区块链的哈希指针作用 区块链哈希算法原理

一、什么是哈希值和区块链

区块链中的哈希值是什么意思？如果你对区块链领域有所了解，那么你一定听说过哈希值，或许我们在浏览区块链信息时会经常看到哈希值，但是如果让我们说说哈希值到底是什么，可能我们也并不能说明白。我知到，虽然很多人都已经进入币圈很久，但是对于区块链领域的一些概念还处于一个一知半解，知道又不完全清楚的状态。其实哈希就是一种压缩信息的方法，我们可以通过哈希将很长的一段文字压缩成一小段乱码，那么区块链中的哈希值是什么意思呢？现在就让我来为大家详细的讲解一下。

哈希值是将任意长度的输入字符串转换为密码并进行固定输出的过程。哈希值不是一个“密码”，我们不能通过解密哈希来检索原始数据，它是一个单向的加密函数。

区块链哈希是什么?如果是刚开始了解区块链，就需要结合“区块”的概念来一起理解了。每一个区块，包含的内容有数据信息，本区块的哈希值以及上一个区块的哈希值。区块中的数据信息，主要是交易双方的地址与此次交易数量还有交易时间信息等。而哈希值就是寻找到区块，继而了解到这些区块信息的钥匙。以上就是区块链中哈希的含义了。

区块链通过哈希算法对一个交易区块中的交易信息进行加密，并把信息压缩成由一串数字和字母组成的散列字符串。金窝窝集团分析其哈希算法的作用如下：区块链的哈希值能够唯一而精准地标识一个区块，区块链中任意节点通过简单的哈希计算都接获得这个区块的哈希值，计算出的哈希值没有变化也就意味着区块链中的信息没有被篡改。

在区块链中，每个块都有前一个块的哈希值，前一个块被称为当前块的父块，如果考虑父块有一个当前区块。它将会有上一个块的哈希值即父块。

在区块链中，每个块都有前一个块的哈希值。当我们更改当前块中的任何数据时，块的哈希值将被更改，这将影响前一个块，因为它有前一个块的地址。例如，如果我们只有两个块，一个是当前块，一个是父块。当前块将拥有父块的地址。如果需要更改当前块中的数据，还需要更改父块。当只有两个数据块时，很容易更改数据，但是现在，当我们在区块链中实现时，2020-01-2412:32已经挖掘了614272个块，而614272(th)块的哈希值为00000000000000000007a6be31011560f1e3abe8f125e356a31db6051753334e。如果我们要更改当前块614272(th)中的数据，614271块的哈希地址必须更改，但是614271块的哈希是不可能更改的，所以这就是区块链被称为不可变的，数据可信的。区块链的第一个块，称为起源块。你可以从这个起源块中看到有多少块被开采到现在。

如果我们对输入的任何部分做一个小的改变，输出就会有一个大的改变，请看下面的例子以获得更多的理解。哈希值是区块链技术不可变的和确定的潜力核心基础和最重要的方面。它保留了记录和查看的数据的真实性，以及区块链作为一个整体的完整性。

#比特币[超话]##数字货币##欧易OKEx#

区块链哈希算法是什么？哈希算法也被称为“散列”，是区块链的四大核心技术之一。是能计算出一个数字消息所对应的、长度固定的字符串（又称消息摘要）的算法。由于一段数据只有一个哈希值，所以哈希算法可以用于检验数据的完整性。在快速查找和加密算法的应用方面，哈希算法的使用非常普遍。

在互联网时代，尽管人与人之间的距离更近了，但是信任问题却更严重了。现存的第三方中介组织的技术架构都是私密而且中心化的，这种模式永远都无法从根本上解决互信以及价值转移的问题。因此，区块链技术将会利用去中心化的数据库架构完成数据交互信任背书，实现全球互信的一大跨步。在这一过程中，哈希算法发挥了重要作用。

