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安全可信赖的区块链资产交易平台火币网，一文看懂区块链算法！回首2008年，由次贷危机引发的金融危机蔓延全球，11月份，一篇名为《Bitcoin:Apeer-to-peerelectroniccashsystem》的论文横空出世，当时只是在一小戳圈子里被讨论，大概没几个人知道论文的意义。时间的年轮很快转入新的一年，比特币第一版本代码发布，1月4日，创世块被挖出来，5天之后，第二个块产生，比特币网络正式启动，一个自称“中本聪”的人悄悄在互联网应用这片汪洋大海吹起一片涟漪，时至今日，这片涟漪已形成滔滔大浪。当年能读懂大神论文的人，大多惊讶于这套系统的简洁和完美，甚至有人断言此物一出，开天辟地。如今近乎8年过去，当年看起来近乎完美的系统理念，在各个方面都有长足探索和发展。接下来我将写一系列文章，回顾区块链核心技术演进之路。包括算法演进，挖矿演进，共识机制演进，代币演进，隐私的演进，以及容量和速率的演进等。题目比较大，抛砖引玉，望读者指正和补充。算法演进关于“算法”一词，目前国内用户使用的比较模糊，有时指共识机制，比如POW算法，POS算法；有时指具体的Hash算法，比如SHA256，SCRYPT。应该说这是由于早期从外文资料翻译过来概念模糊导致的错误，后来人云亦云。共识机制（以前一般叫Proof，现在经常使用Consensus）和算法（Algorithm）在英文资料里语义清晰，不能混为一谈，两者都是区块链技术体系里的重要支柱。安全可信赖的区块链资产交易平台火币网因此当我们说“X币使用Y算法”的时候，其实具体指的是采用何种Hash算法，而且隐含的前提条件是这个币使用POW证明方式。只有在POW下讨论选取何种算法才有意义，算法的各种复杂设计才能体现其用处。为什么呢，中本聪在设计比特币的时候其实有很多地方用到Hash函数，比如计算区块ID，计算交易ID，构造代币地址等。我们说的算法具体是指用何种Hash函数计算区块ID，所谓算法创新也就是在这个地方下功夫。此外其他任何用到Hash函数的地方，对计算难度没有要求，而且应该选用可以快速运算的算法，尤其在计算交易ID时候，不然影响区块链同步速度。因此如果选用POS方式，计算区块ID也应该使用容易运算的算法。Hash函数如上所言，我们经常说的POW算法本质是一个Hash函数。Hash函数是一个无比神奇的东西，说他替中本聪打下了半壁江山一点不为过，学习比特币应该从学习Hash函数入手，理解了Hash函数再去学比特币原理将事半功倍，不然将处处感觉混沌，难以开窍。而中本聪也将Hash函数的所有特性使用得淋漓尽致：安全可信赖的区块链资产交易平台火币网函数被设计出来并广泛应用，不过Hash函数一般安全寿命都不长，被认为安全的算法往往没能使用多久就被成功攻击，新的更安全的算法相继被设计出来，而每一个被公认为安全可靠的算法都有及其严格的审计过程。在币圈中我们经常说某某币发明了某种算法，其实主要都是使用那些被认证过的安全算法，或是单独使用，或是排列组合使用。SHA256SHA(SecureHashAlgorithm，译作安全散列算法)是美国国家安全局(NSA)设计，美国国家标准与技术研究院(NIST)发布的一系列密码散列函数，经历了SHA-0，SHA-1，SHA-2，SHA-3系列发展。NSA于2007年正式宣布在全球范围内征集新新一代（SHA-3）算法设计，2012年公布评选结果，Keccak算法最终获胜成为唯一官方标准SHA-3算法，但还有四种算法同时进入了第三轮评选，分别是：BLAKE,GrøSTL,JH和SKEIN，这些算法其实也非常安全，而且经受审查，被各种竞争币频繁使用。