比特幣與以太坊為何依賴密碼學雜湊函數：你需要了解的技術

區塊鏈安全的基礎

比特幣和以太坊不依賴集中式權威或科技巨頭來確保其網路安全。相反地，它們依靠數學演算法——特別是密碼學雜湊函數——來處理交易並保護數位錢包，無需中介。如果你使用加密貨幣甚至只是瀏覽網路，你很可能每天都在受益於密碼學雜湊函數，即使你從未聽過這個術語。

密碼學雜湊函數到底是什麼？

將密碼學雜湊函數想像成一台數位指紋機。當你將任何資料——密碼、交易、檔案——輸入這台機器，它會將該輸入轉換成一串看似隨機的字母和數字。這個輸出，稱為「訊息摘要」，無論原始資料長短，長度都固定。

例如，SHA-256演算法（在比特幣中廣泛使用）總是產生恰好256位元的摘要。這個統一的大小非常重要，因為它讓電腦能快速辨識所用的雜湊方法，並保持資料的組織性。但這裡的魔法在於：即使所有輸出長度相同，也沒有兩個輸出是相同的。每個獨特的輸入都會產生完全不同的雜湊值——就像沒有兩個指紋是相同的一樣。

這實際上是如何保護你的資料的？

密碼學雜湊函數的真正威力在於它的「單向」特性。如果有人知道輸出（雜湊值），他們無法推算出輸入——這在數學上是不可能逆向的。這也是為什麼雜湊函數在保護密碼和敏感資訊方面表現出色。

當網站用密碼學雜湊函數存儲你的密碼時，他們並不存儲實際的密碼，而是存儲雜湊值。每次你登入並輸入密碼時，系統會將你輸入的內容雜湊，然後與存儲的雜湊值比對。如果相符，你就登入成功。如果有人偷走了雜湊資料庫，他們也無法還原出原始密碼。

使密碼學雜湊函數堅不可摧的關鍵特性

每個可靠的密碼學雜湊函數都具有以下基本屬性：

確定性輸出： 相同的輸入總是產生相同的輸出。即使只改變一個字元，整個雜湊值也會劇烈變化。加入一個空格到密碼中？雜湊值會變得完全無法辨識——這被稱為「雪崩效應」。

抗碰撞性： 不同的輸入不應該產生相同的雜湊值。如果發生（稱為碰撞），整個系統就會受到威脅。駭客可能會創造假交易或偽造認證碼。

單向操作： 如前所述，你不能反向推算出原始輸入。這種不對稱性是安全的基礎。

大小一致： 不論你的輸入是10個字元還是10,000個字元，輸出都符合標準大小（例如SHA-256的256位元）。

加密貨幣如何與密碼學雜湊函數結合

比特幣的整個機制都依賴於密碼學雜湊函數。其運作方式如下：

當有人進行比特幣交易時，交易資料會經過SHA-256處理，產生一個獨特的256位元雜湊值。比特幣節點會競爭性地反覆對這些資料進行雜湊，試圖找到一個以特定數量零開頭的輸出。這個過程稱為「工作量證明挖礦」。第一個找到有效雜湊值的節點，便可以將新區塊加入區塊鏈，並獲得獎勵。

比特幣協議會每2,016個區塊自動調整難度（即所需的前置零數量），根據整個網路的計算能力來調整，保持區塊產出時間的一致性。

密碼學雜湊函數也用來保護你的錢包。你的比特幣錢包有兩個金鑰：一個私鑰（你的秘密）和一個公鑰（你的地址）。公鑰其實是由你的私鑰經過密碼學雜湊產生的。由於雜湊是單向的，沒有人能從你的公鑰反向推算出你的私鑰。你可以安全地分享你的公鑰來接收資金，而不會暴露你的私鑰。

密碼學雜湊函數與基於金鑰的加密

這兩者常被混淆，但它們是密碼學工具箱中的不同工具。密碼學雜湊函數是單向運算，輸出固定長度。而基於金鑰的加密則是可逆的——如果你擁有正確的金鑰，就可以解密訊息。

在對稱加密中，雙方共享同一個金鑰。在非對稱加密（如比特幣所用）中，則有一個用於加密的公鑰和一個用於解密的私鑰。比特幣實際上同時使用這兩種：非對稱密碼學用於金鑰產生，密碼學雜湊用於交易驗證。

總結

密碼學雜湊函數是數位安全的無名英雄。它們使像比特幣和以太坊這樣的去中心化網路能在沒有中央監管的情況下處理數千筆交易，它們保護你在每個網站上的密碼，也確保你的加密貨幣錢包安全。理解這些數學函數的運作方式，讓你洞悉為何區塊鏈技術徹底改變了我們對信任、安全與去中心化的看法，並在數位時代中扮演著關鍵角色。