比特幣:比特幣和區塊鏈的基石：哈希函數

之前我們介紹過比特幣誕生的偶然性和必然性，比特幣是歷史上第一次成功的個人依靠技術手段發行貨幣。若想要這個貨幣能夠順利流通起來，“中本聰”有很多事情要做。他必須讓人們相信，這個電子現金系統的賬本不是由他“中本聰”，也不是任何人能夠控制和篡改的。為達到這樣的自證清白的效果，他必須引用一種強大的驗證機制，可以讓任何人快速地發現數據被篡改，讓壞人無處遁形。這種數據防篡改的技術基石正是哈希函數。

WhaleChart：貝萊德和美國主要銀行正通過MicroStrategy購買比特幣:金色財經報道，WhaleChart在社交媒體上表示，貝萊德和美國主要銀行正在通過MicroStrategy購買創紀錄數量的比特幣。[2023/6/15 21:40:23]

哈希函數的最基礎作用是保證數據的一致性。試想，Alice在經過了一晚上的努力之后終于編寫出一個非常重要的文件，她第二天要利用這個文件做很多關鍵的操作。那么，她如何保證這個文件沒有被篡改呢？她的主機很可能被黑客或其他人侵入，如果文件直接保存在主機上，很可能的結果是文件被篡改了，如果這個文件是一個發放工資單的列表，黑客很可能會加入一些原本不存在的名字而使Alice上當受騙。

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2000枚比特幣自一未知地址轉至OKEx:據Whale Alert監測，北京時間10點26分，2000枚比特幣自一未知地址轉至OKEx。[2020/3/10]

我們還是先來說說哈希函數的特性，哈希函數可以歸納為公式：Y=H(x)。這里面的H函數有個特點，對于不同的輸入x，它都可以產生一個固定長度的Y，也就是哈希值。事情好像在朝著我們的預期發展，由于Y的長度是固定的，那么也可以認為Y的取值范圍是有限的，而x的長度是不固定的，那么x的取值范圍是無限的，這勢必會導致一個結果，出現一個x和x’，x!=x'，但H(x)=H(x')。這就是所謂的碰撞！

回到前面的話題，如果黑客篡改了文件，并利用碰撞找到一個辦法使新文件的哈希值與舊文件相同，他就作惡成功了！當然，這是不可能的，如果真的發生了我們描述的畫面，那么比特幣早已經胎死腹中了！事實上，哈希函數是防碰撞的，當然這個防碰撞是有一定前提的。像MD4、MD5、SHA1這樣的哈希函數已經被我國密碼學家、中科院院士王小云帶領她的團隊破解了。比特幣使用的是SHA2里面的sha256哈希函數，也就是說這個哈希值的取值范圍是2的256次冪，在這樣的取值范圍之內想要達到一次碰撞只是理論上的可能，站在這個角度上說比特幣的哈希函數是防碰撞的。

有了哈希函數的防碰撞特性，當一個數據被修改后，可以立即通過哈希值驗證出來，而比特幣的基礎數據結構默克爾樹，以及時序的區塊鏈式結構都是基于哈希函數構造的，這樣的兩個結構可以保證區塊鏈發生的每個交易都不可篡改，一旦篡改會立刻被驗證出來，并被其他節點所拋棄。

關于哈希函數的知識點尚未介紹完，我們將在下一篇再展開討論。歡迎大家留言，評論。

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