安全可信赖的区块链资产交易平台火币网算法，该算法属于SHA-2系列，在中本聪发明比特币时（2008）被公认为最安全最先进的算法之一。除了生成地址中有一个环节使用了REPID-160算法，比特币系统中但凡有需要做Hash运算的地方都是用SHA256。随着比特币被更多人了解，大家开始好奇中本聪为何选择了SHA256，同时对SHA256的安全性发表各种意见，SHA256妥妥经受了质疑，到目前为止，没有公开的证据表明SHA256有漏洞，SHA256依然牢牢抗住保卫比特币安全的大旗。当然大家心里都明白，没有永远安全的算法，SHA256被替代是早晚的事，中本聪自己也说明了算法升级的必要和过程。SCRYPT后来随着显卡挖矿以及矿池的出现，社区开始担心矿池会导致算力集中，违背中本聪“一CPU一票”的最初设计理念。在那段时间，中心化的焦虑非常严重，讨论很激烈，比特币一次又一次“被死亡”，直到现在，针对矿池是否违背去中心化原则的争论仍在继续。无论如何，有人将矛头指向SHA256，认为是算法太容易导致矿机和矿池出现，并试图寻找更难的算法。恰逢其时，使用SCRYPT算法的莱特币（Litecoin）横空出世。据说SCRYPT是由一位著名的黑客开发，由于没有得到诸如SHA系列的严格的安全审查和全面论证，一直没被广泛推广使用。与SHA256算法相比，SCRYPT占用的内存更多，计算时间更长，并行计算异安全可信赖的区块链资产交易平台火币网常困难，对硬件要求很高。很显然，SCRYPT算法具有更强的抵御矿机性，莱特币还将区块时间改为2.5分钟，在那个山寨币还凤毛麟角年代，莱特币依靠这两点创新大获成功，长期稳坐山寨币第一宝座位置。后来有人在SCRYPT的基础上稍作修改形成Scrypt–N算法，改进思路都一样，都是追求更大的内存消耗和计算时间，以有效阻止ASIC专用矿机。很快，莱特币的成功催生了各种各样的算法创新，2012至2014年间，算法创新一直都是社区讨论的热门话题，每一个使用创新算法的币种出现，都能刮起一阵波澜。串联算法重新排列组合是人类一贯以来最常用的创新发明方法。很快，有人不满足于使用单一Hash函数，2013年7月，夸克币（Quark）发布，首创使用多轮Hash算法，看似高大上，其实很简单，就是对输入数据运算了9次hash函数，前一轮运算结果作为后一轮运算的输入。这9轮Hash共使用6种加密算法，分别为BLAKE,BMW,GROESTL,JH,KECCAK和SKEIN，这些都是公认的安全Hash算法，并且早已存在现成的实现代码。这种多轮Hash一出现就给人造成直观上很安全很强大的感觉，追捧者无数。现今价格依然坚挺的达世币（DASH，前身是暗黑币，Darkcoin，）接过下一棒，率先使用11种加密算安全可信赖的区块链资产交易平台火币网法（BLAKE,BMW,GROESTL,JH,KECCAK,SKEIN,LUFFA,CUBEHASH,SHAVITE,SIMD,ECHO），美其名曰X11，紧接着X13，X15这一系列就有人开发出来了。S系列算法实际是一种串联思路，只要其中一种算法被破解，整个算法就被破解了，好比一根链条，环环相扣，只要其中一环断裂，整个链条就一分为二。并联算法有人串联，就有人并联，Heavycoin（HVC）率先做了尝试。HVC如今在国内名不见经传，当时还是名噪一时，首次实现链上游戏，作者是俄罗斯人，后来不幸英年早逝，在币圈引起一阵惋惜。HVC算法细节：1.对输入数据首先运行一次HEFTY1（一种Hash算法）运算，得到结果d12.以d1为输入，依次进行SHA256、KECCAK512、GROESTL512、BLAKE512运算，分别获得输出d2,d3,d4和d53.分别提取d2-d5前64位，混淆后形成最终的256位Hash结果，作为区块ID。安全可信赖的区块链资产交易平台火币网哈希，是因为HEFTY1运算起来极其困难，其抵御矿机性能远超于SCRYPT。