散列算法是区块链中保证交易信息不被篡改的单向密码机制。区块链通过散列算法对一个交易区块中的交易进行加密，并把信息压缩成由一串数字和字母组成的散列字符串。区块链的散列值能够唯一而准确地标识一个区块。在验证区块的真实性时，只需要简单计算出这个区块的散列值，如果没有变化就意味着这个区块上的信息是没有被篡改过的。

链乔教育在线旗下学硕创新区块链技术工作站是中国教育部学校规划建设发展中心开展的“智慧学习工场2020-学硕创新工作站”唯一获准的“区块链技术专业”试点工作站。专业站立足为学生提供多样化成长路径，推进专业学位研究生产学研结合培养模式改革，构建应用型、复合型人才培养体系。

区块链中的哈希值是什么？哈希值是将任意长度的输入字符串转换为密码并进行固定输出的过程。哈希值不是一个“密码”,我们不能通过解密哈希来检索原始数据,它是一个单向的加密函数。

区块链：

区块链是一个信息技术领域的术语。从本质上讲，它是一个共享数据库，存储于其中的数据或信息，具有“不可伪造”“全程留痕”“可以追溯”“公开透明”“集体维护”等特征。基于这些特征，区块链技术奠定了坚实的“信任”基础，创造了可靠的“合作”机制，具有广阔的运用前景。2019年1月10日，国家互联网信息办公室发布《区块链信息服务管理规定》。

什么是哈希我们先来讲个故事哈。

有一个人每次打开区块链文章，都意气风发，暗暗下决心要发愤图强，看了一会儿，发现很难看懂什么，硬逼着自己学习，却已是强弩之末，最后只能末学肤受，学了个皮毛而已。

那个人就是我哈，希望大家不要末学肤受，而能食髓知味，深刻理解区块链知识。

这四个成语。

意气风发～发奋图强～强弩之末～末学肤受

每个成语的第一个字，是前一个成语的最后一个字，组成了一个成语链的链式结构。

我们来类比一下，区块链的链式结构。

区块链0，1，2，3的链式结构是靠什么形成的呢？

是靠前一个区块的哈希值，也叫做父区块哈希值。

区块0是区块1的父区块。

区块1是区块0的子区块。

区块0的哈希值对区块1而言，就是父区块的哈希值。

父区块哈希值，就是上面成语链式结构里，把前后两个成语连接起来的那个字。

要理解区块链链式结构，还要理解什么叫哈希。

再讲个故事哈。

小黑同学要把一袋猫粮快递给大白老师。

他让哈希公司的快递员上门取件，打包完成后，拿到了快递单号。

这个寄快递的过程中，有三个关键步骤。

1.选择要寄送的物品。

2.选择哈希快递公司，对物品进行快递打包。

3.拿到快递单号。

哈希公司给的快递单号就是哈希值。

大白老师对小黑选择的哈希公司很满意。

1.不论小黑寄的东西有多大，经过哈希公司打包后，拿到手的快递包裹都一样大。

2.哈希公司打印出来的快递单号也就是哈希值，除了让你查询物流的实时状况，还可以让你知道包裹中的物品有没有被人调包或撰改。

比如小黑寄给大白的猫粮，在运送过程中，哪怕袋子上的配料表，被人改了一个标点符号，哈希公司给的快递单号，也就是哈希值都会实时发生变化，警示小黑快递包裹发生了异常情况。

哈希公司确实很厉害哈。

区块链技术中的哈希算法是什么？1.1.简介

计算机行业从业者对哈希这个词应该非常熟悉，哈希能够实现数据从一个维度向另一个维度的映射，通常使用哈希函数实现这种映射。通常业界使用y=hash(x)的方式进行表示，该哈希函数实现对x进行运算计算出一个哈希值y。

区块链中哈希函数特性：

函数参数为string类型；

固定大小输出；

计算高效；

collision-free即冲突概率小：x!=y=hash(x)!=hash(y)

