哈希（Hash）的定義

什麼是哈希？

哈希是一種將任何類型資料輸入，透過一套公開規則進行運算，產生固定長度「指紋」（即哈希值）的過程。哈希運算不需要金鑰，主要用於身分識別與資料驗證，而不是還原原始輸入內容。

你可以將它想像成為檔案「採集指紋」。相同輸入總會產生相同的哈希值，即使只改變一個字元，結果也會完全不同。例如，對「abc」進行 SHA-256 運算會得到： SHA-256("abc") = ba7816bf8f01cfea...（64 位十六進位字串）。 若輸入改為「A bc」（首字母大寫），哈希結果將完全不同。

哈希在區塊鏈中的重要性

哈希讓鏈上資料能被快速識別、引用與驗證，是交易ID、區塊索引以及共識機制的基礎。沒有哈希，資料是否遭到竄改將難以確認。

在區塊鏈網路中，每筆交易都有唯一的交易哈希（TxID），類似於宅配單號。區塊也有自己的區塊哈希，節點可高效定位與驗證區塊內容。例如，在 Gate 的充值紀錄中，TxID 就是鏈上交易的哈希值，使用者可據此查詢狀態或追蹤資金流向。

哈希同時也是共識流程的核心。在工作量證明網路中，哈希設定了難度目標，確保新產生區塊需要真實算力，從而防止惡意偽造區塊。

哈希函數的核心特性

哈希函數具備四大核心屬性：確定性、固定長度、高度敏感（雪崩效應）、抗原像性。這些特性共同確保「指紋」的實用性與安全性。

• 確定性：相同輸入必定得到相同輸出。
• 固定長度：不論輸入大小，輸出長度始終一致，便於儲存與比對。
• 雪崩效應：即使只改變一個字元，哈希值也會產生巨大變化。
• 抗原像性：僅憑哈希值，幾乎無法還原原始資料，適合校驗但無法還原內容。

「碰撞」也是重要概念：不同輸入產生相同哈希值。強大演算法可大幅降低碰撞機率。歷史上，MD5 與 SHA-1 已被證實存在實際碰撞（2017 年 Google 與 CWI 展示 SHA-1 碰撞）。因此，現代區塊鏈與安全應用更傾向採用 SHA-256、Keccak-256、SHA-3 或 BLAKE2。

哈希在工作量證明中的應用

在工作量證明（PoW）系統中，礦工會反覆對區塊頭進行哈希運算，直到找到小於全網難度目標的哈希值，以證明投入了足夠算力。

1. 礦工收集交易並建構區塊頭，區塊頭包含時間戳、前一區塊哈希、默克爾根等資料。
2. 調整一個可變參數Nonce，計算區塊頭哈希。
3. 若結果低於難度目標，則區塊有效；否則繼續調整 Nonce 重試。
4. 一旦找到有效區塊，廣播至全網，其他節點可用相同哈希規則快速驗證其有效性。

截至 2025 年，比特幣仍以 SHA-256 為核心哈希演算法，網路難度會動態調整，以維持區塊產生間隔穩定。

哈希與默克爾樹的關係

默克爾樹利用哈希函數將一組交易壓縮為單一「根指紋」——默克爾根。如此一來，節點無需下載全部交易即可驗證某筆交易是否包含於區塊中。

具體流程如下：

1. 每筆交易分別進行哈希，得到 h1、h2、h3、h4 等值。
2. 將哈希值兩兩組合（如 H12 = hash(h1||h2)，H34 = hash(h3||h4)）。
3. 依序向上合併，直到僅剩一個哈希值——默克爾根，並寫入區塊頭。

要驗證 t3 是否在區塊中，節點只需提供相關「路徑哈希」，無需下載整個區塊，即可透過簡單運算確認 t3 是否連接至相同的默克爾根。

哈希在日常檔案校驗中的應用

哈希函數可用於確認下載檔案的完整性與未被竄改。方法是計算本地檔案哈希值，並與官方參考值比對。

1. 從可信來源取得檔案及其官方哈希值（如SHA-256）。
2. 使用工具計算本地哈希：
   • Linux 或 macOS 終端機：sha256sum 檔案名稱
   • Windows PowerShell：Get-FileHash -Algorithm SHA256 檔案路徑
   • 或使用 OpenSSL：openssl dgst -sha256 檔案名稱
3. 將結果與官方值比對。若一致則檔案可信，否則建議重新下載或檢查來源。

