区块链中的哈希函数

1、哈希是一种加密算法

（1）哈希函数（Hash Function），又叫散列函数、散列算法。
哈希函数是一个公开函数，可以将任意长度的消息M映射成为一个长度较短且长度固定的值H（M），称H（M）为哈希值、散列值（Hash Value）、杂凑值或者消息摘要（Message Digest）。
（2）它是一种单向密码体制，即一个从明文到密文的不可逆映射，只有加密过程，没有解密过程。
（3）它的函数表达式为：h=H（m）
函数说明：
m：任意长度消息（不同算法实现，长度限制不同，有的哈希函数（SHA-3）不限制消息长度，有的限制（SHA-2），但即使有限制其长度也非常大，可以认为是任意长度消息）
H：哈希函数
h：固定长度的哈希值

无论输入是什么数字格式、文件有多大，输出都是固定长度的比特串。以比特币使用的Sha256算法为例，无论输入是什么数据文件，输出就是256bit

2、Hash函数的特性

一个好的哈希函数必然具备：不定长输入固定长输出、抗碰撞性、不可逆性这三个特点。
（1）不定长度输入，固定长度输出
所谓不定长度输入，固定长度输出，我们在前文中已经讲过了。就是不管输入的数据是多长，是多大，输出的数据长度、格式都是固定的。比如你选择sha256，那么你的输出就是256位。
（2）抗碰撞性
如果x不等于y，但是H（x）等于H（y），那么我们就说H（）这个函数不具有抗碰撞性。反之，我们就认为其是具有抗碰撞性的。一个好的hash函数是一定要具有抗碰撞性的。
（3）不可逆性（单项性）
给定哈希函数H（）和输入数据，可以很方便的求解出哈希值，但是给定哈希值和哈希函数几乎不能求解出输入数据是什么，这就是不可逆性，也叫做单向性。

一个优秀的 hash 算法，将能实现：
（1）正向快速：给定明文和 hash 算法，在有限时间和有限资源内能计算出 hash 值。
（2）逆向困难：给定（若干） hash 值，在有限时间内很难（基本不可能）逆推出明文。
（3）输入敏感：原始输入信息修改一点信息，产生的 hash 值看起来应该都有很大不同。
（4）冲突避免：很难找到两段内容不同的明文，使得它们的 hash 值一致（发生冲突）。

3、哈希函数在区块链中的作用

（1）快速验证。哈希函数在区块链中，生成各种数据的摘要，当比较两个数据是否相等时，只需要比较他们的摘要就可以了。例如，比较两个交易是否相等，只需要比较两者的hash值，快捷又方便。
（2）防止篡改。传递一个数据，要保证它在传递过程中不被篡改，只需要同时传递它的摘要即可。收到数据的人将这个数据重新生成摘要，然后比较传递的摘要和生成的摘要是否相等，如果相等，则说明数据在传递过程中没有被篡改。
（3）用于POW共识算法工作量证明。这个主要是在pow的共识算法中使用。详细说来，就是给定一定的数据，然后让你寻找其他的数据，合并起来计算出来的hash值小于某个值。比特币、目前的以太坊，都是使用的POW共识。

POW简介 Proof of Work，工作证明。
POW共识算法主要是通过计算难度值来决定谁来出块。POW的工作量是指方程式求解，谁先解出来，谁就有权利出块。方程式是通过前一个区块的哈希值和随机值nonce来计算下一个区块的哈希值，谁先找到nonce，谁就能最先计算出下一个区块的哈希值，这种方式之所以被称为计算难度值是因为方程式没有固定解法，只能不断的尝试，这种解方程式的方式称为哈希碰撞，是概率事件，碰撞的次数越多，方程式求解的难度就会越大。比特币就是采用POW共识算法