區(qū)塊鏈技術中的HASH算法解析

區(qū)塊鏈技術是一系列技術的結合，建立一種新的技術架構，hash算法是其中尤為重要的一塊，這里簡單對hash算法做一個說明。如果有理解不當的地方請及時指正。

講hash算法之前先明確一個基礎的計算機知識，計算機在底層機器碼是采用二進制的模式，所謂二進制簡單來說就是底層以0/1來標識，所有數據傳輸記錄都以010101的模式來存儲記錄，兩種狀態(tài)也可認為就是一個日常生活中的開關，1標識開，0標識關。那么計算機中最小的數據單位也就是這里說的0或者1，這里我們稱為bit（比特或者位），8個bit組成一個字節(jié)。當然計算機中也有八進制、十六進制的表示，這里暫時不展開討論。只明確底層一個二進制的概念。

Hash算法將任意長度的二進制值映射為較短的固定長度的二進制值，這個小的二進制值稱為哈希值。哈希值是一段數據唯一且極其緊湊的數值表示形式。如果散列一段明文而且哪怕只更改該段落的一個字母，隨后的哈希都將產生不同的值。要找到散列為同一個值的兩個不同的輸入，在計算上是不可能的，所以數據的哈希值可以檢驗數據的完整性。一般用于快速查找和加密算法。

再引入一個hash表概念，計算機數據結構中，給定一個表M，關鍵字key，存在函數H（key），對任意給定的關鍵字值key，代入函數后若能得到包含該關鍵字的記錄在表中的地址，則稱表M為hash表。

簡單理解hash算法就是這一種單向的加密，一個明文加密稱為密文，不可逆推，只有加密過程，沒有解密過程。說明了hash函數和hash表的概念，那么目前常用的hash算法有MD5（已被破解），SHA系列算法（比特幣中使用sha-256算法）。SHA這里稍微提下（secure hash algorithm）這不是一個算法，這是一個hash函數集，現在有sha-224、sha-256、sha-384、sha-512等算法。在09年中本聰設計比特幣的時候，當時sha-256被認為最安全的算法之一，故選擇了sha-256，到目前為止還沒有被破解。

解釋到這里，可能會聯想到，hash算法中key在計算后如果出現了同一位置，沖突的產生，這里簡單說下幾種沖突處理，如有興趣可以查看hash算法論文。

1.拉鏈法：這種方法可以完全避免沖突，將所有關鍵字為同義詞的結點鏈接在同一個單鏈表中。若選定的散列表長度為m，則可將散列表定義為一個由m個頭指針組成的指針數組t［0..m-1］。凡是散列地址為i的結點，均插入到以t為頭指針的單鏈表中。t中各分量的初值均應為空指針。在拉鏈法中，裝填因子α可以大于1，但一般均取α≤1。

2.多哈希法：設計兩種以上的hash函數，避免沖突，這個感覺比較不靠譜，但是從概率上來說多種hash函數還是降低了沖突的出現。

3.開放地址法：開放地址法有一個公式：Hi=（H（key）+di） MOD m i=1，2，。..，k（k《=m-1），其中，m為哈希表的表長。di 是產生沖突的時候的增量序列。如果di值可能為1，2，3，。..m-1，稱線性探測再散列。如果di取1，則每次沖突之后，向后移動1個位置。如果di取值可能為1，-1，4，-4，9，-9，16，-16，。..k*k，-k*k（k《=m/2），稱二次探測再散列。如果di取值可能為偽隨機數列。稱偽隨機探測再散列。

Hash算法函數根據分類：加法hash、位運算hash、乘法hash、除法hash、查表hash等。

參考百度百科說的比較抽象，有興趣可以深入了解下。

結合區(qū)塊鏈，在區(qū)塊鏈中很多地方都用到了hash函數：

1.區(qū)塊鏈中節(jié)點的地址、公鑰、私鑰的計算。以地址為例：公鑰經過一次SHA256計算，再進行一次RIPEMD160計算，得到一個公鑰哈希（20字節(jié)160比特），添加版本信息，再來兩次SHA256運算、取前4比特字節(jié)，放到哈希公鑰加版本信息后，再經過base58編碼，最終得到地址。

2.merkle tree：是數據結構中的一種樹結構，可以是二叉樹，也可以是多叉樹，他和數據結構中樹的特點幾乎一致，和普通樹不同的是：merkle tree上的葉節(jié)點存放hash計算后的hash值，非葉節(jié)點是其對應的子節(jié)點串聯的字符串的hash值。用于區(qū)塊頭和SPV認證中。

3.比特幣中的挖礦，工作量證明（pow），計算的其實就是一個nonce，當這個隨機數和其他散列過的數據合并時，產生一個比規(guī)定目標小（target）值。挖礦也可以理解一種快速不可逆的計算。SHA256（SHA256（version + prev_hash + merkle_root + ntime + nbits + x ）） 《 TARGET。

4.比特幣中的bloom filter布隆過濾器，布隆過濾器基于hash函數的快速查找。解決了客戶端檢索的問題，原理是Bloom filter可以快速判斷出某檢索值一定不存在于某個指定的集合，從而可以過濾掉大量無關數據，減少客戶端不必要的下載量。

簡單介紹了HASH算法，和區(qū)塊鏈中用到的HASH算法，區(qū)塊鏈是多個技術的結合，結合各自特點出現的一種新的技術架構，HASH算法和加密技術為區(qū)塊鏈的自證信任化及安全控制提供了基礎，算法的碰撞和現在量子計算的發(fā)展，之前在區(qū)塊鏈的安全性的文章中筆者有過說明，技術不斷發(fā)展，肯定會有更適合的技術保障應用的實現。