隐藏原始信息：例如区块链中各个节点之间对交易的验证只需要验证交易的信息熵，而不需要对原始信息进行比对，节点间不需要传输交易的原始数据只传输交易的哈希即可，常见算法有SHA系列和MD5等算法

1.2.哈希的用法

哈希在区块链中用处广泛，其一我们称之为哈希指针（HashPointer）

哈希指针是指该变量的值是通过实际数据计算出来的且指向实际的数据所在位置，即其既可以表示实际数据内容又可以表示实际数据的存储位置。下图为HashPointer的示意图

HashPointer在区块链中主要有两处使用，第一个就是构建区块链数据结构。了解区块链的读者应该知道区块链数据结构由创世区块向后通过区块之间的指针进行连接，这个指针使用的就是图示的HashPointer.每个区块中都存储了前一个区块的HashPointer。这样的数据结构的好处在于后面区块可以查找前面所有区块中的信息且区块的HashPointer的计算包含了前面区块的信息从而一定程度上保证了区块链的不易篡改的特性。第二个用处在于构建MerkleTree.MerkleTree的各个节点使用HashPointer进行构建，关于区块链数据结构以及MerkleTree的内容我们在后续文章中进行进一步介绍。

哈希还在其他技术中有所应用例如:交易验证以及数字签名等等。

2.加密算法

2.1简述

加密简单而言就是通过一种算法手段将对原始信息进行转换，信息的接收者能够通过秘钥对密文进行解密从而得到原文的过程。按照加密方和解密方秘钥相同与否可以将加密算法大致分为三种子类型：

对称加密

对称加密的加密解密方使用相同的秘钥，这种方式的好处在于加解密的速度快但是秘钥的安全分发比较困难，常见对称加密算法有DES,AES,...

非对称加密

非对称加密体系也称为公钥体系，加解密时加密方拥有公钥和私钥，加密方可以将公钥发送给其他相关方，私钥严格自己保留。例如银行的颁发给个人用户的私钥就存储在个人的U盾里；非对称加密中可以通过私钥加密，他人能够使用公钥进行解密，反之亦然；非对称加密算法一般比较复杂执行时间相对对称加密较长；好处在于无秘钥分发问题。常见的其他非对称加密算法有RSA,ECC,区块链中主要使用ECC椭圆曲线算法。

对称加密与非对称加密的结合

这种方式将加密过程分为两个阶段，阶段一使用非对称加密进行秘钥的分发使得对方安全地得到对称加密的秘钥，阶段二使用对称加密对原文进行加解密。

2.2数字签名

数字签名又称之为公钥数字签名，是一种类似于写在纸上的物理签名。数字签名主要用于数据更改的签名者身份识别以及抗抵赖。数字签名包含三个重要特性：

只有自己可以签署自己的数字签名，但是他人可以验证签名是否是你签发；

数字签名需要和具体的数字文档绑定，就好比现实中你的签名应该和纸质媒介绑定；

数字签名不可伪造；

依赖非对称加密机制可以较容易实现上述三种特性。

首先，需要生成个人的公私钥对：

(sk,pk):=generateKeys(keysize)，sk私钥用户自己保留，pk公钥可以分发给其他人

其次，可以通过sk对一个具体的message进行签名：

sig:=sign(sk,message)这样就得到了具体的签名sig

最后，拥有该签名公钥的一方能够进行签名的验证：

isValid:=verify(pk,message,sig)

在区块链体系中每一条数据交易都需要签名，在比特币的设计过程中直接将用户的公钥来表征用户的比特币地址。这样在用户发起转账等比特币交易时可以方便的进行用户交易的合法性验证。

2.3数字证书和认证中心

2.3.1数字证书（DigitalCertificate）

数字证书又称“数字身份证”、“网络身份证”是经认证中心授权颁发并经认证中心数字签名的包含公开秘钥拥有者及公开秘钥相关信息的电子文件，可以用来判别数字证书拥有者身份。

