比特币是世界上第一种成功的加密货币，之前的尝试都没有像比特币这样有效解决有关货币的各种问题。
比特币本身是密码学发展的产物，利用了密码学中的很重要的“单向散列函数”以及数字签名两大技术来构建，今天我们来集中精力讲解单向散列函数的5种重要的特性，以及比特币挖矿相关的技术原理。
下面我们先讲哈希函数的特性：
单向散列函数，也就是通俗叫的哈希函数。
第一个特点：输入可以任意长度，输出是固定长度
哈希函数不用知道输入信息代表的是什么意思，也无所谓信息的长度有多长，只要输入hash函数出来的都是固定长度的比特值。比如非常有名的SHA256?哈希函数，输入任何值出来的都是256比特的0和1.?输入一本《三国演义》或者仅仅输入一个字母a，出来的都是256位比特长度的数据。
第二个特点：计算hash值的速度比较快?
报告：预计到2031年全球比特币矿机市值将达17亿美元:5月5日消息，根据ResearchAndMarkets发布的报告，全球比特币挖矿硬件市场2021年市值为5.2891亿美元，预计到2031年将达到17亿美元，从2022年到2031年的复合年增长率为12.6%，主要市场参与者包括：BetterHash、Bitcoin Merch、BITMAIN Technologies Holding Company、CoinDesk、Compass Mining, Inc.、niceHash、Zipmex、CoinWarz、StormGain、BIOSTAR Group。[2023/5/5 14:45:35]
这一点经常被大家所忽略，似乎是习以为常的东西就不去在意，其实这一点同样重要，因为单向哈希的计算很快，才能保证加密或者验证的速度。
第三个特点，防碰撞特性
行情 | 比特币全网实时算力为63.68 EH/s:据Tokenview数据显示，截至今日十点，比特币全网实时算力为63.68 EH/s，较昨日下降3.68%；以太坊全网算力为182.54 TH/s，较昨日上涨1.24%；莱特币全网算力为481.81 TH/s，较昨日上涨4.73%。当前比特币全网待确认交易笔数6047笔，交易费中位数0.97美元。[2019/7/31]
X≠y，H=H(y)?输入空间远远大于输出空间，比如256位的哈希值指的就是输出空间是2^256这么多，输入是无限可能的，输出是固定长度。
但是，目前没有找到没有好的方法去找出一个x能得到H等于右边的值。
遍历所有输入的可能能去找到这个值，叫做brute-force暴力破解吗，也就是现在矿机所谓的“哈希碰撞”这个词的来源。
哈希防碰撞用处是保证上传和下载的数据是一样的，就是改一点点出来的结果差很多。举个例子，你输入的信息是一部《红楼梦》，然后你在红楼梦的第100页的第五句话把一个逗号改成句号，然后输出的hash值就完全不同了。这就是哈希函数一个非常重要的特性。
行情 | 比特币持续回落 一度跌破10300美元:据Huobi数据显示，比特币持续回落，一度跌破10300美元，现报10364美元，行情波动较大，请注意风险控制。[2019/7/19]
但是collisionresistance目前没有数学证明这个碰撞不会发生，MD5就是最好的例子，之前是很安全的，但是后来找到了破解方法。
第四个特点：隐藏性或者叫做单向性
哈希函数的计算过程是单向不可逆的。x推出H，但是反推没有法子，也就是说，哈希值没有泄露输入的x的信息。也就是说x的信息被隐藏了起来，这也就就是隐藏性。
输入空间要足够大，取值是均匀的，这样就很难暴力破解。
利用第三和第四个特性可以做出很有趣的应用场景。
比如预测一个事情。现实世界中预测和结果很多时候是有微妙的关系的，比如三国时期，曹操专门去找当时的人物品鉴专家许劭，让他看看自己是什么材料，许劭评价曹操是“治世之能臣，乱世之奸雄”，这个很难说他评的准不准，或许因为这个评语，影响了曹操的心理，他就朝这个方向发展了，就成了自我验证的预言了。所以，很难判断预测是否真的准。
现场 | 快的”打车创始人陈伟星：比特币价格可能还会再跌50%:金色财经现场报道，11月20日，泛城控股、泛城资本董事长，“快的”打车创始人陈伟星在“2018区块链新经济杭州峰会”第二天的会议现场以“价值互联，传输万物”为主题进行了演讲。他在演讲中说，当前熊市已经非常严重，但是他认为比特币以后可能还会再跌50%，到那时候70%的项目都“死”。他还说，区块链领域的工作人员的工资也可能再跌20%，而且不能再像以前一样轻轻松松就能赚到钱。[2018/11/20]