這項校驗流程是錢包備份、節點軟體分發、智慧合約檔案驗證等加密應用的標準操作。

哈希與加密的區別

哈希是不可逆的資料指紋產生過程；加密則是可逆的內容保護，需金鑰才能解密。兩者用途不同，適用場景也不一樣。

數位簽章通常採「哈希後簽名」流程：以私鑰對訊息哈希值進行數學簽章，驗證方使用你的公鑰驗證簽章有效性。這無法還原原始訊息，哈希僅用於標準化訊息長度以利簽名。

哈希的風險與演算法選擇

主要風險來自過時演算法與錯誤用法。MD5、SHA-1 已知存在碰撞漏洞，不適合用於安全關鍵場景。用於校驗和區塊鏈時，建議採用 SHA-256、Keccak-256、SHA-3 或 BLAKE2 系列。

截至 2025 年，比特幣採用 SHA-256，Ethereum 地址源自 Keccak-256，部分新專案則用 BLAKE2 或 SHA-3 以提升效能與安全性。

常見誤解是將哈希等同加密。哈希本身無法保障隱私，密碼儲存應結合「加鹽」（加入隨機字串）、多次迭代與存取控制。鏈上資產安全仰賴私鑰、權限與共識機制，而非僅靠哈希。

哈希要點總結

哈希為資料產生固定長度指紋，具備確定性、固定輸出長度、雪崩效應與抗原像性等特性，是區塊鏈交易ID、區塊索引與工作量證明協議的基礎。默克爾樹利用哈希將大量交易壓縮為可驗證的根，節點可高效確認資料歸屬。實務上，使用可信工具計算檔案哈希並與官方值比對，是日常數位安全的關鍵。採用現代演算法、避免混淆哈希與加密，有助於確保區塊鏈操作與本地校驗安全。

常見問題

為什麼只改一個字元，哈希值就會完全不同？

這是哈希的「雪崩效應」：輸入即使只改動 1 位，輸出哈希值也會產生巨大變化。例如，"hello" 和 "hallo" 經 SHA-256 處理後，256 位結果完全不同。這個特性確保竄改行為能被即時發現，是區塊鏈資料完整性驗證的核心機制。

同一資料多次哈希，結果總是一樣嗎？

是的——確定性是哈希的基本屬性。相同輸入資料用同一演算法（如 SHA-256）處理，結果始終一致。就像用同一個「魔法公式」處理相同原料，每次都能得到相同結果。這讓區塊鏈節點能獨立驗證交易真實性。

不同輸入有可能產生相同哈希值嗎？

理論上有可能，這稱為「哈希碰撞」。但對現代演算法如 SHA-256，找到碰撞幾乎不可能——大約需 2^128 次嘗試，遠超現有算力極限。因此，在實際區塊鏈應用中幾乎不會發生碰撞，但仍需注意未來量子運算對哈希安全的潛在威脅。

為什麼無法透過哈希值還原原始資料？

哈希函數是單向的，因為多個輸入可能對應同一輸出，且內部變換極度複雜。簡單來說，類似「打碎的雞蛋無法還原成完整蛋殼」。這個特性可保護密碼或私鑰等敏感資料，系統只需儲存哈希值，無需保留原文。

礦工挖礦時具體如何使用哈希函數？

礦工會不斷嘗試不同輸入（每次更改候選區塊中的隨機值），計算 SHA-256 哈希，直到找到滿足特定條件（如前導零數量）的結果。這就像買樂透——需要反覆嘗試直到「中獎」，但一旦找到，任何人都能輕鬆驗證。難度調整機制則會動態改變這些條件，從而控制平均出塊速度。