数字证书包含：公钥、证书名称信息、签发机构对证书的数字签名以及匹配的私钥

证书可以存储在网络中的数据库中。用户可以利用网络彼此交换证书。当证书撤销后，签发此证书的CA仍保留此证书的副本，以备日后解决可能引起的纠纷。

2.3.2认证中心（CertificateAuthority）

认证中心一般简称CA,CA一般是一个公认可信的第三方机构，其作用主要是为每个用户颁发一个独一无二的包含名称和公钥的数字证书。

2.4常见加密算法的对比

二、什么是公共区块链

公共区块链是任何人都可以访问的去中心化平台。以下是对公共区块链的详细解释：

访问权限：公共区块链是未经许可的，这意味着任何人都可以随时加入网络，无需经过特定的授权或审核。任何人都可以在平台上读取、写入（即发送交易）和验证信息。这种开放性使得公共区块链成为一个高度透明和去中心化的系统。

分布式分类账：公共区块链是一个分布式分类账，其中的交易数据被打包成“块”，并按照时间顺序依次连接形成“链”。每个块都包含了一定数量的交易记录，以及一个指向前一个块的指针（即哈希值），从而确保整个区块链的完整性和连续性。

时间戳与不可篡改性：区分一个块与另一个块的关键因素是时间戳，它记录了该块被创建的时间。一旦一个块被添加到区块链上，并且经过足够的验证（即达成共识），该块中的数据就变得不可更改。这是因为任何对数据的修改都会破坏区块链的完整性，从而被网络上的其他节点识别并拒绝。

共识机制：公共区块链使用共识机制来验证交易并达成共识。共识机制是确保所有节点在区块链上保持一致状态的关键。目前，领先的公共区块链如比特币和以太坊主要使用工作量证明（PoW）共识机制。然而，随着技术的发展，一些公共区块链已经开始向权益证明（PoS）等更高效的共识机制过渡。

透明度与分散性：与私有区块链相比，公共区块链具有更高的透明度和分散性。由于任何人都可以加入网络并访问数据，因此公共区块链上的信息更加公开和透明。同时，由于没有一个实体可以控制整个系统，因此公共区块链的分散性也更高，这有助于降低单点故障的风险并提高系统的鲁棒性。

可扩展性问题：尽管公共区块链具有许多优点，但它们也面临一些挑战。其中最主要的是可扩展性问题。由于公共区块链上的交易需要被所有节点验证和记录，因此随着网络规模的扩大和交易量的增加，交易速度可能会变慢，并且网络可能会变得拥堵。这限制了公共区块链在处理大量交易时的能力。

共识机制限制：与私有区块链相比，公共区块链在共识机制的选择上也受到一定的限制。由于公共区块链需要确保系统的安全性和去中心化特性，因此只有少数几种共识机制（如PoW和PoS）被广泛应用于公共区块链中。这限制了公共区块链在创新和发展方面的灵活性。

以下是一张关于区块链的图片，展示了区块链的基本结构和原理：

综上所述，公共区块链是一个高度透明、去中心化和开放的平台，它使用共识机制来验证交易并达成共识。尽管它面临一些挑战（如可扩展性问题和共识机制限制），但它在推动区块链技术的发展和应用方面发挥着重要作用。

三、哈希算法的介绍

哈希算法介绍

哈希算法，又称散列算法，是一种将任意长度的输入数据（如字符串、文件等）通过特定函数转换为固定长度输出值（即哈希值或摘要）的技术。哈希算法在数据完整性验证、加密与安全、数据索引和快速查找、数据分片和负载均衡以及数据唯一性标识等方面发挥着重要作用。

