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什么是数字指纹、SHA算法、非对称加密，不能更流行（一）
什么是数字指纹、SHA算法、非对称加密，不能更流行（一）
文字 | 李少柱
李绍柱，比特币和区块链行业推动者，拥有6年行业经验。
致力于数字货币的研究，欢迎有识之士共同探讨区块链！
主流货币价格再次被锤击回落。 这个时候，正是静下心来钻研区块链技术的时候。 有朋友问后台怎么买币，还有一些其他的基础知识。 今天，我将以比特币为例，简单介绍一下区块链运行的基本原理。
今天互联网最大的问题是它不可信。 十多年前，长辈们就告诉我们不要轻信网络上的内容。 当互联网成为基础设施时，我们反过来告诉长辈们不要相信互联网上的内容。
区块链技术的本质是解决信任问题。 如果区块链技术得到普及，将填补当前互联网在信任这个关键环节的不足。
说到区块链，首先提到的肯定是去中心化。 每个人只需要一台电脑就有一个账本。 当我们第一次使用比特币钱包时比特币私钥生成，系统会先下载与相邻节点的完整账本。 目前，这个账本有200多GB。
当每个人都有这个账本时，几乎不可能篡改它。 对于攻击者来说，这个成本几乎是无法承受的。
那么，比特币是如何在这样一个网络中产生的呢？ 我们如何转账？ 让我们逐步描述它的操作。
第1步
二进制
首先，我们要了解二进制的概念。
我们在网络上发送的都是消息，不管是什么数字货币，其实都是一串字符。 计算机使用二进制，所以信息，无论是数字、字母还是汉字，实际上都可以转换成二进制。
一个英文字母或数字对应8位，一个汉字对应16位。 原始消息越长，二进制代码越长。
比如“A付5元给B”，转换成二进制就是：
0100000111001010010111110011101101100000110101101000101000011100101001011000111111101101100101000010
二进制也可以转化为十进制，它们完全相等，
100000111001010080606408664086260086008422488464406842602666664446622202242228042826680682422068400
这个消息就是我们要在 Internet 上传达的消息本身。 但是不能这样传输，这里还没有解决可信问题。
第2步
数字指纹
原始信息不加密是无法传输的，这样的信息是没有安全可言的。
在互联网上，我们如何确定收到的字符是真实完整的呢？
这就是数字指纹发挥作用的地方。
我们需要用一种方法，将刚才的一串二进制值转换成另一串值，也就是“数字指纹”，以及
(1)定长
(2) 数字指纹只能从原文推算，不能反推原文
其实这另一串值就是数字指纹。
第 3 步
SHA算法
可以办到。 1993年，美国国家安全局发布了SHA算法，全称是Secure Hash Algorithm。
比特币采用SHA-256算法，即生成的数字指纹长度固定为256位。
它的技术原理不用深究比特币私钥生成，只知道这个算法的特点是：不管原始信息是什么，输出的数字指纹都是256位数字。 这个 256 位的值是二进制的。
这套算法是公开的，所有人都可以使用。
“A支付5元给B”使用SHA-256算法生成的数字指纹为：
1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111边缘
除了固定长度外，该算法的另一个特点是只要改变原文中的任何一个词，生成的数字指纹就会发生巨大的变化。 也就是说，根本没有规律可循，无法通过数字指纹推导出原文。
SHA-256的缺点是太长，但是二进制可以转为十六进制。
刚刚转换成十六进制的数字指纹是
f7bb29badf05d41e60b1036d749f134a901c7a97daef7a1fe4e1e14471bd4833
有了数字指纹，比特币要求发送者发送两条消息
(一)原始资料
(2) 转换后的数字指纹
