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【连载】比特币史话 | 哈希(1)

刘教链 刘教链 2023-01-30
收录于合集 #史话 102个

(高德纳，图灵奖获得者。图片来源于网络)
本篇看点：密码学哈希函数的哪三个特性，对于中本聪成功设计出比特币，起到了决定性的关键作用？

前情回顾：
【连载】比特币史话 | 椭圆曲线(3)
【连载】比特币史话 | 量子霸权(1)
【连载】比特币史话 | 量子霸权(2)
【连载】比特币史话 | 量子霸权(3)

正文：

1974年图灵奖(IT界的诺贝尔奖)获得者、《计算机程序设计艺术》(TAOCP)作者、美国计算机科学家、斯坦福大学退休教授高德纳(Donald Knuth, 1938-)在他出版于2000年的书《排序和搜索》中考证了“哈希”(hash)一词作为计算机术语的来历。“哈希”这个词在英文中的本意是“把东西切碎”、“把事情弄的一团糟”的意思。用到计算机的语境里，也是借用了这个词的本意，指把数据切碎、弄乱掉，乱到你根本无法恢复出原来的数据。就像把一本《红楼梦》撕成无数碎片，丢到火炉里一把火烧掉，从灰烬里捡回来几十个依稀可辨的字，把这几十个字拼凑起来，就是这本红楼梦的残片。就是上帝，恐怕也难以从这残片还原出原来那本《红楼梦》的全部内容。“哈希”则比这火炉有一个更优秀的特点，那就是对于同样的内容，每次焚毁后都会剩下同样的残片，仿佛时光倒流、事件重演一般。具有这种计算“哈希”功能的计算机函数就叫做“哈希函数”(hash function)，计算的结果就叫做“哈希值”(hash value)。据高德纳考证，美国IBM公司的图书馆和信息科学家汉斯·彼得·鲁恩(Hans Peter Luhn)在1953年的笔记中首次使用了“哈希函数”这个概念。这个词迅速流传开来，得到了广泛的使用。虽然直到70年代末，它才正式出现在学术刊物上。[1][公众号:刘教链]

哈希，又叫做“摘要”，“散列”，或者“杂凑”。哈希不是一种信息压缩技术，虽然它也会大量丢弃数据，只产生一个固定长度的摘要。对照片或者音乐进行有损压缩，追求的是还原度和保真度；对数据做哈希计算，追求的结果恰恰相反。哈希也不是一种加密技术，虽然它的计算结果变得像密码一样无法理解。加密是为了解密，哈希则是为了无法解密。哈希也不是一种随机数计算技术，虽然它的计算结果看上去像随机数一样无规律可循。真随机数是非确定性的，每次计算结果都不同；哈希的结果虽然看似无章可循，但是只要输入的内容是相同的，结果必定相同。[公众号:刘教链]

密码学哈希函数(CHF, Cryptographic Hash Function)，则是一类具有独特性质的哈希函数。所有这些性质中，有三个性质是非常关键的：第一个性质就是，计算结果的分布非常稀疏，几乎不会出现两份不同的输入内容算出来同样的哈希值，这个性质叫做“免碰撞性”(collision-free)。第二个性质就是，计算结果毫无规律，你很难通过变换输入内容，然后对比内容及其哈希之间的规律，试图破译一个陌生哈希值的原始输入内容，这个性质叫做“隐藏性”(hiding)。第三个性质就是，给出一个指定的哈希值，找到一个输入内容，能够计算出这个哈希值的最有效方法，就是穷举尝试，又称作暴力破解，这个性质叫做“谜题友好性”(puzzle-friendly)。而密码学哈希函数的这三个特性，对于中本聪成功设计出比特币，起到了决定性的关键作用。[公众号:刘教链]

【未完待续】(公众号：刘教链)

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