区块链技术深度融合了多种密码学知识，以确保数据的安全性、不可篡改性和去中心化信任。我们将要用系列教程逐一解析下列区块链中涉及的核心密码学技术。
1. 哈希函数（Hash Function）
- 作用：生成数据的唯一指纹，确保数据完整性。
- 常见算法：SHA-256（比特币）、Keccak（以太坊）、RIPEMD-160。
- 应用场景：
- 区块链接：每个区块的哈希包含前一个区块的哈希，形成链式结构。
- 默克尔树（Merkle Tree）：高效验证交易完整性。
- 工作量证明（PoW）：矿工通过计算哈希值竞争记账权。
2. 非对称加密（Asymmetric Cryptography）
- 作用：实现身份验证和数据加密，无需共享密钥。
- 核心组件：
- 公钥（Public Key）：公开地址（如比特币地址），用于接收交易。
- 私钥（Private Key）：保密，用于签名交易。
- 常见算法：
- 椭圆曲线加密（ECC）：比特币（secp256k1曲线）、以太坊。
- RSA：少数联盟链使用。
- 应用场景：
- 数字签名：验证交易发起者身份（如ECDSA）。
- 钱包安全：私钥生成和管理。
3. 数字签名（Digital Signature）
- 作用：证明交易的真实性和不可否认性。
- 流程：
- 发送方用私钥对交易哈希签名。
- 接收方用公钥验证签名。
- 算法：ECDSA（比特币/以太坊）、EdDSA（部分新区块链）。
4. 零知识证明（Zero-Knowledge Proof, ZKP）
- 作用：在不泄露信息的前提下验证真实性。
- 类型：
- zk-SNARKs（Zcash）：无需重复信任设置。
- zk-STARKs：抗量子计算，无需初始信任。
- 应用场景：
- 隐私交易：Zcash隐藏交易详情。
- Layer2扩容：如zk-Rollups（以太坊）。
5. 同态加密（Homomorphic Encryption）
- 作用：允许对加密数据直接计算，保护隐私。
- 应用场景：区块链上的隐私数据计算（如医疗数据共享）。
6. 共识算法中的密码学
- PoW（工作量证明）：依赖哈希函数抗碰撞性。
- PoS（权益证明）：结合签名和随机数生成（如Algorand的VRF）。
- BFT（拜占庭容错）：使用数字签名验证节点消息。
7. 密钥派生函数（Key Derivation Function，KDF）
- 作用：从助记词或密码推导出私钥。
- 例如：PBKDF2、scrypt、Argon2
- 区块链应用：钱包助记词安全转换为私钥。
总结
| 需求 | 密码学技术 | 示例 |
|---|---|---|
| 数据完整性 | 哈希函数 | 比特币区块哈希 |
| 身份认证 | 非对称加密+数字签名 | 以太坊交易签名 |
| 隐私保护 | 零知识证明 | Zcash、Monero |
| 去中心化信任 | 共识算法+密码学验证 | PoW/PoS |
| 安全密钥管理 | 阈值签名/多方计算 | 跨链资产托管 |
| 助记词生成 | 密钥派生函数 | 钱包助记词生成 |
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