信息的接收者收到信息后，根据原始信息再次生成数字指纹，与接收到的数字指纹进行比对，判断信息是否完整。
但此时，我们仍无法保证信息的真实性。 因为还没有加密。 这里还是明文传输，黑客随时可以拦截。
第四步
非对称加密
为了保证信息传输的安全，需要加密。
“密码本”这个词经常出现在一些以战争初期为背景的电影中，比如电影《风声》。 电影中，李冰冰饰演的密码学家李宁玉正在破解这本密码本。
普通书籍可以用作密码本。 只要查出对方加密的是哪本书，就可以破解对方的情报。 并且还可以伪造虚假信息并发送出去。 所以每隔一段时间，就需要更换密码本。
怎么加密，就怎么解密，这就叫“对称加密”。
这种加密方式长期以来一直很不安全。 于是密码学家又找到了另一种加密方法，加密是一种方法，解密是另一种方法，也就是常说的“非对称加密”。
不管密码学家如何做，非对称加密已经使用了几十年。
比特币使用的加密算法称为“椭圆曲线算法”，也称为“ECC算法”。 该算法由两位美国人 Neal Koblitz 和 Victor Miller 在 1985 年独立提出。
在这个算法下，有私钥和公钥两个概念。 私钥用于加密，公钥用于解密。
采用ECC算法，信息发送方随机生成私钥，然后根据私钥生成公钥。 用私钥加密数字指纹得到密文。 然后将原始文本、密文和私钥广播到整个比特币网络。
信息的接收者通过公钥对密文进行解密，得到数字指纹。
他正在使用 SHA 算法生成另一个原文的数字指纹。
将两个数字指纹进行比对，如果完全一致，则确认该信息为合法交易信息，否则丢弃该信息。
步骤 5
比特币账户
公钥其实就是比特币账户的地址。
一个私钥可以生成无数个公钥，所以一个人其实可以有很多很多的比特币账户。
帐户只是一串字符，没有任何关于帐户所有者的信息。 这确保了比特币的匿名性。
私钥是比特币的唯一凭证。 如果私钥丢失，就相当于永久丢失了自己的比特币，根本无法找回。 数以百万计的比特币在世界范围内丢失。
步骤 6
点对点传输
比特币是去中心化的，节点之间通过点对点传输技术（P2P）传递信息。
大家第一次使用比特币钱包一定要下载最新的账本。 如果账本发生变化，则必须从相邻节点同步最新的账本。
第 7 步
块和区块链
以上技术都是由来已久的，区块链是中本聪的发明。
比特币是去中心化的，但很难保证每个节点都有一致的账本。 如果每个节点的账本不同，则网络无法使用。
中本聪给出的解决方案就是区块链。
中本聪将账本设计为一长串首尾相连的数据包。 每个数据包都是一个块，每个块都必须包含前一个块的信息。
这些块具有唯一的编号，从0开始，向后连续排列，不能重复或中断。
这个数字被称为区块链的高度。 比特币的第一个区块链被称为“创世块”。
区块中包含的信息是：
前一个区块的数字指纹、固定信息、交易记录、一个随机值
每个区块大小为1M，可存储约4000笔交易。
步骤 8
矿业
向比特币添加区块是有条件的。 比特币要求新区块的数字指纹（SHA256）前72位必须为0，这样的值很难找到。
SHA算法计算出的值是不规则的。 如果你想在区块链中添加一个区块，你必须努力寻找这样一个前72位全为0的SHA算法字符。
找到这样的号码没有捷径可走，只能一个一个地尝试。 这增加了添加新块的难度。
既然如此困难，为什么人们不问就使用比特币？
关键是，如果找到这个值，在区块链中加入一个新的区块，计算机就会得到比特币的奖励，以及这个区块中所有的手续费收入。
货币奖励用于激励用户争夺记账权。
找到前 72 位为 0 的值的过程就是“挖矿”。
由于没有规则，只能“暴力破解”，矿机的算力越来越高。 一开始用笔记本电脑就可以挖出比特币，现在只有配备专业ASIC矿机的矿池还在挖矿。
对于区块链，如果有什么不明白的概念，欢迎与李少柱共同探讨。 扫描下方二维码添加我的微信公众号。 也可以直接在公众号留言。
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李少柱｜致力于区块链研究
