區塊鏈深度學習系列｜密碼學基礎之哈希算法的應用_VEST

本系列內容包含：基本概念及原理、密碼學、共識算法、錢包及節點原理、挖礦原理及實現。

挖礦

以比特幣網絡為例，比特幣挖礦主要使用到的算法是SHA-256，其具體流程參見下圖。

我們從上往下進行分析：

第一層是：nVersion；

第二層是：hashPrebBlock；

第三層是：hashMerkleRoot，

第四層是：nTime；

第五層是：nBits；

第六層是：nNonce；

第七層是：Hash。

韓國區塊鏈公司Lambda256完成700億韓元B輪融資，韓華集團領投:12月13日消息，韓國區塊鏈公司Lambda256完成700億韓元（約6000萬美元）B輪融資，韓華集團領投100億韓元，其他投資者包括新的私募股權基金VTIPartners、WooriTechnologyInvestment、KBInvestment、BokwangStartupInvestment、DSCInvestment、ShinhanVentureInvestment、NHFinancialGroup和SBIInvestment。該公司高管表示，韓華系統公司將通過Lambda256指定基于區塊鏈的平臺業務計劃，目標是國內和海外市場，但暫時不能透露具體項目的細節。Lambda256是加密交易所Upbit運營商Dunamu的區塊鏈子公司，于2019年3月分拆出來。[2021/12/13 7:36:13]

里面的n代表連續0的個數，該值要小于當前區塊難度目標值m，挖到塊的條件是前n個比特位全部為0，n越大，難度越大。假設最低難度對應最大目標值為M，則區塊難度為：M/m

BitCherry創始人Paul：區塊鏈創新金融將變革全球金融體系:12月10日，BitCherry創始人及CEO Paul在巴黎區塊鏈周PBWS 2020的主題圓桌討論，談及BitCherry在全球區塊鏈金融合規性的問題時表示：“區塊鏈金融合規的問題包括兩個方面：一、利用區塊鏈解決方案后，如何實現原有金融業務合規性的流程要求；二、區塊鏈創新金融業務的合規性問題。現階段，區塊鏈金融主要作為對傳統金融模式的補充或延展，并受到不同國家的金融監管法案的制約，但按照目前的發展趨勢來看，金融監管規定也并非會一成不變，目前已有越來越多的國家意識到區塊鏈金融的重要性。隨著區塊鏈技術的發展，區塊鏈創新金融未來必將變革全球金融體系，各國家應盡早為區塊鏈金融構建完善合理的監管框架。”[2020/12/11 14:53:31]

看過前面課程的朋友應該會有印象，這些全部是區塊頭中的數據字段。

農業農村部信息中心課題組：利用區塊鏈等保障農產品質量安全:4月2日，經濟日報刊發農業農村部信息中心課題組的題為“數字農業的發展趨勢與推進路徑”的文章。文章表示，當前，數字農業正呈現出巨大的發展潛力和廣闊的應用前景。農業數字化轉型是保障農產品質量安全的必然要求，利用區塊鏈、大數據、云平臺等提供精準生產、加工、流通各環節的數據信息，可實現從生產到消費全過程的有效監管和可追溯，保障農產品質量安全。[2020/4/2]

再來看左邊，我們分析一下為什么其中有些是固定而有些是可變的。

1.版本號和前一個區塊哈希是固定的，以比特幣為例，假設當前比特幣區塊高度為N，如果某人想挖接下來N+1區塊的話，那么這個時候版本號必須是固定的，前一個區塊的哈希必須也是固定的。因為在不存在分叉的情況下，當前區塊包含上一個區塊的哈希值；

也就是N-1區塊的哈希值加上N區塊數據算出N區塊哈希值，然后將N區塊哈希值當成N+1區塊的的前一區塊哈希值。這里有點繞，希望大家多理解一下；

金色財經現場報道 騰訊金融科技高級研發總監：區塊鏈在支付領域面對三大挑戰:金色財經現場報道，在2018大數據產業峰會上，騰訊金融科技高級研發總監李茂才表示，目前區塊鏈應用在支付系統方面有著三大挑戰，第一位CAP三角，其性能高可用性、數據一致性、分區容忍度方面存在挑戰；第二挑戰位隱私保護，如何在區塊鏈中保護用戶的隱私是一大挑戰；第三個挑戰為海量存儲，每個節點發生數據增長，其他所有節點都要全部存儲。[2018/4/19]

