什麼是常見的哈希算法？

本文探討了諸如SHA-256，SHA-3，SCRYPT，BLAKE2B和KECCAK-256之類的常見哈希算法，比較了它們在加密貨幣中的優勢，劣勢和應用，從而強調了抗碰撞對區塊鏈安全性的重要性。

2025/02/28 02:06

什麼是常見的哈希算法？深入研究加密哈希功能

要點：

• 本文探討了加密貨幣空間中使用的各種常見哈希算法，詳細介紹了它們的功能，優勢，劣勢和應用。
• 我們將深入研究SHA-256，SHA-3，SCRYPT，BLAKE2B和KECCAK-256的細節，並解釋其基本的數學原則和安全考慮因素。
• 本文將探討碰撞抵抗力，前圖像抗性和第二次前圖像抗性在確保加密哈希功能方面的重要性。
• 我們將討論算法選擇對不同加密貨幣和區塊鍊網絡的安全性和效率的影響。
• 最後，我們將在加密貨幣的背景下解決有關哈希算法的使用和選擇的常見問題。

加密貨幣中的常見哈希算法：

加密貨幣的安全性和完整性在很大程度上依賴於強大的加密哈希功能。這些功能採用任何大小的輸入（通常稱為消息），並產生固定尺寸的輸出，稱為哈希。良好的哈希功能必須具有多種關鍵屬性，以確保系統的安全性。讓我們探索一些最常見的算法：

• SHA-256（安全哈希算法256位）： SHA-256是SHA-2算法家族中廣泛使用的加密哈希功能的一部分。它產生256位（32字節）哈希值。該算法以其碰撞電阻而聞名，這意味著找到兩個產生相同哈希輸出的不同輸入在計算上是不可行的。 SHA-256的強度在於其複雜的數學操作，包括位操作，旋轉和加法，這使得很難從輸出中反向工程轉換輸入。這種單向屬性對於數字簽名和確保數據完整性至關重要。 SHA-256是包括比特幣在內的許多著名加密貨幣的基礎，在確保交易和驗證區塊鏈內的區塊方面發揮了至關重要的作用。它的廣泛採用源於其可靠的往績和嚴格的密碼分析，尚未揭示任何重大脆弱性。該算法的迭代結構，處理512位塊中的輸入有助於其安全性。每個塊都會經歷多輪轉換，從而大大增加了查找碰撞的計算成本。此外，算法中精心選擇的常數的使用增加了其複雜性和對攻擊的抵抗力。該算法的設計即使以計算效率為代價也將安全性優先考慮，這使其成為安全性至關重要的應用程序（例如區塊鏈技術）的合適選擇。但是，可用的計算能力增加可能需要將來遷移到更健壯的算法作為預防措施。
• SHA-3（安全哈希算法3）： SHA-3，也稱為Keccak，是一個不同的加密哈希函數家族，旨在與SHA-2不同。 SHA-256基於Merkle-Damgård的結構，SHA-3採用了海綿結構，提供了不同的安全性能和潛在抵抗可能利用Merkle-Damgård結構中的弱點的攻擊。海綿結構涉及將輸入數據吸收到內部狀態，然後擠出哈希值。這從根本上與SHA-2的迭代方法不同。 SHA-3提供了一套具有不同輸出尺寸的哈希功能，包括SHA3-256，該功能可產生256位哈希。與其前輩相比，其設計旨在更高的抵抗力對各種隱形攻擊。儘管SHA-3被認為是高度安全的，但其在加密貨幣中的採用並不像SHA-256那樣廣泛。這部分是由於SHA-256的既定信任和廣泛使用以及現有系統的潛在兼容性問題。儘管如此，SHA-3提供了一種有價值的替代方案，其特性使其成為未來加密應用程序的有力候選人，可能為未來的區塊鏈技術提供了更具彈性的基礎。海綿結構提供了一定程度的靈活性，可允許超越哈希的應用程序，例如生成隨機數。這種多功能性使SHA-3成為加密工具包中的多功能工具。
• SCRYPT： SCRYPT是一種基於密碼的密鑰推導功能（KDF），專門旨在抵抗蠻力和基於硬件的攻擊。與通用哈希函數的SHA-256和SHA-3不同，Scrypt對計算成本是安全性關鍵因素的情況進行了優化。它通過結合記憶力函數來實現這一目標，這意味著它需要大量的RAM來計算哈希。這使其對ASIC（特定於應用程序的集成電路）攻擊特別有效，這些攻擊通常用於開採加密貨幣。 Scrypt用於一些加密貨幣，特別是Litecoin，以使採礦更加分佈，並且不容易受到具有專門硬件的大型採礦池的統治。與SHA-256這樣的算法相比，它的記憶力降低了哈希過程，因此對於專業硬件的效率降低了。這通過增加攻擊者的計算成本來提高安全性，從而為具有較小功能的硬件的礦工平整競爭環境。可以調整SCRYPT中使用的特定參數以微調內存需求和計算複雜性，從而根據系統的特定安全需求進行自定義。這種適應性使其成為各種加密應用程序（包括關鍵推導和工作證明系統）的寶貴工具。
• Blake2B： Blake2b是一種加密哈希函數，既快速又安全。它被認為是可用的最快，最有效的加密哈希功能之一。這使其對於速度至關重要的應用程序（例如高通量系統中）具有吸引力。 Blake2b提供了一系列輸出大小，從而可以靈活地選擇所需的安全級別。它的設計強調安全性和效率，平衡對強密碼學特性的需求與對快速處理的需求。儘管在主要的加密貨幣中，Blake2b的速度和安全性不及SHA-256，但對於各種區塊鏈應用程序和其他加密任務來說，它都是令人信服的替代方法。它的設計結合了功能，以優化現代硬件體系結構的性能，從而最大程度地提高其在現實情況下的效率。此外，Blake2b進行了嚴格的測試和分析，證明了其針對已知攻擊的彈性。該算法的模塊化設計可以輕鬆地實現和集成到各種系統中，從而進一步增強其實用性。
• KECCAK-256：如前所述，Keccak-256是SHA-3的基礎算法。這是一個海綿功能，這意味著它吸收輸入數據，然後擠出哈希。與SHA-256這樣的傳統哈希功能的這種架構差異提供了不同的安全屬性。 Keccak-256用於多個區塊鏈平台和智能合同環境，尤其是以太坊，在該環境中，它在確保交易和智能合約中起著至關重要的作用。它抵制各種攻擊及其在加密社區中的既定地位，使其成為需要高安全性和完整性的應用程序的可靠選擇。海綿結構在靈活性和適應性方面具有優勢，從而允許不同的輸出尺寸和操作模式。這種多功能性使KECCAK-256適用於哈希之外的廣泛加密應用。

