“十四五”计划区块链重点专项——区块链加密技术

2022年3月国家科技管理信息系统发布了2022年度国家重点研发专项申报指南(征求意见稿),其中就包含《“区块链”重点专项2022年度项目申报指南建议》(下称《建议》)。

与2021年区块链重点专项申报放在区块链体系构架的情况不同,今年的《建议》文件将区块链的发展建议指向了加密技术。

提到区块链加密技术,很多人首先联想到的就是加密货币,广义上来讲,加密货币也被称为区块链通证,是可流通的加密数字权益证明。前段时间俄乌冲突中,乌克兰政府便是开启加密货币账户接受网络捐赠捐款。

众所周知区块链的不可篡改性是基于“修改区块链中的信息,必须征得半数以上节点的同意并修改所有节点中的信息”这一点。而这些节点通常掌握在不同的主体手中,因此篡改极其困难的事。但这只是操作上的难度,真正的核心还是源于区块链加密技术。

现今的区块链使用了很多加密算法,包括哈希算法(Hash)、对称加密技术、非对称加密技术等等。今天简单为维公链会员们科普一下这几种加密算法的原理和在区块链中的运用。

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哈希算法

哈希算法是一种常见的单向加密算法,它将一串数据加密生成一串固定长度的二进制字符串,这段二进制字符串就是哈希值,但不能由哈希值还原为原来的输入数据。密码学中的哈希函数有3个重要的性质,即抗碰撞性、原像不可逆、难题友好性。

碰撞性:是指两个不同的数据在同一哈希函数作用下,生成相同的哈希值。首先,两个不同的输入产生相同哈希值答案是肯定的,但在于它需要像十亿年后的所有计算机一样来寻找碰撞,以目前计算机的运算能力可以忽略不计。在区块链中,哈希函数的抗碰撞性可以用来做区块和交易的完整性验证。

原像不可逆:是指根据输出的二进制字符串很难计算出输入的数据。因为输出的哈希值长度远远小于输入的长度,所以在运算过程中会丢弃大量的信息,由于缺失了很多信息,所以根本无法逆向出任何一个输入值。

难题友好性:是指没有便捷的方法去产生一个满足特殊要求的哈希值。是什么意思呢,通俗地讲,就是没有捷径,需要一步一步算出来。假如要求得到的哈希结果以若干个0开头,那么计算找到前3位均为0的哈希值和找到前6位均为0的哈希值,其所需的哈希计算次数是呈一定数量关系。

常用的哈希算法有MD5、SHA256和RIPEMD。在区块链中很多地方用了哈希算法,比如对区块计算哈希值、区块和交易的完整性验证等等。

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对称加密技术

对称加密技术,是采用同一个混淆因子(也叫密码),然后使用混淆算法对输入进行混淆,得到加密后的数据。之后,采用相同的混淆因子(密码)进行逆运算,可以得到原始的输入值。它的特点是:使用的密钥只有一个,发收信双方都使用这个密钥对数据进行加密和解密,要求解密方事先必须知道加密密钥。

在这里给大家做个简单的图解:

如果有人在传输过程中截取了密文和密钥,就一样能解密出明文,这就导致了安全性问题。目前区块链领域最常用的对称加密算法是AES、PBKDF2和SCRYPT。

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非对称加密技术

非对称加密算法也是我们维公链采用的加密技术。非对称加密技术需要两个密钥:公钥(publickey)和私钥(privatekey)。公钥与私钥是一对,私钥可以推导出公钥而公钥不可以推导出私钥,如果用公钥对数据进行加密,只有用对应的私钥才能解密;如果用私钥对数据进行加密,那么只有用对应的公钥才能解密。简单的说是“公钥加密,私钥解密;私钥加密,公钥解密”。

在区块链中,数字签名就是基于上述非对称加密技术,不同点在于数字签名使用私钥生成一个签名,接收方使用公钥进行校验。比如上面用私钥解密得到明文后,用私钥进行签名进行回复,收到回复后用公钥解密得到的内容与数据相同即可证明签名正确。

因为公钥和私钥是成对的,唯一对应的,私钥只有对方拥有,所以对方也不能对签名进行抵赖。

在区块链技术中常见的签名算法是椭圆曲线加密技术。其算法用对椭圆曲线上的点进行加法或乘法运算来表达。区块链中私钥是一个随机数,通过椭圆曲线签名算法生成公钥。但反向从公钥计算出私钥几乎是不可能的。椭圆曲线签名算法还具有安全性高和存储空间占用小的特点。

区块链的技术在不断革新,行业的发展也绝不仅仅限于金融方面,随着国家对区块链前沿技术的发展重视,区块链行业也将获得突破性的地位。

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