相信做过和金钱钱相关业务的伙伴，对数据在网络上的传输和加密并不陌生，下图是笔者10多年前在处理一个外部订单系统整个加密验证过程，仅供参考1. 哈希函数(cryptographic hash function)哈希函数是密码学中常用的重要概念，哈希算法有两个性质
1.1 哈希碰撞 collision resistance 什么是哈希碰撞(collision resistance)？假如我们有两个输入，一个是x，一个是y ，x!=y , 哈希函数是H ，我们计算出H(x)=H(y)，这叫哈希碰撞目前没有一种人为的高效的方法来制造哈希碰撞，使得x的哈希值等于y的哈希值，可以通过brute-force的方式！这种方式带来的后果是工作量非常大
这个哈希碰撞(collision resistance)有什么用呢？可以用来给message求签名，假如我们有一个message，计算这个message的哈希值H(message)，用来检测对Message的篡改，如果有人尝试改message的内容，那么哈希值就会发生变化，collision resistance 特性说明你找不到message2能使它的哈希值和message的哈希值相等，没有办法篡改内容而又不被检测出来。哈希碰撞(collision resistance)现实中的用途现实生活中最典型的就是文件校验，假如你有一个文件想要存储到云端，将来用的时候再下载下来，那么我们如何判断下载下来的文件和我当初上传的文件是一样的呢？这就用到了哈希碰撞(collision resistance) ，在你上传文件之前计算出该文件的哈希值，在你将来用的时候在下载下来计算一下哈希值，用来对比一下如果相等，就说明没有被篡改，如果不等，就被篡改，没有哪个哈希函数在数学上能够证明是collision resistance，我们刚才说的这个性质是从理论上证明不出来的，只能靠实践中的经验，世界上那么多密码专家，谁也没有找到人为制造哈希碰撞的方法！这里面有个很著名的例子MD5，MD5曾经是一个很流行的哈希函数，现在已经不安全，目前已经知道如何去做人为碰撞。1.2 隐藏(Hiding)
Hiding 说明哈希函数的计算是单向的不可逆的，我们可以算出x的哈希值H(x)，但是没有办法根据H(x)反推出原来的x，换句话说这个哈希值没有泄露任何关于x的信息，其实这里有一种方法是可以的，就是我们上面提到的brute-force，遍历所有的输入可能，计算出一个和x的哈希值相等的值。哈希碰撞(collision resistance)和隐藏(Hiding)用来实现digital commitment有时候也叫digital equivalent of a sealed envelope在现实中我们一般用H(x+nonce), nonce一个随机数来计算哈希值，用来保证整个值是随机和足够均匀的puzzle friendly 表明哈希值是不可预测的，你很难知道给出一个值，哈希值的输出是多少，如果你想让你的哈希值落在某个范围内，没有好的方法只能一个一个尝试，查看输入计算出来恰好是落在那个范围内，比如你想要一个0000....0XXXXXXX 整个256位的哈希值必须以K个0开始那么什么样的值才能算出这样的哈希值，puzzle friendly的意思是你事先是不知道的，如果你想得到这个哈希值就得去尝试，没有捷径
后面我们讲一下比特币挖矿过程，挖矿本质上就是找一个随机数nonce，这个nonce和区块的块头中的信息合在一起作为输入计算出一个哈希值，得到的这个哈希值小于等于一个目标域值，比特币本质是一个一个区块组成的链表，链表有块头(block header)，block header中有很多的域，其中有一个域是我们的设置的随机数nonce，挖矿的过程本质上是在尝试各种不同的随机数，使的整个H(block header)取哈希值之后落在指定的目标空间puzzle friendly 的性质是说这个挖矿的过程没有捷径，只能靠大量的尝试不同的nonce才能知道符合要求的值，所以这个过程才能够用来证明工作量证明(proof of work), 如果你挖到矿了，找到符合的nonce，一定是你做了大量的工作，因为没有别的捷径，一旦有人找到这个nonce，发布出去之后，其他人验证这个nonce是否符合要求，其实非常容易，计算一下block header的哈希值是否落在target空间
挖矿很难，验证很容易，这个性质叫做difficult to solve，but easy to verify
比特币中用到的哈希函数是SHA-256，SHA表示Secure Hash Algorighm ，我们上面三个性质这个函数都满足
比如日常生活中我们想开一个银行账户的话，需要拿上相关证件去银行开户，这是一个典型中心化管理，比特币是去中心化，没有银行这种概念，那我们如何开户呢？开户过程很简单，就是创建一对公钥(public key )和私钥(private key), 这就是一个账户
公私钥对来自非对称加密体系(asymmetric encryption algorighm)，与之相对的是对称加密(symmetric encryption algorighm)，最早人们使用是对称加密(symmetric encryption algorighm)，比如两个人之间在互联网上进行信息交换，为了防止被窃听，我们提前商量好一个秘钥 encryption key，发送方用这个秘钥进行加密，接收方用相同的秘钥进行解密，这里加密和解密用的同一个秘钥，所以叫对称加密，对称加密的前提是假设有一种安全的渠道能够将秘钥分发给双方，你不将秘钥以明文形式分发，这也是对称加密体系的一个弱点，秘钥的分发不是很安全。为了解决这个问题非对称加密体系就提出来，我们不是用一个秘钥使用一对秘钥(公钥和私钥)，加密用的公钥，解密用的私钥，这有什么好处呢？这个公钥是不用保密的，大家都可以知道，像有些网站上将自己的公钥公布出去，提供给大家下载，私钥是解密的，只保存在你本地发送者用接收者的公钥进行加密，接收者收到信息后用自己的私钥进行解密，彼此不需要对方的私钥，这就解决了对称加密体系中秘钥分发不方便的问题比特币系统中你要创建一个账户就在本地中产生一对公钥和私钥，这个公钥就是你的银行账号，别人给你转账，只需要知道你的公钥就可以，这个私钥相对你的银行密码，知道私钥就可以把账户钱转走假如我转10个比特币给你，我把这笔交易发布到区块链上，别人怎么知道这个交易是我发起的，会不会有冒充，这就是发布这笔交易的时候用自己的私钥进行签名，接收方会用我的公钥验证这个签名的正确性，因为公钥是公开那么问题来了，有没有可能有的人生成的公钥和私钥是相同的？
有没有一种方法是不停的产生公钥，和区块链上的公钥对比，如果相等，我就可以窃取它账户了，这种攻击理论上是可以的，但是实际上是不可行的，如果你是256位哈希值的话，产生相同的公私钥是微乎其微的，即使你有一台超级计算机不停地运行，产生相同公私钥也是微乎其微的，这个概率比地球爆炸还要小，到目前位置还没有发现哪个人用这种方法攻击的先例这里如果生成好的公私钥对，要选择一个好的随机源(a good source of randomness)，如果没有好的随机源，前面所说的都不成立，就有可能生成的公私钥对是一样的。两个功能，一个哈希函数，一个签名，这两个功能是可以结合起来用，比特币系统中一般先对一个message计算哈希值，然后再对哈希值进行签名
