什么是区块链密码学：区块链安全的支柱

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密码学是安全性的支柱。随着 2009 年比特币的推出，区块链的到来，声称几乎是。十多年后，区块链确实被证明是高度安全的，但并不完美。

确保它的一些因素是其分布式设计、基于共识的验证和记录的不变性。使区块链技术高度安全的主要潜在因素是密码学；具体来说，就是基于密码学的安全数字通信。

什么是密码学？

密码学是一个跨学科研究领域，旨在在潜在恶意第三方存在的情况下开发安全的私人通信。简单来说，就是对双方之间发送的消息进行编码，这样只有发送者和接收者才能理解消息。

什么是区块链中的密码学？

在区块链技术的背景下，密码学有多种用途：

开发两个交易节点之间的安全数据交换，例如一个钱包将加密货币发送到另一个用户的钱包通过挖矿节点验证网络上的交易确保区块链上记录的不变性用于特定应用目的，例如确保智能合约中的数据机密性

区块链加解密

加密数据交换有两个关键组成部分：

加密，这是将纯文本消息转换为第三方无法阅读或理解的神秘形式的过程。消息的发送者对其进行加密以确保安全传输。解密，即将加密的消息转换回纯文本形式的过程。当消息安全地传递给接收者时，接收者会对其进行解密。

用于加密和解密数据的算法称为密码。原始密码的一个例子可能是当消息交换中的每个字母都被一个数字替换时，该数字表示该字母在字母表中的位置，例如 01 表示 A，02 表示 B，26 表示 Z，等等。例如，在这个简单的密码中，“08-09”指的是“Hi”。

消息从“Hi”到“08-09”的实际加密，以及从“08-09”到“Hi”的后续解密，是使用加密密钥完成的——加密和解密消息的一段数据基于算法/密码。

值得庆幸的是，区块链和其他现代计算机化系统使用的加密算法比我们的简单示例更加复杂和安全。我们将在本文中进一步介绍这些内容。

密码加密的主要类型

现代系统使用三种主要的加密/解密类型：

对称加密

在这种加密形式下，双方之间使用相同的密钥。在我们的简化示例中，需要相同的密钥（从字母到数字的映射）将“Hi”转换为“08-09”，然后将“08-09”解密回“Hi”。对称加密是现代加密的三种形式中最简单的一种。它的优点是执行速度快。但是，对称加密有一个严重的局限性，如果密钥被恶意的外人知道，整个通信就会受到损害。这使得与区块链等去中心化技术一起使用变得不切实际。

非对称加密

也称为公钥加密：这种加密形式使用一对密钥 , 来保护通信。公钥用于发送方对消息进行加密，而私钥用于接收方解密。两个密钥都属于通信的接收者。任何人都可以使用公钥来加密消息并将其发送到接收者的地址。事实上，公钥和钱包地址是紧密相连的概念。在大多数像比特币（）这样的公共区块链上，a 是用户公钥的散列版本。当消息被传递到钱包时，接收者使用他们的私钥来解密和读取消息。接收者的私钥只有他们自己知道，发送者或网络上的任何其他人都不知道。与对称（即单密钥加密）相比，使用公私钥对使非对称加密成为一种更安全的密码交换形式。

哈希函数加密

考虑到高度安全的加密类型，散列根本不使用密钥。散列使用一种算法来获取任意长度的输入并产生固定长度的输出。有许多不同的散列函数在使用中，其中只有一些（称为“加密散列函数”）被认为足够安全以用于加密目的。例如，比特币使用函数，而以太坊的哈希加密是基于 . 加密哈希函数具有许多特性，使其成为安全加密的理想选择：

它们发生冲突的可能性极低。这意味着两个不同的输入导致相同的散列输出的可能性是，使得暴力攻击不可能。原始消息无法从哈希输出进行逆向工程它们是确定性的，即任何输入在运行散列函数时都会产生相同的输出即使对输入进行微小的更改，例如将单个位从 0 翻转到 1，也会产生完全不同的输出哈希哈希算法（来源：Networkencyclopedia.com）

在三种加密类型中，对称加密几乎从未在流行的已建立区块链网络上使用。然而，非对称加密和散列在区块链技术中都得到了广泛的应用。

区块链中的密码学使用

在区块链中使用非对称加密来实现安全的节点到节点交易。每当您向网络上的另一个钱包发送或接收加密硬币或代币时，您的交易都会受到非对称加密的保护。

哈希加密在区块链中的用途更为广泛。哈希的一种用途是将用户的公钥加密到区块链地址中。当为新用户创建公钥时，它通过哈希函数运行以在网络上生成相应的钱包地址。这为区块链的地址系统增加了一层额外的安全性。

哈希也用于 (PoW) 网络中的区块链挖掘。挖矿是指参与的“矿工节点”对网络上的交易进行验证。当 a 时，其真实性必须由多个称为的网络用户验证。

每个交易数据块都包含一个通过哈希生成的唯一编号。在网络上投入大量计算能力来解决数学难题，以找到另一个数字，称为“随机数”。一旦添加到待验证区块的哈希中，nonce 将帮助完成验证。

因此，哈希算法是通过区块链挖掘验证数据的支柱。它们还用于将网络上的记录绑定到不可变的链中。网络上的每个数据块都包含自己唯一的哈希码和前一个块的哈希。

这确保了对数据块的任何尝试更改都需要对链中所有先前的块进行更改，这对于所有实际目的来说都是不可能的任务。这种通过哈希码的链接是区块链技术中的一项关键安全功能。

除了区块链中非对称和散列密码学的标准核心使用之外，区块链生态系统中还有一些特定领域可以使用加密。一个这样的领域是。

智能合约是否加密？

由于大多数区块链的公共性质，任何网络参与者都可以轻松查看智能合约，因此缺乏合同中经常寻求的机密性的关键特征。随着智能合约变得越来越c通常，基于散列算法的密码学将被更广泛地用于保护敏感的合同数据。

区块链技术是一个新兴的发展领域，旨在确保区块链智能合约的隐私性和机密性。 Hawk 是一种协议，它以加密方式将智能合约中的关键敏感信息隐藏在公众对区块链的看法中。从本质上讲，像 Hawk 这样的技术和协议都是基于某种形式的散列密码学。

这里总结了区块链不同方面常用的密码学方法：

在区块链中的使用密码学类型节点之间的交易（例如买卖硬币和代币）不对称交易的挖掘/验证散列区块链上记录的不变性/安全性散列智能合约中的数据保护散列

结论

在对称、非对称和散列这三种加密方法中，区块链使用后两种。对称加密在区块链中很少使用，因为它的安全特性比较差，不适合去中心化应用。

基于公钥和私钥配对的非对称加密是确保用户对用户交易安全的核心。

散列加密用于确保区块链整体安全的许多关键过程。哈希用于通过挖矿进行交易验证；保持区块链上记录的不变性；也适用于特殊应用，例如确保智能合约中数据的机密性和隐私性。此外，哈希还用于将公钥转换为区块链地址。

比特币或以太坊等流行的区块链平台使用高级、安全的哈希算法，例如 SHA-256 和 KECCAK-256。这些复杂算法的使用确保了它们的区块链是目前存在的最安全的数字网络之一。

目前，智能合约中数据的加密保护是区块链技术的一个新发展领域。随着智能合约的普及，基于散列算法的密码学将变得越来越重要。