比特币背后有趣的密码学原理

今天我们来谈谈比特币背后有趣的密码学原理？为什么会有密码？就是人们的隐私和秘密不想让更多人知道，或者他们的财物不想被盗。在现实世界中，你锁上房间的门是因为你不想让你的父母知道你的隐私，而你外出时锁上门是为了防止你的财物被小偷偷走。

在网络世界里，你不想让别人看到你和朋友交流的内容，你可以把明文加密，别人看到的就是乱码。那么，网络世界有多少种加密方式呢？有两种类型，一种是对称加密，另一种是非对称加密。我们先来看看什么是对称加密，即加密和解密使用相同的密码。比如你把一段明文加密发给你的朋友，你的朋友看到​​的是乱码，他只能用你的加密密码解密。以明文形式查看内容。

那么，只使用对称加密，为什么会有非对称加密呢？对称加密有个很大的缺陷，就是不方便分发密码，而且容易泄露密码，造成不必要的损失。正如我们刚才所说，您将一段明文发送给您的朋友进行加密处理。如果您的朋友想看到明文内容，您必须使用您的加密密码对其进行解密。你怎么告诉你的朋友密码？

无论是通过互联网、短信还是电话，都可能被第三方窃取。那么，如何解决对称加密密码分发的问题呢？

非对称加密可以很好的解决这个问题

什么是非对称加密？在加密和解密过程中，分别使用一个密钥对中的两个密钥。如果两个密钥满足：用其中一个加密信息，只有另一个可以解密信息；在其中一个密钥公开后，如果该公钥不能用于推导出另一个密钥，我们称这种密钥对为非对称加密。公钥称为公钥，未公开的称为私钥。公钥可以公开，每个人都可以用你的公钥加密生成密文，保证发送给你的信息是安全的。您必须保存私钥，因此只有您自己知道。用你的公钥加密的信息只能用你的私钥解密。例如，公钥相当于你的工资卡号，私钥相当于你的工资卡密码。

对称加密和非对称加密的区别在于关键。对称加密使用相同的密钥进行加密和解密，而非对称加密使用不同的密钥进行加密和解密。你可能会问，为什么知道公钥就不能推导出私钥呢？即公钥是确定的，但私钥有多种可能。例如，如果你知道公钥是 100，你很难弄清楚私钥是 1 乘 100 还是 1 和 99 相加得到的。当公钥 100 变成一个接近无穷大的数字时，你更难弄清楚这个数字是如何获得的。的。众所周知的非对称加密算法是 RSA，它使用随机数生成器执行操作来生成私钥，其中还包括公钥。私钥可以推导出公钥，但公钥不能推导出私钥。

那么，刚才说了这么多，非对称加密有没有漏洞呢？是的，使用非对称加密，您发送的重要信息可能已被篡改，而收件人根本不知道。比如你给朋友发了一个重要文件，用他的公钥加密，因为他的公钥是公开的，别人很容易拿到他的公钥，你发给他的邮件可能会被别人截获然后用你朋友的公钥加密后发给他，但是他很难验证这封邮件是谁发的。

那么，如何解决非对称加密发送的信息可能被篡改的问题呢？

这需要一个单项哈希函数和一个数字签名。什么是单项哈希函数？也叫散列函数，当然也可以叫指纹。就是将任意长度的明文转化为短长度、固定位数的输出比特币密码忘了，也就是哈希值，也就是通过这样的算法，将明文变成固定长度的字符串。比如无论你输入的信息是1G还是80G，通过hash 256运算，结果都是固定的256位hash值

目前最著名的单向哈希函数是SHA256。 SHA 是由美国国家安全局和美国国家标准与技术研究院发布的一系列密码散列函数设计的。经历了SHA-0、SHA-1、SHA-2、SHA-3系列开发。

比特币使用SHA256算法，属于SHA-2系列。它具有以下特点：

首先，每个hash值都是唯一的，也就是说，如果你给一段明文，通过hash运算，就会只有一个hash值。两个不同的明文是否有可能生成相同的哈希值？也就是说理论上存在哈希冲突，但概率很小。就像宇宙中是否有外星人一样，理论上是有的。至于能不能被发现，现在还不得而知。

其次，生成的哈希值是不可逆的，即不能从生成的哈希值推导出原始数据。类似于我们刚才提到的例子，公钥不能推导出私钥，hash值是固定的，但是原始数据有很多可能性。

最后，相同的数据产生相同的hash值，不同数据产生的hash值相差很大，即使只有一个标点符号不同，结果也不同

在比特币系统中，SHA256 用于任何需要哈希运算的地方。到目前为止，还没有发现SHA256的漏洞。

那么，哈希函数如何解决非对称加密发送的信息可能被篡改的问题？

就是先对发送的文件进行哈希运算，然后通过数字签名发送出去。

比如你给朋友发了一些重要的文件，为了防止他们被篡改，你可以对要发送的文件进行hash，用你朋友的公钥对生成的hash值和文件进行加密并将它们发送给他，在他收到您的信息后，使用他的私钥对其进行解密，然后对文件进行哈希处理。如果哈希值和你给的哈希值一致，说明文件没有被篡改。双重保险在这里进行。一次对称加密，再次哈希。

最后，让我们看看比特币如何使用非对称加密、哈希函数和数字签名。比特币地址实际上是一组非对称密钥对中的一个公钥，那么它是如何生成的呢？可以简单理解为：一个随机数乘以椭圆曲线生成私钥，然后将私钥哈希256生成公钥，再将公钥哈希256生成256位字符串，然后通过公式计算字符串生成比特币地址。你看，通过比特币地址发起私钥就像上天一样难。

我刚才讲的是比特币地址生成的过程。比特币转账使用了哪些加密技术？使用非对称加密和数字签名。例如，如果你将比特币转给朋友，你首先要知道它的比特币地址，这相当于知道它的公钥。你可以用公钥加密它，你的朋友可以用私钥解密它。您在发送的比特币下方签名。你的私钥，也就是数字签名，你的朋友可以很容易地用你的公钥来验证比特币是你转给他的。

好比特币密码忘了，我们来回顾一下这篇文章的重点，主要讲对称加密、非对称加密和散列函数。比特币地址是通过非对称加密和散列函数等密码技术生成的。硬币转移使用非对称加密技术和数字签名。