2.交易Merkle根是可變的，為什么說可變呢？因為在挖礦的時候，肯定會準備一個打包區塊，打包區塊形成的時候，礦工會根據自己的需求或根據利益算法，將交易打包進去，最后整理成一個Merkle根；

3.時間戳是可變的，挖礦有個時間范圍，在這個時間范圍內挖出的礦都為有效，所以在有效時間內的時間是可以任意調節的；

4.難度值在一定周期內是固定的，會隨著周期的改變而變化；

5.Nonce是可變的，這里就不展開講了，忘記的朋友可以翻閱前面的講解。

在挖礦的時候，到Nonce的時候，由于時間戳和Merkle根都已經經過計算固定了，這時只需要改變Nonce就可以了。此時可以把這7個數據看成一個整體，前面6個數據是X，把X放在哈希函數里面，會出來一個值，比如說Y值。

由于比特幣網絡里使用的哈希算法是SHA-256，當Y值出來之后，就會得到一個256個由0和1組成的字符串。這個字符串出來之后，它會和X里面的難度值比較大小。

每計算一次，也就是通過了一個Nonce，就會產生一個Y值，Y值會和難度值比較大小，如果Y值小于難度值，此時就找到了一個有效的Nonce，礦也就挖出來了。

生成地址

地址的生成中也用到了哈希算法。從下圖可以看到從公鑰到比特幣地址生成的流程。

第一層：生成公鑰；

第二層：兩層哈希算法，SHA-265和RIPMD-160；

第三層：然后雙層哈希計算，會產生公鑰哈希；

第四層：Base58Check編碼；

第五層：經過編碼，得到一個編碼串，這個編碼串就是公鑰哈希即比特幣地址。

形成Merkletree和交易Hash

在默克樹樹結構和形成交易哈希里面也使用到了哈希算法。

上圖的默克樹中，最底層有4個葉子節點，最左邊HA下面有個Hash，意思是：Tx表示交易，A表示交易編號。

假設現在使用的哈希算法是SHA-256，那么交易產生時，會對HA、HB分別進行哈希計算，會分別得到2個由256個0和1組成的字符串。同理，HC、HD也會得到相應的字符串，這樣四個交易會形成總的默克爾根。

區塊鏈

大家都知道在區塊鏈中，每個區塊都是一環套一環銜接上去的，就像一個鏈條一樣。我們通過下面的圖片，具體分析一下。

從圖中可以看出鏈的順序是從下往上增長的，最下面塊的高度是277314，這個區塊里面包含上一個區塊的哈希值：0000…0bdf，這里的0000…0bdf是上一個區塊區塊頭的哈希值。

同理，277315區塊里面包含的上一區塊頭哈希值：0000…2249，也是區塊277314的區塊頭哈希值，即：0000…2249。同理277316區塊也是這樣的情況，這也是我們第一節希望大家多理解的問題。

這樣的情況就保證了任何人可以從某一個區塊中，找到這個區塊里面包含的上一區塊的哈希值，也就是其父區塊。

現在我們討論的問題都是針對于區塊鏈沒有分叉的一個情況，到后面我們詳細分析區塊鏈分叉之后情況又是怎樣的。

通過這三個區塊我們能發現，從某種程度上來說區塊鏈就是一個哈希鏈。最新產生的區塊通過哈希值指向上一個區塊，上一個區塊在指向上上一個區塊……一直指向創世區塊。通過這個關系，這些區塊形成了鏈條，也就是我們常說的區塊鏈。

這是哈希算法在區塊鏈中常用到的具體應用，大家可以預先想一下，為什么區塊鏈中會使用哈希算法，而不是其他算法呢？后面的課程我們會給大家進行解答。

下節預告：什么是哈希

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