不懂点技术, 你凭什么能在币圈挣钱 —— 比特币底层密码学

身为一名程序员，是时候展示一波技术了。接下来的一段时间，我会用通熟易懂的方式讲解比特币的底层技术，让技术小白也可以看懂各种白皮书。

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谈到虚拟数字货币就一定绕不开密码学，所以今天就给大家先讲解一下比特币相关的密码学。

在比特币白皮书里，两个最常用的密码学概念是哈希函数和公钥私钥。

哈希函数

传统的哈希函数就是将任意长度的数据映射到有限长度的域上，通俗的解释就是对一串数据M进行变换，输出成另一串固定长度的数据h，即h = H(M)。

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除了数据h可以作为数据M的指纹外，在密码学中，哈希函数还有别的性质：

给定数据M很容易计算出数据h，但是给定数据h不能很方便的得到数据M，唯一的方法就是遍历数据M所有的可能。

很难找到两个数据，它们的哈希值是一样的。尽管很难，这样的两个数据还是存在的，因为哈希算法的本质是对数据的有损压缩。

从数学上讲，大家可以认为哈希函数是一个复杂的函数。

举个例子

h = 2M² 是一个函数，但是不是一个好的哈希函数呢？

因为给定一个h，我们可以非常容易地反向猜到M，那就不是一个好的哈希函数。

哈希函数的目的是，给定一个h，我没法容易地找到H的逆函数，进而通过这个逆函数找到M。

我只能通过暴力穷举所有的M，然后看H(M)是不是等于h，从而找到答案，这样才是一个好的哈希函数。

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比特币使用的哈希算法采用双重SHA256算法，这是因为SHA1在2017年被birthday collision attack攻破，而SHA2被攻破也只是时间问题，而采取双重哈希算法可以有效抵御birthday collision attack。

SHA256(SHA256(BlockHeader))

公私钥机制

给定一个加密算法，每个个体都可以任意的产生一组公钥和私钥，通常是256bit或者512bit的字符串。

大概长成下面这个样子：

0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0

大家可以认为公钥和私钥，一个是锁，一个是钥匙，两者一一对应。

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非对称加密算法：

乙方生成两把密钥，公钥，私钥。公钥是公开的，任何人都可以获得，私钥则是保密的

甲方获取乙方的公钥，然后用它对信息加密

乙方得到加密后的信息，用私钥解密

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举个例子

小明和小红，小明想给小红写封情书，但是他不想让外人知道情书的内容。

我们假设小明情书的内容是“我爱你”, 小明第一步用小红的公钥对其进行加密。

公钥是所有人都知道的，所以小明也同样知道小红的公钥。

我们假设小红的公钥就是她的手机号：“138xxxxxxxx”。

加密过程涉及到加密函数Enc。这个函数用实际情书内容"我爱你"和小红的公钥 "138xxxxxxxx" 作为输入，得到一个输出, 叫做data_enc 。

data_enc = Enc（“我爱你"， 小红的公钥)

我们假设Enc函数是将两个字符串合并后，将奇数字和偶数字对调，我们得到如下：

合并: “我爱你138xxxxxxxx”

奇偶对调: "爱我1你83xxxxxxxx"

小明将加密后的字符串，也就是”爱我1你83xxxxxxxx"发给小红。小红收到信息后，她需要用自己的私钥以及解密函数Dec，对这条信息进行解密。

data = Dec (“爱我1你83xxxxxxxx''，小红的私钥)

为了方便，我们假设小红的私钥也是”138xxxxxxxx“，解密函数的功能是，将输入的字符串的奇偶数对调，然后从字符串后面删除小红的私钥 。

奇偶对调：”我爱你138xxxxxxxx“

字符串删除(”138xxxxxxxx“)： "我爱你"

这样一来，小红就知道，小明发过来的原字符串是 "我爱你"。

当然实际工程中，加密和解密函数都是非常的复杂函数，但基本原理是一模一样的，对于理解完全没有问题。

预告：后面会介绍数字货币是如何产生的？

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