正式进入到区块链的入门学习，之后会连续更区块链的相关笔记。Reader此次分享的是肖臻老师《区块链技术与应用》公开课的第一讲。本讲主要设计BTC中的「密码学原理」相关知识，包括哈希和签名两个功能。
哈希函数
密码学中用到的哈希函数被称为cryptographic hash function，它有两个重要的性质:「collision resistance」和「hiding」以及「puzzle friendly」。
collision resistance
这里指哈希碰撞，例如给定两个数x和y，当x≠y时存在H(x)=H(y)，就是两个不同的输入，输出却是相等的，这就称哈希碰撞。哈希碰撞是不可避免的，因为输入空间远远大于输出空间。哈希碰撞无法人为制造，无法验证，是根据实践经验得来的，无法用数学理论证明出来。就是说给出x，很难找到y，使得两者的哈希值相同，除非「蛮力求解」(brute-force)，但基本上是不可能求解出来的。
该性质的作用:对一个message求digest。比如message取m,m的哈希值是H(m)=digest,如果有人想篡改m值而H(m)不变，则无法做到,篡改之后一定会被发现。可以用到实际，比如文件修改或者上传，计算哈希值并保存，查看前后两个哈希值是否相同。当哈希碰撞能够人为制造的话，哈希函数就失去了意义，比如MD5已经能够人为的制造哈希碰撞。
hiding
讲的是哈希函数的计算过程是单向的，不可逆的，从H(x)无法推导出x。hiding性质前提是输入空间足够大，分布比较均匀。如果不是足够大，一般在x后面拼接一个随机数，如H(x||nonce)。
该性质的作用:和collision resistance结合在一起，用来实现digital commitment(又称为digital equivalent of a sealed envelope)。
比如进行结果预测的时候，如果提前将预测结果公布，就会导致人们可以做出选择，来推动结果的走向，如何在不公布结果而又验证自己预测的结果是否正确，把预测结果作为输入x，算出一个哈希值，将哈希值公布，之后再将实际结果进行求取哈希值，并比较，hiding让人们知道哈希值而不知道预测值，最后再将x公布，因为有collision resistance的性质，预测结果是不可篡改的，也而已保证可信度。
puzzle friendly
除了密码学中要求的这两个性质外，比特币中用到的哈希函数还有第三个性质，也就是puzzle friendly，指的是哈希值的预测事先是「不可预测」的。就是在进行输入时，输入的值是无法进行预测的，例如如哈希值是00...0XX...X组成，事先无法知道哪个值更容易算出这个结果，还是要一个一个测试寻找输入值。
比如，比特币挖矿的过程中实际就是找一个nonce，block header指块头，块头里有很多域，其中一个域是我们可以设置的随机数nonce，nonce跟区块的块头里的其他信息合一起作为输入，得出的哈希值要小于等于某个指定的目标预值。H(block header)≤target。挖矿的过程是不停的试「随机数」，使得block header取哈希后落在指定的范围之内。
puzzle friendly是指挖矿过程中没有捷径，为了使输出值落在指定范围，只能一个一个去试。所以这个过程还可以作为工作量证明(proof of work)。挖矿很难，验证很容易，就是在找到nonce时，直接进行哈希值计算就可以比较。
比特币中用的哈希函数叫作SHA-256(secure hash algorithm)以上三个性质它都是满足的。
签名
加密体系
对称加密：人之间信息的交流可以利用密钥(encryption key)，A将信息加密后发给B，B收到后用密钥解密，因为加密和解密用的是「同一个密钥」，所以叫对称加密。
对称加密安全的前提是有渠道可以安全地把密钥分发给通讯的双方。因此对称加密的缺点就是密钥的分发不方便，因为在网络上很容易被窃听。
非对称加密：非对称密钥是用一对密钥而「不是一个」，加密用公钥，解密用私钥，加密和解密用的都是接收方的公钥和私钥。
加密体系完成签名
在进行交易的时候，公钥是不用保密的，私钥要保密但是私钥只要保存在本地就行，不用传给对方，而公钥可以公开，在进行交易的时候，个人采用私钥对信息进行签名，其他人采用公钥进行验证签名。
账户管理
其他有中心化的系统中，可以找一个权威的第三方实现账户的开户，但在比特币系统中是去中心化的，所以第三方不太现实，比特币系统中开账户，就是在本地创立一个公私钥对，这就是一个账户。公私钥匙对是来自于「非对称的」加密技术。
公钥相当于银行账号，别人转账只要知道公钥就行，私钥相当于密码，知道私钥可以把账户上钱转走。同时在进行信息发布的时候公钥和私钥用来签名。
例如A想向B转10个比特币，A把交易放在区块链上，别人怎么知道这笔交易是A发起的呢?这就需要A要用自己的私钥给交易签名，其他人收到这笔交易后，要用A的公钥去验证签名。签名用私钥，验证用公钥，用的仍然是「同一个人」的。
同时结合哈希函数的特性可知，创建账户产生相同公私钥的可能性微乎其微，因此大量创建账户来窃取其他人账户是不可行的。
但前提是在产生公私钥时有一个好的「随机源」，好的随机源情况下产生公私钥是随机的，但如果随机源不好，就有可能产生相同的公私钥，造成安全问题。
比特币中用的签名算法，不仅是生成公私钥的时候要有好的随机源，之后每一次签名时也要有好的随机源。因为只要有一次签名用的随机源不好的话，就有可能泄露私钥。