但与SCRYPT一样，安全性没有得到某个官方机构论证，于是加入后面的四种安全性已经得到公认的算法增强安全。对比串联和并联的方法，Quark、X11，X13等虽使用了多种HASH函数，但这些算法都是简单的将多种HASH函数串联在一起，仔细思考，其实没有提高整体的抗碰撞性，其安全性更是因木桶效应而由其中安全最弱的算法支撑，其中任何一种Hash函数遭遇碰撞性攻击，都会危及货币系统的安全性。HVC从以上每种算法提取64位，经过融合成为最后的结果，实际上是将四种算法并联在一起，其中一种算法被破解只会危及其中64位，四中算法同时被破解才会危及货币系统的安全性。安全可信赖的区块链资产交易平台火币网算法，假如未来某日SHA256被证明不再安全时，虽然可以更该算法，但考虑到如今“硬分叉猛于虎”的局面，届时引发动荡不可避免，但如果使用并联算法，就可以争取平静的硬分叉过渡时间。PRIMECOIN正当一部分人在算法探索之路上进行的如火如荼之时，另一部分人的声音也非常刺耳，那就是指责POW浪费能源（彼时POS机制已经实现）。POW党虽极力维护，但也承认耗费能源这一事实。这一指责打开了另一条探索之路，即如果能找到一种算法，既能维护区块链安全，这些Hash运算又能在其他方面产生价值，那简直更完美。安全可信赖的区块链资产交易平台火币网（这大神之前已经开发了Peercoin，点点币）发明的素数币（Primecoin）。素数币算法的核心理念是：在做Hash运算的同时寻找大素数。素数如今已被广泛应用于各个领域，但人类对他的认识还是有限。素数在数轴上不但稀有（相对于偶数而言），而且分布不规律，在数轴上寻找素数只能盲目搜索探测，这正是POW的特征。POW还有另一个要求是容易验证，这方面人类经过几百年探索已经获得一些成果。素数币使用两种方法测试，首先进行费马测试（FermatTest），通过则再进行欧拉-拉格朗日-立夫习兹测试（Euler-Lagrange-LifchitzTest），还通过测试则被视为是素数。需要指出的是，这种方法并不能保证通过测试的数百分百是素数，不过这并不影响系统运行，即便测试结果错误，只要每个节点都认为是素数就行。素数币其实找的是素数链-坎氏链，存在三个特定类型的坎氏素数链：第一类坎氏链，第二类坎氏链和双坎氏链。举第一类来说明，规则是：素数链中每个数都是前一个数的两倍减一，比如：1531，3061，6121，12241，24481数列的下一个数48961(24481*2-1)不是素数，因而这个坎氏链的长度是5，素数币的目标就是探索更长的坎氏链（以上三类都可以）。安全可信赖的区块链资产交易平台火币网那么现在最重要的问题来了，如何用坎氏链来验证一个区块是否合格呢？素数币实现的细节是这样的：1.计算中本聪区块头Hash，hashBlockHeader=SHA256(BlockHeader)2.通过变换获得坎氏链的第一个数：originNum=hashBlockHeader*Multiplier获取originNum之后就可以测试并计算素数链长度的整数部分，小数部分的计算与坎氏链最后一个非素数的跨度相关。每个区块的乘积因子Multiplier各不相同，计算过程和hashBlockHeader相关，素数币为此对区块头进行修改，专门增加一个字段（bnPrimeChainMultiplier）来存放这个乘积因子。但是以上第一步计算hashBlockHeader时输入数据并不包含这个乘积因子，这也是为啥特别指出中本聪区块头。由于素数在数轴上分布不均匀，且根据目前掌握的知识来看，数越大，素数越稀有，寻找难度并不是线性递增，耗时也就不可预估，但是区块链要求稳定出块。正因为这点，素数币算法没有得到热捧，但这种探索并非没有意义，利用POW工作量的“幻想”并没有停止，探索还在继续。ETHAS