哈希运算如何工作？

区块链技术是多项技术创新紧密连结的复杂网络。其中最重要的一个部分就是哈希运算。

哈希是一种密码学功能，它将任何长度的字符序列转换为固定长度的独特输出，即哈希。这意味着不管输入的符号组合是什么，它们总是会产生一串独一无二的数字和字符。

比特币的哈希看起来像这样：

00000000000000000025e2ba026a8ad462b9a693d80fd0887def167f5f888a11

（区块 540807 的哈希）

哈希要点

• 哈希是加密编码数据的方法。
• 它从任何输入产生固定长度的输出。
• 相同的输入总是产生相同的哈希。
• 从哈希无法重构输入。
• 现代哈希函数使得从两个不同的输入产生相同的输出几乎不可能。

加密货币中的哈希

哈希是所有基于区块链的交易的不可或缺的部分，包括加密货币的交易。从挖掘区块到签署交易到生成私钥，哈希函数是必需的。

哈希函数是一个用于计算哈希的数学算法。不同的加密货币使用不同的哈希函数，但它们都遵循哈希的基本原则。

哈希的主要特性

哈希产生固定长度的输出

哈希总是从任何输入产生唯一的、固定长度的输出。让我们通过几个例子来了解这意味着什么。

在上表中，使用 SHA-256 哈希函数生成三个不同输入的哈希。在所有三种情况中，哈希完全是唯一的，但其长度保持不变。SHA-256 生成的哈希是 256 比特长，通常表示为由数字 0-9 和字母 A-F 组成的 64 个符号。无论输入的长度是多少——无论是单个单词（hello）还是整部小说（查尔斯·狄更斯的《荒凉山庄》）——哈希都固定为 64 个字符。

哈希是确定性的

相同的输入将始终产生相同的输出。如果你使用 SHA-256 从“fun”生成哈希，你将始终得到下表中所示的输出。然而，即使改变一个字母，也会产生一个完全不同的哈希。

哈希是单向函数

从任何给定的输出几乎不可能确定是什么输入。也就是说，用现代技术反转哈希函数几乎是不可能的。确定输入内容的唯一方法是尝试随机字符串，直到找到正确的一个。这种方法被称为暴力破解。

使用暴力破解将哈希反转回原始字符串说起来容易做起来难。不存在的计算机能够在合理的时间内找到答案，我们也不太可能构建出能够做到这一点的计算机。即使是目前全球最快的计算机 IBM Summit，它能够每秒进行数万亿次计算，也需要多年时间和惊人的电量来找到单个哈希的答案。

哈希抵抗碰撞

当哈希机制为两个不同的输入产生相同的输出时，就会发生碰撞。理论上，由于唯一哈希的数量有限，但输入的数量却没有限制，哈希碰撞是可能的。然而，发生碰撞的可能性极小。因此，哈希被认为是抵抗碰撞的，但不是免疫的。

比特币使用的 SHA-256 算法输出 256 比特长的哈希（一个由 1 和 0 组成的 256 位长的字符串）。这意味着它可以产生总共 2^256 个唯一的哈希。一旦输入的数量大于所有可能输出的数量，比如说 2^256+1，那么至少有两个输入将会有相同的输出——这就是碰撞。

那么这是否意味着哈希是可被利用的？不，一点也不。2^256 是一个巨大的数字。事实上，巨大甚至无法充分形容它。可以这样想：2^256 大致等于整个可观测宇宙中的原子数量。这个数字的巨大规模意味着发生碰撞的可能性极其微小。

哈希对区块链至关重要

区块链技术结合了来自各个科学领域的一系列重要解决方案。密码学哈希函数作为构建区块链的基础，并利用这些解决方案。难以想象一个完全不使用哈希的去中心化网络。