区块链加密技术2025年有哪些新突破？

摘要： 非对称加密这是区块链中最核心、最基础的加密技术，它使用一对密钥：公钥 和 私钥，公钥：可以公开分享，就像你的银行账号,别人需要给你转账时就需要它，私钥：必须严格保密，就像你的银行卡...

非对称加密

这是区块链中最核心、最基础的加密技术，它使用一对密钥：公钥 和 私钥。

• 公钥：可以公开分享，就像你的银行账号,别人需要给你转账时就需要它。
• 私钥：必须严格保密，就像你的银行卡密码和签名，只有你自己拥有,用于授权和验证。

这对密钥通过复杂的数学算法相关联,但无法从一个密钥轻易推导出另一个密钥。

主要应用场景：

1. 数字签名

   

   • 工作原理：
     • 签名：用户用私钥对一笔交易信息进行加密，生成一个“签名”，这个签名证明了这笔交易确实是由该私钥的持有者发起的,并且信息在签名后未被篡改。
     • 验证：任何人都可以使用与该私钥配对的公钥来验证这个签名，如果验证成功,就证明了交易的来源合法且内容完整。
   • 区块链中的作用：
     • 交易授权：当你发起一笔转账时，你实际上是在用自己的私钥对这笔交易进行“签名”，网络中的节点通过验证你的签名，来确认这笔交易确实是你本人授权的,从而防止了他人冒充你花钱。
     • 资产所有权：你的加密货币地址本质上就是你的公钥，谁能用私钥控制这个地址，谁就拥有这个地址里的资产,私钥就是所有权的终极证明。

2. 地址生成

   • 工作原理：用户的区块链地址（如比特币地址、以太坊地址）并不是直接使用公钥，而是对公钥进行一系列哈希计算后得到的 shortened representation（简短表示）。
   • 区块链中的作用：
     • 保护隐私：地址与公钥并非一一对应，增加了破解的难度，保护了用户的公钥,从而保护了私钥。
     • 方便使用：地址通常比公钥更短,更便于用户识别和输入。

3. 加密通信

   在某些区块链网络中，节点之间需要安全地传输数据，非对称加密可以用于建立安全的通信通道,确保信息在传输过程中不被窃听或篡改。

   

密码学哈希函数

哈希函数是一种将任意长度的输入数据（消息）转换成固定长度输出的单向函数，这个输出值被称为“哈希值”或“。

哈希函数的特性：

1. 确定性：相同的输入数据，无论计算多少次,得到的哈希值总是完全相同的。
2. 快速计算：从原始数据生成哈希值的速度非常快。
3. 单向性：无法从哈希值反向推导出原始数据,这是哈希函数安全性的核心。
4. 抗碰撞性：
   • 弱抗碰撞性：要找到两个不同的输入，使其哈希值相同,在计算上是不可行的。
   • 强抗碰撞性：即使你已知一个输入和它的哈希值，要找到一个不同的输入，使其哈希值相同,在计算上也是不可行的。

主要应用场景：

1. 区块哈希

   • 工作原理：每个区块头都包含了前一区块的哈希值，这个设计将所有区块像链条一样紧密地连接在一起，形成了“区块链”。
   • 区块链中的作用：
     • 保证链式结构：任何对历史区块数据的微小改动，都会导致该区块及其之后所有区块的哈希值发生巨大变化，从而使整个链条失效,这确保了区块链的不可篡改性。
     • 区块链接：区块N 的头信息中包含 区块N-1 的哈希值,这使得篡改历史区块变得极其困难。

2. 工作量证明

   

   • 工作原理：这是比特币等区块链共识机制的核心，矿工需要不断尝试一个随机数（Nonce），使得“区块头 + Nonce”的哈希值满足特定条件（哈希值必须小于一个目标值）。
   • 区块链中的作用：
     • 防止篡改：由于哈希函数的单向性，要找到满足条件的Nonce只能依靠大量的、反复的计算（即“工作”），攻击者想要篡改一个区块，就必须重新计算该区块及其之后所有区块的PoW,这在算力巨大的网络中几乎是不可能的。
     • 达成共识：第一个算出有效答案的矿工获得记账权，新区块被添加到链上,其他节点则选择接受这条最长的链。

3. Merkle 树（默克尔树）

   • 工作原理：这是一种在区块链中高效组织和验证数据完整性的数据结构，它将所有交易数据的哈希值两两配对，再对哈希值进行哈希，层层递进，最终生成一个唯一的“根哈希”（Merkle Root）。
   • 区块链中的作用：
     • 高效验证：节点无需下载一个区块内的所有交易，只需下载Merkle Root和少量“证明路径”，就能快速验证某笔交易是否确实包含在该区块中，这极大地提高了同步效率和轻节点（如手机钱包）的可行性。
     • 数据完整性：如果区块内任何一笔交易被篡改，都会导致Merkle Root发生改变,从而被节点轻易发现。

其他高级加密技术

随着区块链的发展，更复杂的加密技术也被引入，以解决性能、隐私和可扩展性问题。

1. 零知识证明

   • 核心思想：证明者可以向验证者证明一个论断是正确的，但在此过程中，不泄露任何关于该论断的具体信息（除了“论断是正确的”这一事实本身）。
   • 应用案例：
     • Zcash (ZEC)：使用 zk-SNARKs 技术，允许用户进行完全匿名的交易，只证明“我拥有足够的余额进行这笔交易”，而不透露我的地址、接收方地址或交易金额。
     • 以太坊：正在通过 zk-Rollups 等技术将ZKP用于Layer 2扩容，它可以在链下处理大量交易，然后生成一个ZKP，向主网证明这些交易是合法的，从而将大量计算从主网移除,大幅提升吞吐量。

2. 同态加密

   • 核心思想：允许对密文直接进行计算,得到的结果解密后与对明文进行相同计算的结果一致。
   • 潜在应用：这是区块链隐私保护的“圣杯”，如果实现，第三方可以在不看到用户原始数据（如个人信息、交易金额）的情况下，对这些加密数据进行计算（如统计、验证）,目前仍在研究和早期应用阶段。

3. 格基密码学

   • 核心思想：基于高维空间中“格”问题的困难性,被认为是抗量子计算攻击的候选方案之一。
   • 应用案例：
     • Grin Mimblewimble 协议：使用一种称为“机密交易”的技术，通过格基密码学隐藏交易金额，同时保证交易总量的平衡,实现了极高的隐私性。
     • 量子抗性：随着量子计算的发展，目前的非对称加密（如基于椭圆曲线的算法）可能被破解，许多新兴项目正在研究和部署基于格基、哈希等抗量子攻击的密码学算法。

这些加密技术相互结合，共同构建了区块链去中心化、安全、透明且不可篡改的信任基石。