問題導讀
1.雜湊演算法在區塊鏈的作用是什麼？
2.什麼是雜湊演算法？
3.雜湊演算法是否可逆？
4.比特幣採用的是什麼雜湊演算法？


作用
在學習雜湊演算法前，我們需要知道雜湊在區塊鏈的作用
雜湊演算法的作用如下：
區塊鏈通過雜湊演算法對一個交易區塊中的交易資訊進行加密，並把資訊壓縮成由一串數字和字母組成的雜湊字串。

區塊鏈的雜湊值能夠唯一而精準地標識一個區塊，區塊鏈中任意節點通過簡單的雜湊計算都接獲得這個區塊的雜湊值，計算出的雜湊值沒有變化也就意味著區塊鏈中的資訊沒有被篡改。

定義

hash （雜湊或雜湊）演算法是資訊科技領域非常基礎也非常重要的技術。它能任意長度的二進位制值（明文）對映為較短的固定長度的二進位制值（hash 值），並且不同的明文很難對映為相同的 hash 值。

解讀區塊鏈，區塊鏈中HASH演算法

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

講hash演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採用二進位制的模式，所謂二進位制簡單來說就是底層以0/1來標識，所有資料傳輸記錄都以010101的模式來儲存記錄，兩種狀態也可認為就是一個日常生活中的開關，1標識開，0標識關。那麼計算機中最小的資料單位也就是這裡說的0或者1，這裡我們稱為bit（位元或者位），8個bit組成一個位元組。當然計算機中也有八進位制、十六進位制的表示，這裡暫時不展開討論。只明確底層一個二進位制的概念。

Hash演算法將任意長度的二進位制值對映為較短的固定長度的二進位制值，這個小的二進位制值稱為雜湊值。雜湊值是一段資料唯一且極其緊湊的數值表示形式。如果雜湊一段明文而且哪怕只更改該段落的一個字母，隨後的雜湊都將產生不同的值。要找到雜湊為同一個值的兩個不同的輸入，在計算上是不可能的，所以資料的雜湊值可以檢驗資料的完整性。一般用於快速查詢和加密演算法。

再引入一個hash表概念，計算機資料結構中，給定一個表M，關鍵字key，存在函式H(key)，對任意給定的關鍵字值key，代入函式後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演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函式和hash表的概念，那麼目前常用的hash演算法有MD5（已被破解），SHA系列演算法（比特幣中使用sha-256演算法）。SHA這裡稍微提下（secure hash algorithm）這不是一個演算法，這是一個hash函式集，現在有sha-224、sha-256、sha-384、sha-512等演算法。在09年中本聰設計比特幣的時候，當時sha-256被認為最安全的演算法之一，故選擇了sha-256，到目前為止還沒有被破解。

解釋到這裡，可能會聯想到，hash演算法中key在計算後如果出現了同一位置，衝突的產生，這裡簡單說下幾種衝突處理，如有興趣可以檢視hash演算法論文。

1.拉鍊法：這種方法可以完全避免衝突，將所有關鍵字為同義詞的結點連結在同一個單鏈表中。若選定的散列表長度為m，則可將散列表定義為一個由m個頭指標組成的指標陣列t[0..m-1]。凡是雜湊地址為i的結點，均插入到以t為頭指標的單鏈表中。t中各分量的初值均應為空指標。在拉鍊法中，裝填因子α可以大於1，但一般均取α≤1。

2.多雜湊法：設計兩種以上的hash函式，避免衝突，這個感覺比較不靠譜，但是從概率上來說多種hash函式還是降低了衝突的出現。

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為雜湊表的表長。di 是產生衝突的時候的增量序列。如果di值可能為1,2,3,...m-1，稱線性探測再雜湊。如果di取1，則每次衝突之後，向後移動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），稱二次探測再雜湊。如果di取值可能為偽隨機數列。稱偽隨機探測再雜湊。

    Hash演算法函式根據分類：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，有興趣可以深入瞭解下。

結合區塊鏈，在區塊鏈中很多地方都用到了hash函式：

1.區塊鏈中節點的地址、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，得到一個公鑰雜湊（20位元組\160位元），新增版本資訊，再來兩次SHA256運算、取前4位元位元組，放到雜湊公鑰加版本資訊後，再經過base58編碼，最終得到地址。

2.merkle tree：是資料結構中的一種樹結構，可以是二叉樹，也可以是多叉樹，他和資料結構中樹的特點幾乎一致，和普通樹不同的是：merkle tree上的葉節點存放hash計算後的hash值，非葉節點是其對應的子節點串聯的字串的hash值。用於區塊頭和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雜湊過的資料合併時，產生一個比規定目標小（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，布隆過濾器基於hash函式的快速查詢。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於某個指定的集合，從而可以過濾掉大量無關資料，減少客戶端不必要的下載量。

簡單介紹了HASH演算法，和區塊鏈中用到的HASH演算法，區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演算法和加密技術為區塊鏈的自證信任化及安全控制提供了基礎，演算法的碰撞和現在量子計算的發展，之前在區塊鏈的安全性的文章中筆者有過說明，技術不斷髮展，肯定會有更適合的技術保障應用的實現。

參考：
連結：https://www.zhihu.com/question/20820286/answer/88812256
來源：知乎
http://blog.sina.com.cn/s/blog_1799256a10102x3fh.html