加密随笔

加密技术与区块链应用（图文详解）

一、对称加密技术

1.1 核心原理

对称加密使用同一把密钥完成加密与解密，算法公开但密钥保密。

• 核心逻辑：加密和解密共享同一密钥 K，公式为 C = E(K, M)、M = D(K, C)。

1.2 典型算法与特点

算法	密钥长度	应用场景	优势	局限性
AES	128/192/256位	区块链节点通信加密、文件加密	速度快（硬件优化）、抗攻击	密钥需提前共享，易泄露

1.3 区块链中的应用

• 节点通信加密：全节点之间通过AES加密P2P通信内容（如交易广播），防止数据被窃听。
• 隐私数据加密：链下存储的敏感数据（如用户身份信息）用AES加密，密钥由用户保管。

二、非对称加密技术

2.1 核心原理

使用一对密钥（公钥+私钥）：公钥公开用于加密/验证，私钥保密用于解密/签名。

graph LR subgraph 加密流程 A[明文 M] -->|用公钥 PK 加密| B[密文 C] B -->|用私钥 SK 解密| C[明文 M] end subgraph 签名流程 D[消息 M] -->|用私钥 SK 签名| E[签名 S] E -->|用公钥 PK 验证| F[验证通过/失败] end

2.2 典型算法与对比

算法	数学基础	密钥长度	区块链应用场景	优势
RSA	大数分解难题	2048位+	早期区块链签名（如比特币早期）	兼容性好
ECC	椭圆曲线离散对数难题	256位	主流区块链（比特币、以太坊）	同安全级下密钥更短、速度更快

2.3 区块链中的核心应用

（1）账户地址生成

graph LR A[私钥 SK] -->|ECC计算| B[公钥 PK = SK × G] B -->|哈希处理 SHA-256+RIPEMD-160| C[地址 Address]

• 例：以太坊地址由公钥（64字节）哈希后取后20字节，前缀加0x生成（如0x742d...）。

（2）交易签名与验证

• 作用：确保交易未被篡改（哈希匹配）且由账户所有者发起（私钥唯一）。

三、区块链中的其他密码学技术

3.1 哈希函数（Hash）

• 特点：单向不可逆、输入相同输出必相同、输入微小变化输出巨变。
• 区块链应用：
  graph TD A[区块数据] -->|Hash| B[区块哈希] C[交易列表] -->|Merkle树| D[根哈希] D -->|存入区块头| B
  • 区块哈希：唯一标识区块，用于链上区块串联（每个区块包含前一区块哈希）。
  • Merkle树：快速验证交易是否在区块中（通过哈希路径证明）。

3.2 零知识证明（ZKP）

• 原理：证明者在不泄露信息的情况下，向验证者证明“某命题为真”。
• 应用：隐私币（如Zcash）隐藏交易金额和地址，图示如下：

graph LR A[证明者] -->|仅发送证明| B[验证者] A -->|不发送明文数据| B B -->|验证通过| C[确认交易有效]

四、加密技术在区块链中的协同作用

graph TD A[非对称加密] -->|账户控制、签名| B[核心安全层] C[对称加密] -->|数据传输加密| D[通信安全层] E[哈希函数] -->|数据完整性、区块结构| F[数据组织层] B & D & F --> G[区块链安全体系]

五、未来趋势：后量子加密

• 挑战：量子计算机可能破解RSA和ECC（利用Shor算法）。
• 解决方案：采用抗量子算法（如格基加密、哈希签名），目前以太坊等区块链已在研究兼容方案。