理解区块链技术所需的密码学常识之hash算法
1、
要理解区块链技术，需要先构建一个基础认知。即：
- 区块链技术脱胎于“比特币”，即是比特币系统背后的那套体系；也可认为比特币是区块链技术的第一个应用项目。
- 区块链技术，是由密码学、分布式系统与共识机制所共同构成的一套机制。
该基础认知的来源，参考李笑来《这些年我看到的所谓“区块链”……》：
支撑比特币系统的技术，只不过是一个电子账簿技术。只不过，它使用了分布式网络、加密算法、共识机制等技术和原理的组合，使得这种电子账簿 1）无法篡改、2）公开透明。这样的电子账簿，在比特币之前并不存在。
2、
其中， 密码学于我而言，是一个非常神秘的概念。今天用“区块链+密码学”为关键词，Google到一些基础知识点。主要的学习材料是《区块链技术》中“密码学与安全技术”章节。
- 密码学，是安全技术的核心。
- 安全技术，属于信息科技领域。
信息科技这个词大家其实都不陌生哇，information technology，简称IT行业嘛。
把知识点形成结构，同时把新知识点与旧知识点形成关联，是非常好的提高效率与降低认知负担的方法。
密码学与安全技术，作为一门学科，想要达到的目的是什么？
信息安全的核心要素：机密性，完整性，可认证性，不可抵赖性。
3、
密码学与安全技术的核心知识点有以下几类：
- hash算法
- 加密与解密算法
- 消息认证码与数字签名
- 数字证书
- PKI体系
- Merkle树结构
- Bloom Filter结构
- 同态加密
可喜的是，过去基于对PRESSone业务的学习与理解，hash算法，加密与解密算法，数字签名等概念并不陌生，甚至还能用大白话解释一二。
但系统学习的好处是，之前的知识点，都是散乱的。现在有“书籍”这样相对成体系的学习材料，能帮助人迅速把知识点分门别类有序化。同时，在了解似乎已经掌握的知识点时，往往又能看到之前未曾留意的新知识点。
4、
有关hash算法的新知：
- hash算法是一类算法的统称，这类算法都是：
将任意长度的二进制明文串映射为较短的（通常是固定长度的）二进制串（Hash 值），并且不同的明文很难映射为相同的 Hash 值。
- hash算法还有一个特别需要留意的“别名”，即：
> 指纹（fingerprint）或摘要（digest）算法。
所以有时如果看到指纹算法或摘要算法的说法时，可不要以为是新概念。
评价一个hash算法是否优秀，看是否满足四点：
正向快速：给定原文和 Hash 算法，在有限时间和有限资源内能计算得到 Hash 值；
逆向困难：给定（若干）Hash 值，在有限时间内无法（基本不可能）逆推出原文；
输入敏感：原始输入信息发生任何改变，新产生的 Hash 值都应该发生很大变化；
碰撞避免：很难找到两段内容不同的明文，使得它们的 Hash 值一致（即发生碰撞）。
上面特意强调了，hash算法并非某一个特定的算法，而是一类算法的统称。那么目前常用的hash算法有哪些呢？
包括国际上的 Message Digest（MD）系列和 Secure Hash Algorithm（SHA）系列算法，以及国内的 SM3 算法。
MD 算法主要包括 MD4 和 MD5 两个算法。
MD4 已证明不够安全。
MD5 已于 2004 年被成功碰撞，其安全性已不足应用于商业场景。
其实MD5这个概念真不陌生。早年端游时代，大家常常用MD5码来检查所下载的安装包是否准确呢！这其实就是hash算法的一大重要用途：
数字摘要是 Hash 算法重要用途之一。顾名思义，数字摘要是对原始的数字内容进行 Hash 运算，获取唯一的摘要值。
利用 Hash 函数抗碰撞性特点，数字摘要可以检测内容是否被篡改过。
细心的读者可能会注意到，有些网站在提供文件下载时，会同时提供相应的数字摘要值。用户下载原始文件后可以在本地自行计算摘要值，并与所提供摘要值进行比对，以确保文件内容没有被篡改过。
总的来说，hash算法的用途，也很丰富：
除了快速对比内容外，Hash 思想也经常被应用到基于内容的编址或命名算法中。
关于hash算法性能的知识点，则有助于理解算力攻击：
大多数 Hash 算法都是计算敏感型算法……计算芯片越强大则完成地越快
一些 Hash 算法不是计算敏感型的，例如 scrypt算法，计算过程需要大量的内存资源……可有效防范算力攻击
学习密码学有一大乐趣，就是读文章时，能立即联想到各种“攻”与“防”的精彩：
Hash 算法并不是一种加密算法，不能用于对信息的保护。
但 Hash 算法可被应用到对登录口令的保存上。例如网站登录时需要验证用户名和密码，如果网站后台直接保存用户的口令原文，一旦发生数据库泄露后果不堪设想（事实上，网站数据库泄露事件在国内外都不少见）。
利用 Hash 的防碰撞特性，后台数据库可以仅保存用户口令的 Hash 值，这样每次通过 Hash 值比对，即可判断输入口令是否正确。即便数据库泄露了，攻击者也无法轻易从 Hash 值还原回口令。
然而，有时用户设置口令的安全强度不够，采用了一些常见的字符串，如 password、123456 等。有人专门搜集了这些常见口令，计算对应的 Hash 值，制作成字典。这样通过 Hash 值可以快速反查到原始口令。这一类型以空间换时间的攻击方法包括字典攻击和彩虹表攻击（只保存一条 Hash 链的首尾值，相对字典攻击可以节省存储空间）等。
为了防范这一类攻击，可以采用加盐（Salt）的方法。保存的不是原文的直接 Hash 值，而是原文再加上一段随机字符串（即“盐”）之后的 Hash 值。Hash 结果和“盐”分别存放在不同的地方，这样只要不是两者同时泄露，攻击者很难进行破解。
看了这一段，我就开始好奇，hash算法仅仅是较多使用在区块链项目吗，有多大比例上用在了古典互联网项目中呢？为什么还会有很多“脱裤”事件呢？
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