一、哈希算法的作用

数据完整性验证：

哈希函数可以为任意长度的数据生成固定长度的哈希值。

通过对数据进行哈希计算，可以得到一个唯一的摘要值，用于验证数据的完整性。

通过比较不同时间或不同地点生成的哈希值，可以确定数据是否被篡改或损坏。

加密与安全：

哈希函数在密码学中扮演着重要角色，被用于存储密码、数字签名、消息认证等方面。

密码哈希函数将用户的密码转换成固定长度的哈希值，并将其存储在数据库中，而不是明文保存密码。

这样可以在验证用户身份时，直接比较哈希值，而不会使原始密码暴露在可能的攻击下。

数据索引和快速查找：

哈希函数常用于索引和散列查找算法，如散列表（Hash Table）、Bloom Filter等。

它们将数据映射到固定大小的哈希表中的位置，以实现高效的数据访问和查找操作。

哈希函数可以减少搜索的复杂度，提高数据检索的速度。

数据分片和负载均衡：

在分布式系统中，哈希函数可用于根据数据的特征将其均匀地分配到多个节点上。

通过使用哈希函数，可以将数据均匀地散列到不同的存储节点上，实现负载均衡和数据的分布式存储。

数据唯一性标识：

哈希函数可以将任意长度的数据映射为固定长度的哈希值。

这样的哈希值通常可以作为数据的唯一标识符，用于数据的比较、去重和识别等应用场景。

二、常见的哈希函数

MD5（Message Digest Algorithm 5）：

产生128位的哈希值。

常用于校验文件完整性。

但由于其较低的安全性和容易碰撞的特点，已逐渐不再被推荐在加密领域使用。

SHA-1（Secure Hash Algorithm 1）：

产生160位的哈希值。

曾广泛应用于安全领域。

然而，SHA-1已经被证明存在严重的安全弱点，因此在加密场景中也不再推荐使用。

SHA-256（Secure Hash Algorithm 256）：

产生256位的哈希值。

安全性较高，仍然广泛应用于密码学、区块链等领域。

SHA-3（Secure Hash Algorithm 3）：

是美国国家标准与技术研究院（NIST）于2015年发布的新一代安全哈希算法。

基于Keccak算法，提供了多个摘要长度选项，如SHA-3-224、SHA-3-256、SHA-3-384和SHA-3-512。

CRC32（Cyclic Redundancy Check）：

产生32位的哈希值。

主要用于数据校验和错误检测，如文件校验、网络通信等。

三、哈希冲突的解决方法

哈希冲突是指不同的输入数据产生了相同的哈希值。为了解决这个问题，常见的哈希冲突解决方法包括：

开放寻址法（Open Addressing）：

当发生冲突时，顺序地在哈希表中搜索下一个可用的槽位，直到找到空闲位置来存储数据。

这种方法简单直接，但可能导致聚集效应，即连续的冲突会导致性能下降。

链地址法（Chaining）：

使用链表来解决冲突。哈希表的每个槽位包含一个指向链表头部的指针。

在发生冲突时，新的元素被添加到对应槽位的链表中。

这样可以避免聚集效应，并且适用于大多数情况。

再哈希法（Rehashing）：

使用不同的哈希函数来处理冲突。

当发生冲突时，会根据另一个哈希函数再次计算哈希值，并尝试将数据放置在新的位置上。

这样可以尽量避免冲突，但需要额外的哈希函数。

建立公共溢出区（Overflow Area）：

当发生冲突时，将冲突的数据存储在一个公共溢出区域中。

这种方法简单，但可能会导致哈希表的使用效率降低。

完美哈希函数（Perfect Hashing）：

一种能够确保没有冲突发生的哈希函数。

通过在构建哈希表时对输入数据进行分析和处理，选择适合的哈希函数来避免冲突。

综上所述，哈希算法是一种重要的数据处理技术，具有广泛的应用场景和重要的应用价值。通过选择合适的哈希函数和冲突解决方法，可以有效地实现数据的快速查找、完整性验证和安全保护等功能。