典型的应用就是比特币区块链网络中，用私钥证明自己对比特币的归属权，对交易进行签名，其他人则可以用公钥来验证交易是否合法，整个过程无需暴露自己的私钥，保障了资产的安全。