常見問題解答：

問：SHA-256和SHA-3有什麼區別？

答：SHA-256和SHA-3都是加密哈希功能，但它們的基礎設計和構造差異很大。 SHA-256基於Merkle-Damgård結構，而SHA-3（Keccak）使用海綿結構。這些不同的結構提供了不同的安全性和漏洞。雖然兩者都被認為是安全的，但SHA-3旨在解決默克爾 - 達姆格德（Merkle-Damgård）結構中的潛在弱點，從而提供了對某些攻擊的潛在抗藥性。

問：哪種哈希算法最安全？

答：沒有單一的“最安全”哈希算法。哈希功能的安全性取決於其設計，實現和使用的上下文。 SHA-256，SHA-3和BLAKE2B在各自的目的中都被認為是高度安全的。選擇通常取決於速度要求，內存約束和特定威脅模型等因素。

問：為什麼像Scrypt這樣的記憶力在加密貨幣中很重要？

答：諸如SCRYPT之類的內存功能使攻擊者使用專業硬件（ASICS）來開採加密貨幣的昂貴。通過需要大量的RAM，它們可以使用不同的硬件為礦工提供競爭環境，從而促進了分散化並防止使用專用設備的大型採礦池統治。

問：哈希算法會被打破嗎？

答：雖然當前使用的哈希算法被認為是安全的，但是總體上可能會通過隱式分析的進步來發現脆弱性。這就是為什麼新算法正在進行的研究和開發對於維持密碼系統的安全性至關重要。量子計算的開發也對當前使用的算法構成了潛在的未來威脅。

問：如何為應用程序選擇正確的哈希算法？

答：哈希算法的選擇取決於幾個因素，包括安全要求，性能需求和特定應用程序。對於高安全性應用，例如加密貨幣，通常首選建立且經過良好的算法（例如SHA-256和SHA-3）。對於速度至關重要的應用，諸如Blake2B之類的算法可能更合適。考慮與密碼專家諮詢，以確定滿足您特定需求的最佳選擇。