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哈希(Hash)

2024-09-03 13:33:54 49

哈希(Hash)是一种将任意长度的资料透过演算法转换成固定长度字串的方法。这个固定长度字串通常由数字和字母组成,看似随机却具有确定性。无论输入资料有多大或多小,杂凑函数总是能产生长度相同的输出,这就是所谓的「杂凑值」或「杂凑码」。


杂凑函数的一个重要特性是“单向性”,即从输入资料可以轻松计算出杂凑值,但透过杂凑值几乎不可能逆推出原始资料。这一特性使杂凑函数在资料保护和加密中发挥了重要作用。例如,使用者的密码通常透过杂凑函数存储,这样即便资料库被骇客入侵,也无法直接取得明文密码。


另一个关键特性是“抗碰撞性”,这意味着不同的输入资料不会产生相同的杂凑值。尽管理论上存在碰撞的可能性,但优秀的哈希函数能够确保这种情况极为罕见。 SHA-256就是一种广泛使用的安全杂凑演算法,它产生256位元的杂凑值,目前尚未发现实际的碰撞案例。


哈希函数在区块链技术中扮演核心角色。区块链是一种去中心化的分散式帐本,记录所有交易的历史。每个区块包含一组交易数据,并透过前一个区块的哈希值相连,形成链条结构。这种设计确保了区块链的安全性和完整性,因为任何对区块资料的篡改都会导致其哈希值的变化,从而破坏链条结构,使篡改行为易于检测。


比特币区块链中,哈希函数用于「工作量证明」(Proof of Work)机制。矿工们需要透过大量计算找出一个满足特定条件的哈希值,以便产生新的区块。这个过程需要大量运算资源,但也因为如此,攻击者要篡改区块链必须重新计算所有后续区块的杂凑值,代价极高,几乎不可行。


杂凑也应用于「默克尔树」(Merkle Tree),一种用于高效且安全验证区块中交易资料结构的树状资料结构。在梅克尔树中,叶子节点是交易的杂凑值,父节点是其子节点杂凑值的组合。透过这种方式,整个区块的哈希值最终由根节点表示,任何交易的变动都会导致根节点哈希值的变化,从而确保资料完整性和快速验证。


在现代互联网中,杂凑演算法也广泛应用于档案校验和资料完整性验证。例如,下载软体时常见的MD5或SHA-256校验码,就是用来确保下载档案未被窜改。使用者可以透过比较下载档案和官方网站提供的杂凑值来验证档案的完整性。

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