区块链技术的一个重要组件是将哈希函数用于许多操作。哈希是一种将哈希函数应用于数据的方法，其为几乎任何大小的输入（例如，文件，文本或图像）计算相对独特的输出（称为消息digest，或仅仅是digest）。它允许个人独立地获取输入数据、散列数据并得出相同的结果 - 证明数据没有变化。即使对输入的最小改变（例如，改变单个位）也将导致完全不同的输出。表1显示了这方面的简单例子。



 

哈希函数具有以下重要的安全属性：

1. 它们具有逆向抗性。这意味着它们是单向的; 在给定一些输出值的情况下计算正确的输入值在计算上是不可行的（例如，给定digest，找到x使得hash（x）=digest）。
2. 它们具有第二逆向抗性。这意味着无法找到哈希到特定输出的输入。更具体地，设计哈希函数以便在给定特定输入的情况下，找到产生相同输出的第二输入（例如，给定x，找到y使得hash（x）=hash（y））在计算上是不可行的。可用的唯一方法是穷举搜索输入空间，但这没有任何成功的可能。
3. 它们具有抗冲击性。这意味着找不到两个散列到同一输出的输入。更具体地，找到产生相同digest的任何两个输入在计算上是不可行的（例如，找到hash（x）=hash（y）的x和y）。

这意味着有2²⁵⁶≈10⁷⁷，或115,792,089,237,316,195,423,570,985,008,687,907,853,269,984,665,640,564,039,457,584,007,913,129,639,936可能的digest值。SHA-256的算法以及其他算法在联邦信息处理标准（FIPS）180-4 ^[中规定。NIST Secure Hashing网站包含所有NIST批准的散列算法的FIPS规范。

由于存在无限数量的可能输入值和有限数量的可能输出digest值，因此很可能发生冲突，其中hash（x）= hash（y）（即两个不同的哈希值）输入产生相同的digest）。据说SHA-256具有抗冲突能力，因为要在SHA-256中发现碰撞，人们必须平均执行该算法大约2¹²⁸次（即340次无衰减，或者更确切地说是340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456;大约3.402 x 10³⁸） 。

从这个角度来看，2015年整个比特币网络的哈希率（每秒哈希值）为每秒300万亿哈希（300,000,000,000,000,000 / s）。按照这个速度，整个比特币网络需要大约35,942,991,748,521（大约3.6 x 10¹³）年来制造碰撞（注意宇宙估计为1.37 x 10¹⁰年）。即使产生相同digest的任何此类输入x和y，两个输入也很可能在区块链网络的上下文中无效（即，x和y都是有效的事务）。

在区块链网络中，哈希函数用于许多任务，例如：

• 地址推导。
• 创建唯一标识符。
• 保护块数据 - 发布节点将对块数据进行哈希，创建将存储在块头中的digest。
• 保护块头 - 发布节点将对块头进行哈希。如果区块链网络使用工作证明共识模型，则发布节点将需要使用不同的随机数值对块头进行哈希，直到满足拼图要求为止。当前块头的散列digest将包含在下一个块的头中时，它将保护当前块头数据。

区块链技术中使用了许多哈希函数族（SHA-256不是唯一的），例如Keccak（由NIST选择作为创建SHA-3哈希标准的竞赛的获胜者），以及作为RIPEMD-160。