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密码学在区块链安全中的作用是什么

归档日期:05-13       文本归类:非对称密码      文章编辑:爱尚语录

  区块链通过各种机制实现了安全加固,这些机制包括先进的加密技术及方案和数学模型决策。区块链技术是大多数加密货币系统的基础架构,它可以防止数字货币被复制和破坏。

  在对数据不可篡改和安全性要求非常高的的其他环境中,也正在探索区块链技术的使用。相关案例包括记录和跟踪慈善捐赠、医疗数据库和供应链管理。

  但是,区块链的安全性远非一个简单的议题。因此,理解这些创新系统的基本概念和机制是如何为区块链提供强有力的保护非常重要。

  虽然许多功能都与区块链相关联,但最重要的两个特征是共识和不可篡改。共识是指分布式区块链网络中的节点就网络的真实状态和交易的有效性达成一致的能力。通常,达成共识的过程取决于网络使用的一致性算法。

  另一方面,不可篡改是指区块链无法修改已经确认的交易记录。虽然这些交易通常与加密货币的支付有关,但它们也可能是指其他非货币形式的数据记录过程。

  总的来说,共识和不可篡改为区块链网络中的数据安全性提供了基础框架。一致性算法能够确保所有节点都遵循系统规则并且都认可网络的当前状态,而不可篡改能够保证每个得到有效性验证的区块数据和交易记录的完整性。

  区块链尤其依赖加密技术来实现数据安全性。在这种情况下非常重要的一种加密函数是散列函数。散列是一种计算过程,使用称为散列函数的算法接收数据的输入(任何大小)并返回包含固定长度值的确定输出。

  无论输入数据的大小如何,计算输出始终是相同的字节。如果输入发生变化,输出将完全不同。但是,如果输入没有改变,则生成的散列将始终相同,无论您运行散列函数多少次。

  在区块链中,这些输出值(称为哈希)成为数据块的唯一标识符。每个区块的散列是相对于前一个区块的散列生成的,这就是将区块链接在一起,形成区块链的原因。此外,区块散列依赖于该区块中包含的数据,这意味着对数据所做的任何更改都会更改区块散列值。

  因此,基于该区块中包含的数据和前一区块的散列生成每个区块散列。这些哈希标识符在确保区块链安全性和不可篡改方面发挥着重要作用。

  验证交易一致性的算法中也利用了散列。例如,在比特币区块链上,用于实现共识和挖矿的工作证明(PoW)算法称为SHA-256的哈希函数。顾名思义,SHA-256接受数据输入并返回长度为256位或64个字符长的散列值。

  除了为分布式账中的交易记录提供保护之外,密码学还能够在确保用于存储加密货币的钱包安全性方面发挥重要作用。如用户生产用于接收和发送数字货币的地址、公钥和私钥都是通过使用非对称或公钥加密来创建的。私钥用于生成交易的数字签名,从而可以验证所发送代币的所有权。

  虽然具体内容已超出了本文范围,但非对称密码学的特性能够防止除私钥持有者之外的任何人访问存储在加密货币钱包中的资金,能够在资金所有者决定使用它们之前保持这些资金的安全性(只要私钥不被共享或泄露)。

  除密码学之外,一种称为密码经济学的较为新颖的概念也在维护区块链网络安全性方面发挥着重要作用。它与博弈论的研究领域息息相关,该理论通过数学原理模拟了具有既定规则和奖励情境中理性行动者所做的决策。虽然传统博弈论可以广泛应用于一系列商业案例,但密码经济学也独立建模并描述了分布式区块链系统上节点的行为。

  简而言之,密码经济学是对区块链协议中经济学的相关研究,它们的设计原理可能基于其参与者的行为而发生不同的结果。密码经济学的安全性基于如下这种模型,即区块链系统为节点提供了更大的激励,使其能够真实得采取行动,而不是采用恶意或错误的行为。再者,比特币挖矿中使用的工作证明一致性算法是提供这种激励方式的优秀案例。

  当Satoshi Nakamoto提出比特币挖矿的框架时,它被设计成昂贵且消耗资源巨大的过程。由于其复杂性和计算需求,PoW挖矿涉及大量的金钱和时间投入,与采矿节点的位置和使用者无关。因此,这种结构能够对恶意活动提供了强有力的防范作用,并为真实的挖矿行为提供激励。恶意或低效的节点会很快被区块链网络中淘汰,而真实和高效的矿工有可能获得大量的区块奖励。

  同样,风险和收益之间的平衡也可以通过防范将区块链网络中大多数哈希算力置于单个机构或实体的手中,来防止发生可能破坏共识的潜在攻击。如果该攻击被成功执行,这种被称为51%的算力攻击可能会造成极大破坏。鉴于工作量证明的竞争机制和比特币网络的规模,恶意用户获得对大多数节点控制权的可能性是非常小的。

  此外,要实现51%攻击需要控制区块链网络的计力成本会是天文数字,这对于为相对较小的潜在回报来说,大规模的投资成本也抑制了该攻击的发生。上述论述也被称为区块链的拜占庭容错(BFT),该特征说明了即使某些节点受到损害或发生恶意行为,分布式系统仍然可以继续正常工作。

  只要建立大量恶意节点的成本过高,且真实挖矿活动可以有更好的激励,该系统将能够在没有重大中断的情况下蓬勃发展。然而,值得注意的是,小区块链网络肯定容易受到很多攻击,因为用于这些系统的总哈希算力远低于比特币网络。

  通过结合博弈论和密码学的使用,区块链能够像分布式系统一样获得更高的安全性。然而,几乎与所有系统一样,正确应用这两个知识领域至关重要。去中心化和安全性之间的平衡对于构建可靠有效的加密货币网络至关重要。

  随着区块链的不断发展和推广,其安全性也将发生变化,以满足不同应用的相关需求。例如,现在为商业企业开发的私有区块链更多地依赖于访问控制所提供的安全性,而不同于大多数公共区块链所使用的博弈论机制(或密码经济学)。

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