浅谈区块链应用中的密码学原理

你印象中的区块链是什么？

比特币、以太坊等加密货币？这样的理解是片面的，可以这么说比特币是区块链最成功的应用。当然基于区块链的去中心化共识的应用层出不穷，下面将举几个应用场景！

i茅台摇号

i茅台是茅台推出的一个直销APP，完成注册认证的用户，可以通过摇号以出厂价的方式来购买茅台酒，当然摇号命中的概率很低，看一则新闻：

摇号的原理也很简单，如下：

通过引入区块链让这个摇号结果更加公正，基于这个场景的应用还是有很多的，大家可以自行思考。ps：大家有兴趣可以去薅羊毛哦！

数字人民币

数字人民币概念已经出来好几年了，已经在多个城市试点运行，深圳便是其中一个。

数字人民币可以减少实物成本，提高货币安全性，可以加强金融管控，抑制腐败，促进经济发展。真可谓利国利民，当然离大面积推广还有一定的距离，不过数字化已经是国家的战略了，未来一定大有可为！

数字人民币底层就使用了区块链技术，如图

pps：深圳这边已经有四大行+招商银行可以申请开通数字人民币钱包哦，因为在推广阶段，有不少羊毛可以薅

既然区块链应用这么广泛，那他底层到底是什么？怎么用一个比较简单通俗的语言来描述他？下面是我个人的一些学习心得，分享给大家

区块链使用了密码学中的两个功能，哈希和签名。

密码学中用到的哈希函数被称为cryptographic hash function: 它有两个重要的性质:

• collision resistance

也称之为哈希碰撞，例如x≠y ，H(x)=H(y) 两个不同的输入，输出却是相等的，这就称哈希碰撞。它是不可避免的，因为输入空间总大于输出空间。

但实际的情况是，给出x，却很难找到y，除非蛮力求解(brute-force)，在目前硬件情况下，工业已经证明了人为制造哈希碰撞不成立。

在BTC中，平均是10分钟就会产生一个共识的区块，输入空间是2^256，这么大的一个范围，这么短的时间内，就算用超级计算机来人为制造哈希碰撞是不可能的。

• hiding

哈希函数的计算过程是单向的，不可逆的。从H(x)无法推导出x，hiding性质前提是输入空间足够大，分布比较均匀。如果不是足够大，一般在x后面拼接一个随机数，如H(x||nonce)。

这个很好理解，假设H(x)=x^99+0.85x88+10086，比如你知道x=20，很容易求H(x)，因为这个过程是代数运算，很简单，但是若已知H(x)=1000000，求出x，这个过程却很困难，这个过程称之为方程求解，当然实际情况下，这个H(x)会复杂得多。

另外一个就是签名

这里的签名就是指的非对称加密，在非对称加密中，需要一个公钥和一个私钥，公钥相当于银行账号，别人给你转账只要知道你的公钥就可以了，私钥相当于账户密码，知道了私钥就可以把账户上的钱转走。

公私钥用于验证签名。比如A要转10个比特币给B，A把交易发布到区块链里。别人怎么知道这个交易确实是A发起的？需要A在发布交易的时候用自己的私钥对交易进行签名，其他人收到交易后，再用A的公钥验证签名的正确性。

本文就介绍这么多，下一篇介绍区块链的数据结构！