区块链自诞生以来，其不可篡改性、去中心化的特点，让大家对它的前景充满了想象力。但是，也有一部分人提出了自己的质疑：区块链中使用的密码学相关技术是否安全？量子计算机普及之后，又会对它有怎样的影响？
今天这篇文章就来为大家揭开区块链技术的核心：哈希函数，以及它究竟有多安全。
01 什么是哈希函数
在“狂轰乱炸”了一年以后，相信大家都知道了什么是比特币，什么是区块链，也对区块链中的核心之一“哈希函数”有所听闻。
哈希函数是区块链的核心技术之一，正因为哈希函数的不可逆性，保证了区块链的安全。
哈希函数和很多其他的学术概念一样，说简单一两句话也能懂，说难了跟“无字天书”没啥区别。今天不跟大家走“知乎风”了，咱们接地气地来看一看，哈希函数究竟是什么。
一句话来总结，哈希函数的特点就是：失之毫厘，差之千里！
凡是函数，基本都可以写成以下这种形式：
f(x) = y
其中，x是输入，y是输出。哈希函数也不例外。
哈希函数的输入可以是任意信息或文件，但输出是固定的256位比特串。请一定牢记这一句定义，记住了这话，就抓住了哈希函数的精髓。
下面，举一个哈希函数的例子，语句I am HammerWang的哈希值：
hash("I am HammerWang") = 11000111000001010000001011111101110111011110001100011000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
然后，我们只把其中的H换成小写的h：
hash("I am hammerWang") = 100100110101110110110011101010100110100010001000010110000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
通过对比，大家可以看到，即使输入改变了一个字母的大小写，输出结果也相差很大。
那么，如果我们知道了哈希函数的输出/结果，要倒推输出，可以怎么做呢？
答案就是，除了猜，没有更好的办法！
注：“猜”的意思是，随机猜测输入，然后检测输出结果是否与已知的结果相符。所以，很容易就可以推算出，如果要猜出哈希函数的正确结果，我们大概平均要猜测2^256次（2的256次方）。
这里补充一下哈希函数在区块链中主要在哪些关键处被使用：
签名 ：保证个人账户安全；
区块头哈希值： 保证了整个区块链系统的不可篡改性；
从以上两点，我们可以看出，无论从整个系统还是用户自身的角度出发，哈希函数都是至关重要的一个函数。一旦这个函数被攻克，那么整个区块链的安全岌岌可危。
很多人或许会很关心区块链的安全性究竟如何，但又很难想象2^256（2的256次方）到底是怎样一个量级？下面，我们就介绍本文最令人激动的部分：2^256到底有多大？
02
2^256
有多大？
曾经看到这样一个故事：
有两个原始部落的酋长，他们就想说我们怎么找到一个很大的数字。于是，他们每个人说一个数字，看谁说的数字大。第一个酋长想了一会儿，说了一个数字”3”，第二个酋长想了半天，说你赢了！
如果让那个酋长想象1万亿有多大，他可能得会选择死亡。不过，这依然可能比我们想象2^256有多大，要容易得多。
为了更方便大家想象，我们先把2^256拆解成(2^32)^8， 也就是：
2^32 *
2^32 * 2^32 * 2^32 * 2^32 * 2^32 * 2^32 * 2^32
这样做的好处就是，2^32大概是一个我们可以想象的数字：
2^32≈40亿
这样我们就进一步可以把问题想象成：40亿连乘8次。
这是一个多大的数字呢？下面，我们将依次讲解每一个40亿：
1. 第一个40亿
大家都知道，现在深度学习之所以采用GPU，是因为GPU可以飞快地进行大量的并行计算。
所以，如果我们采用GPU来破解哈希值的输入，一个性能很好的GPU每秒大概可以算出接近10亿个哈希值。假设我们的电脑每秒都需要计算40亿次的话，大概需要“塞进去”4个（理想情况下）这样的GPU，这样的话：每台电脑的计算速度大概就是40亿次/秒。
2. 第二个40亿
现在，我们已经有了一台每秒可以计算40亿次的电脑。那么接下来，想象一下有40亿台装有这样GPU的电脑。
到这里大家可能要“懵逼”了，40亿台电脑又是什么鬼？完全想象不出啊。
虽然Google没有透露自己的集群数量，不过估计说，大概几百万台。现实生活中，绝大部分Google的电脑，性能都没有我们上面提到的“40亿次/秒”的电脑强。不过，我们姑且就算谷歌有这么强的实力吧，那么截至第二个40亿，差不多就相当于我们有：1000个这样“打了鸡血”的谷歌，我们暂时就把这个算力称为“千谷歌”吧。
3. 第三个40亿
2018年，全世界人口大约74亿，所以第三个40亿很简单，截至第三个40亿，我们就假设：全世界有一半多的人，每人人手一个“千谷歌”。
4. 第四个40亿
想必到这儿，有些人已经猜到了“第四个40亿”是什么——让我们想象有40亿个这样的地球。
作为参考，银河系大约有1000~4000亿颗恒星，所以截至第四个40亿，就相当于：银河系1%-4%的恒星会有一个地球，每一个地球上都有一半多的人人手一个“千谷歌”。
5. 第五个40亿
接着，想象有40亿个这样的银河系。这大概是“2^160次/秒”的算力了。让我们再给它一个称呼吧：亿万星系超级计算机。
6. 第六个40亿和第七个40亿
第六和第七个40亿，咱们就不在每秒的运算次数上继续扩展了。第六个40亿等于40亿秒：40亿秒 ≈126.8年。而126.8年的40亿倍，就是：5070亿年。
到了这里，5070亿年，这又是个难以想象的数字。那么我再给出一个参考数字：宇宙的年龄≈138.2亿年，所以5070亿年，约等于宇宙年龄的37倍。
到现在，我们就有了一个很酷炫的总结，即使我们有：
满载GPU电脑组成的千谷歌（1千个谷歌），并且地球上超过一半的人人手一个这样的千谷歌，银河系4%的恒星中都有一个这样的地球（40亿个地球），满负荷不断地猜上37倍的宇宙年龄的时间。
我们依然只有40亿分之一的概率（第八个40亿），可以猜到正确的输入值。
顺便提一句，目前比特币的哈希算力，把所有的矿工全部加在一起，每秒大概能猜测并检验500亿亿个哈希值。
这是个很大的数字吧。那么我要告诉你，这大概只相当于上面提到的“千谷歌”的1/3。
现实生活中，矿工们当然不会这么傻，使用这么贵的GPU来计算哈希值，而是用一种专门为计算哈希值而生的芯片ASIC来计算，它牺牲了其他的功能，别的都不会，就会计算哈希值，算力大概是GPU的1000倍。
03 课后题
为了让大家更加深刻地理解“2^256”的大小，大家可以自行百度量子计算机的算力大小，仿照上面的计算过程，计算出：如果我们全部使用量子计算机，要想破解哈希值的话，大概是一个怎样的难度？
如果你依然觉得量子计算机会对区块链造成威胁的话，没关系，通过算法调整，我们可以把256位改成512位啊！
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