更简单例子是，有影响力的股评师，今天预测一下明天的股价是不是增长，那么，他如果公开表明币价，可能会影响币价。
所以如何表明他确实很准确呢？让他把股评信息写到纸上，或者存到电脑里，但是要求是第二天开盘后，不能偷偷修改内容，这样就不用担心预测影响股价了。那么现在需要做的只是一件事儿：保证他没有篡改自己已经写好的内容。
WWWFX的联合创始人发表声明称 宁愿自己的薪水是比特币:Kinetics Internet Fund(WWWFX)的联合创始人兼投资组合经理彼得?多伊尔(Peter Doyle)发表令人震惊的声明称:“现在，我宁愿我的薪水是比特币，也不愿用美元做薪水。”[2018/1/8]
那么，可以用hash算法，预测的结果是x，对x?哈希函数一下，公布hash值，第二天收盘再把x放出来，如果你改了昨天的数据，hash就变了。所有人都可以用hash算一下这个x和昨天公布的hash值进行对比。
实际情况下，实际的输入空间不是很大，输入不够随机，担心有人对上升下跌这样的词汇语句进行组合排列，找到这个x，为了保证安全性，会加入一个nonce随机数，公式表达如下。
H?nonce是一个随机数
意思就是预测的结果信息x后面加个随机数，一起得到hash。
第五点：谜题友好
就是说看x不知道H是什么？这个无法从输入数据，判断到底输出是什么样子。就是说，知道输入的信息，无法一眼看出来输出的hash值是什么，谜题友好性值得就是这一点：你无法通过控制输入值x来获得想要的输出值H
所以，综合隐藏性和谜题友好性两个特点，知道输入信息也不知道哈希值是什么，可以很快算出来，但是无法预先判断；知道哈希值也不能知道输入值是什么，反向计算是非常非常困难的，只能暴力破解。
所以如果你想要输出的值落在某一个范围里，比如小于某个数值，计算机只能一个一个去试去猜答案，看哪个输入算出来的输出值正好是落在你想要的范围内。
你要得到一个hash值前面K位是0。你无法知道怎么得到前面是这么多0的x。
挖矿就是找nonce，就是这个随机数。
H≤target
这就是比特币挖矿的基本原理，就是哈希碰撞去找到这个nonce，让他小于一个target。Blockheader就是区块头包括的信息都是所有矿工都知道的信息，所以大家竞争的是谁先猜出来nonce。
备注：在二进制的世界里，因为每一位比特都是0或者1，所以比大小，就是比前面的0的数量，前面32位是0，自然小于前面31位是0，这个target的所谓比大小也就是限定个范围，因为sha256出来的数字都是256位的二进制数字，比谁前面的0多是很方便的划定结果值的区域的方式。这一点大家忽略的人很多，其实是一个很基础的数学知识，值得注意。
挖矿的基本思想就是来自上述的信息。在比特币中的挖矿的过程里实际上就是去找nonce也就是确定了输出范围后，去找输入的值。H≤target
当输入的值进行hash运算后得到的值符合target的范围，比如说前面35个0就可以了，你猜出来的值输入后得到hash值前面40个都是零，那么肯定符合要求，实际上前面35个0就满足条件了嘛。
然后你把这个信息公布出去，别的矿工看到你的nonce值，也去hash一下，很快就知道你这个nonce是合适的，可以满足target的要求。这里就用到了哈希函数的计算速度快的特性。
本文总结了单数散列函数也就是哈希函数的特性，这就是很多区块链应用的基础以及比特币加密挖矿的基本原理。文章开头说过，比特币运用的密码学除了函数函数，还有一个非常重要的内容是：数字签名。这个我们很快就会讲到。
目前世界上所谓的区块链落地应用，其实有时候用的是比特币的数据结构，有时候用的是UTXO模型来结算。有的时候说是溯源，有的时候说是合约。很多的应用出来，不管是什么样的概念，多数都要用到哈希函数，利用哈希函数5种特性中的一部分。
随着文章讲解的深入，关于比特币，关于行业的信息都在展开，慢慢的大家更能明白，为什么说哈希函数是比特币和区块链行业的基础了。
作者：村头二旧
郑重声明： 本文版权归原作者所有， 转载文章仅为传播更多信息之目的， 如作者信息标记有误， 请第一时间联系我们修改或删除， 多谢。