SHA-256

SHA-256 是一種雜湊演算法，能將任何輸入資料壓縮成固定 256 位元的「指紋」，輸出長度始終如一，且極難逆向還原成原始資訊。SHA-256 在比特幣挖礦、區塊鏈鏈接、交易集合的 Merkle 根生成、地址驗證，以及 API 簽章驗證等環節中，扮演著基礎性角色，有效確保資料的一致性與防篡改能力。SHA-256 於 2001 年由 NIST 標準化，目前在 Web3 領域廣泛用於快速比對與驗證，但其本身並不具備加密或隱私保護功能。

內容摘要

SHA-256是一種加密雜湊演算法，可以將任意長度的資料轉換為固定的256位元（32位元組）雜湊值。

Bitcoin區塊鏈使用SHA-256進行工作量證明挖礦與交易驗證，確保網路的安全性與完整性。

該演算法具有單向性和抗碰撞性，幾乎不可能反向還原原始資料或找到具有相同雜湊值的不同輸入。

SHA-256運算需要大量算力，這也是Bitcoin挖礦高能耗的主要原因。

什麼是 SHA-256？

SHA-256 是一種雜湊演算法，可將任何資料映射成固定長度的 256 位元「指紋」，用於驗證資料完整性。它無法還原原始資料，也不具備加密功能，唯一用途是持續產生可比對的指紋。

可以把雜湊想像成快照：相同的輸入永遠產生相同的指紋，即使只改變 1 位元，結果也會完全不同。這項特性讓網路節點能即時偵測資料遭竄改，成為區塊鏈信任的基石。

SHA-256 在 Web3 中為何重要？

SHA-256 在 Web3 領域極為關鍵，因為它以低成本實現一致性校驗與防篡改，確保區塊鏈帳本的完整性、節點同步與交易驗證。沒有可靠的雜湊演算法，去中心化網路將難以運作。

在鏈上，區塊透過引用前一區塊的指紋相互連結。對礦工而言，工作量證明仰賴反覆計算指紋。對用戶來說，錢包和交易訊息則透過雜湊比對來確保未遭竄改。這讓所有參與者能在無需互信的情況下驗證結果。

SHA-256 的運作原理是什麼？

SHA-256 會將輸入資料分段，經過多輪位元運算與混合（如旋轉、置換）處理，最終壓縮為 256 位元的輸出。它具備三大安全特性：抗碰撞性、抗原像性以及雪崩效應。

抗碰撞性代表極難讓兩個不同輸入產生相同的指紋。抗原像性則確保即使取得指紋，也幾乎不可能還原原始資料。雪崩效應指的是輸入哪怕微小變動，輸出也會完全不同。這些特性來自標準化設計。SHA-2 系列由 NIST 於 2001 年發布（2015 年更新為 FIPS PUB 180-4），截至 2025 年，尚無實際碰撞攻擊能威脅 SHA-256。

SHA-256 在比特幣中的應用

比特幣在工作量證明與區塊結構中皆採用 SHA-256。礦工不斷調整區塊頭的「nonce」值，反覆計算雜湊，直到指紋小於難度目標，該區塊才被認定為有效。

每個區塊頭都包含上一區塊的指紋，將區塊串聯起來，任何更動都會引發指紋連鎖變化，幾乎無法偽造。交易則透過Merkle 樹聚合——將交易指紋逐層整合為單一「根雜湊」，寫入區塊頭，方便快速驗證交易。自 2009 年比特幣上線以來，這一流程始終依賴 SHA-256。

SHA-256 如何應用於錢包地址與交易驗證？

錢包地址常見作法是先對公鑰進行雜湊，再加上校驗碼。例如在比特幣中，地址校驗碼會將版本號加雜湊資料做兩次 SHA-256，取前 4 位元組產生——有助於偵測輸入錯誤，避免資金誤轉。

交易驗證時，節點會對交易資料計算指紋以校驗一致性。任何欄位變動都會立即改變指紋，節點據此拒絕該交易或將其視為不同對象。這種比對完全依賴運算，無需中心化第三方。

SHA-256 在 Gate 平台的應用場景

在交易所情境下，SHA-256 通常用於 API 簽章與資料校驗。多數平台採用「HMAC-SHA-256」或類似方案進行 API 簽章（HMAC 即帶密鑰雜湊），確保只有密鑰持有人能產生有效簽章。與 Gate API 互動時，必須依 Gate 文件規範，利用加密雜湊函數與指定格式產生、驗證簽章。

此外，後端系統會對充值紀錄、檔案或訊息計算指紋，即時偵測資料異常。例如，檔案上傳後產生並比對其 SHA-256 指紋，以確保傳輸完整性。簽章與校驗正確實作，對資金安全至關重要。

如何在專案中計算並整合 SHA-256？

步驟 1：定義輸入資料。明確要 pipeline 的原始文字、二進位檔案或結構化訊息，並確保編碼一致。

步驟 2：選擇工具或函式庫。常見方式包括 Linux 下的「sha256sum」，或 Python 的 hashlib、Node.js 的 crypto 模組等語言函式庫。

步驟 3：計算並儲存指紋。結果雜湊通常以十六進位表示，並與原始資料一併記錄備查。

步驟 4：執行一致性校驗。接收方對相同輸入再雜湊，指紋一致代表資料未變，不一致則觸發拒絕或警示。

步驟 5：簽章時採用 HMAC-SHA-256。將密鑰與訊息依文件規範組合，計算簽章，伺服器按相同規則驗證，防止偽造或竄改。

SHA-256 與 SHA-1、SHA-3 及其他演算法有何不同？

SHA-256 屬於 SHA-2 系列，安全性遠高於已被攻破的 SHA-1。SHA-3（基於Keccak）採用完全不同的設計，對結構性攻擊有更強防禦力，並於新系統中逐步推廣。BLAKE2/BLAKE3 則專注於高效能場域下的速度與平行運算。

在區塊鏈生態中，許多早期平台（如比特幣）因歷史與相容性需求選擇 SHA-256；新專案則可依需求選用 SHA-3 或 BLAKE 系列。演算法選型時應綜合考慮標準化、生態支援與效能特性。

使用 SHA-256 應避免哪些風險與迷思？

迷思 1：將 SHA-256 當作加密演算法。雜湊不會隱藏資料，只產生指紋。敏感資訊必須加密保護。

迷思 2：僅用 SHA-256 儲存密碼。密碼儲存必須加「鹽」（每組密碼唯一的隨機值）並結合 PBKDF2、Argon2 等拉伸演算法，降低被猜測風險。

迷思 3：忽略長度擴展攻擊。原生 SHA-256 不適合訊息認證，必須用 HMAC-SHA-256 防止攻擊者在不知密鑰情況下擴展訊息。

迷思 4：忽略密鑰管理與實作細節。API 簽章時，密鑰外洩或參數拼接錯誤都可能導致資產風險。務必遵循 Gate 文件，限制密鑰權限並定期更換。

量子運算：理論上可能降低原像搜尋難度，但目前對實際應用影響有限。對金融系統而言，合規的密鑰管理與正確實作才是當前首要任務。

總結：關於 SHA-256 的核心要點

SHA-256 透過固定長度指紋實現資料一致性校驗與防竄改，是區塊鏈信任的根本。它廣泛應用於比特幣的工作量證明、區塊連結、交易驗證、地址校驗和 API 簽章。各場景應選擇合適方法：校驗用雜湊，認證用 HMAC，密碼儲存需加鹽並拉伸，遵循平台文件並落實密鑰安全。隨著標準與生態發展，SHA-256 仍是可預見未來 Web3 體系的穩定核心。