Comunion 区块链深度学习系列｜哈希算法的应用

本系列包括:基本概念和原理、密码学、共识算法、钱包和节点原理、挖掘原理和实现。

挖矿

以比特币网络为例。SHA-256是比特币挖矿中使用的主要算法，其具体过程如下图所示。

我们从上到下进行分析:

第一层是:n版本（版本号）；

第二层是:hash preblock（前一个块的hash）；

第三层是:hash Merkle Root（交易Merkle Root），

第四层是:n Time（时间戳）；

第五层是:n位（难度值）；

第六层是:n Nonce（随机数）；

第七层是:Hash（哈希函数）。

n代表连续零的数量，小于当前区块难度目标值m，挖掘区块的条件是前n位全部为零，n越大难度越大。假设最低难度对应的最大目标值为m，则区块难度为m/m。

看过前面课程的朋友应该有印象，这些都是块头中的数据字段。

再看左边，我们来分析一下为什么有些是固定的，有些是可变的。

1的版本号。和前一块的散列是固定的。以比特币为例，假设当前比特币区块高度为N，如果有人想要挖掘下一个N+ 1区块，那么此时版本号必须固定，并且前一个区块的hash也必须固定。因为在没有分叉的情况下，当前块包含前一个块的哈希值；

即N- 1 block的哈希值与n block的数据相加计算出n block的哈希值，然后将n block的哈希值视为N+ 1 block的上一个哈希值。这里有一点绕路，希望大家能多理解；

2.交易Merkle根是可变的。为什么是可变的？因为挖矿的时候肯定会准备一个包块。当打包块形成时，矿工将根据自己的需求或根据利息算法对交易进行打包，并最终将其组织成Merkle根；

3.时间戳是可变的，并且存在挖掘的时间范围。在这个时间范围内挖的矿都是有效的，所以有效时间内的时间可以随意调整；

4.难度值在一定时期内是固定的，会随着时期的变化而变化；

5.Nonce是可变的，所以我不会在这里谈论它。忘了的朋友可以看看之前的解释。

在挖掘时，当涉及到Nonce时，由于时间戳和Merkle根已通过计算固定，因此只需更改Nonce。此时，这七项数据可以视为一个整体。前六个数据是X .如果你把X放入哈希函数中，就会得出一个值，比如Y。

由于比特币网络中使用的哈希算法是SHA-256，当Y的值出来时，将获得一个由256个0和1组成的字符串。这个字符串出来后，将与x中的难度值进行比较。

每次计算，即传递一个Nonce，都会产生一个y值，该值将大于难度值。如果y值小于难度值，此时将找到一个有效的Nonce，并且将挖矿。

生成地址

哈希算法也用于地址生成。从下图中，您可以看到从公钥生成比特币地址的过程。【比特币为什么会出现】

第一层:生成公钥（如何生成将在后面的课程中回答）；

第二层:两层哈希算法，SHA-265和RIPMD- 160（通常称为双重哈希或哈希160）；

第三层:然后双层哈希计算会生成公钥哈希；

第四层:Base58Check编码（在Base58编码的基础上改进）；

第五层:编码后得到一个编码字符串，这个字符串就是公钥hash，也就是比特币地址。

形成Merkle树和事务散列

哈希算法也用于默克树结构和事务哈希。

在上面的Merck树中，底部有四个叶节点，最左边的H A下面有一个Hash（TxA），这意味着:Tx代表transaction，A代表transaction number。

假设现在使用的哈希算法是SHA-256，则在生成交易时，将分别对HA和HB进行哈希运算，分别得到由256个零和1组成的两个字符串。同样，HC和HD也将获得相应的字符串，这样这四个交易将形成总的默克尔根。

区块链（哈希链）

每个人都知道在区块链，每个街区都是一个接一个连接起来的，就像一条链子。让我们通过下面的图片来详细分析一下。

从图中可以看出，链的顺序是从下到上递增的。最低块的高度是2773 14，这个块包含前一个块的哈希值:0000…0bdf（红框1），其中0000…0bdf是前一个块（2773 12）。

同样，块2773 15: 0000…2249（红框3）中包含的前一个块头哈希值也是块2773 14的块头哈希值，即:0000…2249（红框2）。同样，在block 2773 16中也是这种情况，这也是我们希望您在第一节中能够更多了解的问题。

这种情况可以确保任何人都可以找到该块中包含的前一个块【比特币报价】的哈希值，即其父块。

我们现在讨论的问题都是针对区块链没有分叉的情况。稍后，我们将详细分析区块链分叉后会发生什么。

通过这三个区块，我们可以发现区块链在某种程度上是一个哈希链。新生成的块通过哈希值指向前一个块，前一个块指向前一个块...一直到创作区。通过这种关系，这些区块形成了一条链，也就是我们常说的区块链。

这是区块链常用的哈希算法的一个具体应用。你可以事先想一想，为什么在区块链使用哈希算法而不是其他算法？我们将在后面的课程中为您解答。

下一节预览:什么是哈希？

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