比特幣的加密本質: 哈希函數是什麼?

2021-02-23 瀋陽四塊科技

　　什麼是哈希?

　　加密哈希函數是在數字數據上運行的數學運算。在比特幣中，所有操作都使用SHA256作為底層加密哈希函數。

　　安全哈希算法是由美國國家安全局(NSA)設計的一套加密哈希函數。

　　1)毫不含糊:哈希 (輸出)就像輸入數據的指紋。因此，從數字輸入的哈希中，您無法創建原始數字輸入。

　　2)抗衝突:任何人都不可能能夠找到導致相同哈希輸出的兩個不同輸入值。換句話說，對於任何不同的輸入，總會有不同的輸出。這允許使用這個函數來檢查數據完整性，通過將計算的「哈希」(算法執行的輸出)與已知和期望的哈希進行比較，可以確定數據的完整性。例如，計算下載文件的哈希，並將結果與之前發布的哈希進行比較，可以顯示下載是否被修改或篡改。

　　但是為什麼哈希在區塊鏈中如此重要呢?

　　這是挖礦過程和礦工職責的一部分: 礦工獲取一些交易並將其用作輸入的一部分，他們試圖計算一個哈希函數來為鏈提供一個新的塊。

　　加密哈希算法有很多。下面列出了一些相對經常被引用的算法。可以在包含加密哈希函數比較的頁面上找到更廣泛的列表。

　　MD5

　　MD5是由Ronald Rivest在1991年設計的，用於替換以前的哈希函數MD4，並在1992年指定為RFC 1321。對MD5的衝突可以在幾秒鐘內計算出來，這使得該算法不適合大多數需要加密哈希的用例。MD5生成128位(16位元組)。

　　SHA-1

　　SHA-1是美國政府Capstone項目的一部分。該算法的最初規範——現在通常稱為SHA-0——由美國政府標準機構NIST(國家標準與技術研究所)於1993年以「安全哈希標準FIPS PUB 180」的名義發布。它在出版後不久就被美國國家安全局撤回，並被1995年在FIPS PUB 180-1(通常稱為SHA-1)上出版的修訂版所取代。SHA-1生成一個160位(20位元組)的哈希。

　　文檔可能只將SHA-1稱為「SHA」，這可能與其他標準哈希算法(如SHA-0、SHA-2和SHA-3)相衝突。

　　RIPEMD - 160

　　RIPEMD (RACE Integrity Primitives Evaluation Message Digest)是由比利時魯汶大學(Katholieke Universiteit Leuven) COSIC研究小組的Hans Dobbertin、Antoon Bosselaers和Bart Preneel在魯汶開發的一個加密哈希函數，於1996年首次出版。RIPEMD基於MD4中使用的設計原則，其性能類似於更流行的SHA-1。然而，RIPEMD-160並沒有被破壞。顧名思義，RIPEMD-160生成160位(20位元組)的哈希。

　　Whirlpool

　　在計算機科學和密碼學中，Whirlpool是一個加密哈希函數。它是由Vincent Rijmen和Paulo s.l. M. Barreto設計的，他們在2000年首次描述了它。Whirlpool是基於一個基本修改版本的高級加密標準(AES)。Whirlpool生成一個512位(64位元組)的哈希。

　　SHA-2

　　SHA-2(安全哈希算法2)是由美國國家安全局(NSA)設計的一組加密哈希函數，於2001年首次發布。它們是使用merker - damgard結構(來自單向壓縮函數本身)構建的，使用分類的專用塊密碼器中使用的Davies結構來構建。

　　SHA-2基本上由兩種哈希算法組成:SHA-256和SHA-512。SHA-224是SHA-256的一個變體，具有不同的初始值和截斷的輸出。SHA-384和不太為人所知的SHA-512/224和SHA-512/256都是SHA-512的變形。在AMD64等64位上，SHA-512比SHA-256更安全，而且通常比SHA-256更快。

　　以位為單位的輸出大小由「SHA」名稱的擴展名給出，因此SHA-224的輸出大小為224位(28位元組)，SHA-256生成32位元組，SHA-384生成48位元組，最後SHA-512生成64位元組。

　　SHA-3

　　SHA-3 (Secure Hash Algorithm 3)於2015年8月5日由NIST發布。SHA-3是更廣泛的Keccak的一個子集。Keccak算法是Guido Bertoni、Joan Daemen、Michael Peeters和Gilles Van Assche的成果。Keccak基於sponge 結構，sponge 結構還可以用於構建其他加密原語，如流cypher。SHA-3提供與SHA-2相同的輸出大小:224、256、384和512位。

　　還可以使用SHAKE-128和SHAKE-256函數獲得可配置的輸出大小。這裡名稱的-128和-256擴展表示函數的安全強度，而不是以位為單位的輸出大小。

　　BLAKE2

　　2012年12月21日，布萊克的改版產品BLAKE2發布。它是由Jean-Philippe Aumasson、Samuel Neves、Zooko Wilcox-O 'Hearn和Christian Winnerlein創建的，目標是取代廣泛使用的MD5和SHA-1算法。當運行在64x64和ARM架構上時，BLAKE2b比SHA-3、SHA-2、SHA-1和MD5更快。儘管BLAKE和BLAKE2還沒有被標準化為SHA-3，但它已經在許多協議中使用，包括argon2加密哈希，因為它在現代cpu上提供了很高的效率。由於BLAKE是SHA-3的候選對象，BLAKE和BLAKE2都提供了與SHA-3相同的輸出大小——包括可配置的輸出大小。

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