区块链技术以其去中心化、不可篡改、可追溯的特性，正深刻改变着金融、供应链、医疗、政务等领域的运作模式，而这些特性的实现，离不开密码学的底层支撑，可以说，密码技术是区块链的“基因”，它通过数学算法解决了分布式系统中的信任问题，让陌生节点能够在无中心机构协调的情况下，建立安全、可信的数据交互通道,本文将深入探讨区块链中应用的核心密码技术及其作用机制。
哈希函数：区块链的“数据指纹”
哈希函数是区块链中最基础、应用最广泛的密码技术，它将任意长度的输入数据转换为固定长度的输出字符串（哈希值），且具备三个关键特性：单向性（无法从哈希值反推原始数据）、抗碰撞性（几乎不可能找到两个不同输入产生相同哈希值）、确定性（相同输入必然产生相同输出），在区块链中，哈希函数主要用于以下场景：
区块链数据的完整性保障
每个区块头都包含前一个区块的哈希值，通过这种方式将区块串联成“链”，一旦某个区块的数据被篡改，其哈希值会发生变化，后续所有区块的哈希值均需重新计算，这篡改行为会被网络节点迅速发现，从而确保数据不可篡改，比特币的SHA-256算法会将区块头（包含版本号、前一区块哈希、默克尔根、时间戳、难度目标、随机数）计算为一个256位的哈希值，作为区块的唯一标识。
默克尔树：高效验证数据完整性
当区块包含大量交易数据时，直接存储所有交易的哈希值会占用过多空间，默克尔树（Merkle Tree）通过哈希函数构建树形结构，将所有交易的哈希值两两配对并计算父节点哈希值，最终汇总至根节点（默克尔根），这样，只需验证默克尔根，即可确认整个区块内交易的有效性，无需遍历所有数据，以太坊中，轻量级节点只需下载默克尔根，即可通过验证特定交易的哈希路径来确认交易是否存在于区块中，大幅提升了效率。
非对称加密：区块链的“安全通行证”
非对称加密采用“公钥-私钥”密钥对，公钥公开用于加密或验证签名，私钥保密用于解密或生成签名，这一技术解决了区块链中身份认证和授权的核心问题，主要应用于以下场景：
数字签名：确保交易的真实性与不可否认性
区块链中的每一笔交易都需要发起者用私钥对交易数据进行签名，接收方则通过发起者的公钥验证签名，签名过程确保了交易数据的完整性（未被篡改），且私钥仅由用户掌握，防止了抵赖行为，比特币用户发送比特币时，需用私钥对交易哈希值进行签名（ECDSA算法），矿工在打包交易前会验证该签名，确保交易合法。
地址生成：隐藏身份的同时保证可追溯性
区块链地址（如比特币地址）是由公钥通过哈希函数生成的字符串，类似于“银行账号”，但与用户真实身份无关，用户只需公开地址即可接收资产，而私钥则控制地址的资金使用权，这种“公钥-地址”的映射关系，既保护了用户隐私，又通过区块链的公开可追溯性实现了资产的透明管理。
共识机制：分布式系统的“信任引擎”
共识机制是区块链节点在分布式环境下就“哪个区块有效”达成一致的算法，本质上是通过密码学规则解决“拜占庭将军问题”（即如何在存在恶意节点的情况下实现共识），常见的共识机制及其密码学应用包括：
工作量证明（PoW）：算力即投票
PoW要求节点（矿工）通过大量哈希运算（如比特币的SHA-256碰撞）找到一个满足特定条件的随机数（Nonce），第一个找到的节点获得记账权，这一过程依赖哈希函数的“不可预测性”，使得算力成为唯一可信的竞争要素，恶意节点需掌握全网51%以上算力才能篡改账本，成本极高。
权益证明（PoS）：权益即信任
PoS通过验证节点（验证者）质押的代币数量（权益）和质押时间来分配记账权，取代了PoW的算力竞争，其核心密码学技术包括“随机数生成”（确保验证者选择的随机性）和“签名验证”（确保验证者按规则记账），以太坊2.0采用PoS，验证者需质押至少32个ETH，并通过BLS签名算法对区块进行签名，若恶意行为（如双签）会被扣除质押金，形成经济约束。
实用拜占庭容错（PBFT）：多节点投票共识
PBFT适用于联盟链，通过多轮节点间的密码学签名（如RSA、ECDSA）达成共识，在3f+1个节点中，最多允许f个恶意节点存在，节点通过“预准备-准备-确认”三阶段签名，确保所有 honest 节点对有效区块达成一致，PBFT的优势是共识延迟低（秒级确认），但扩展性较弱，适合节点数量有限的场景。
零知识证明：隐私保护的“隐形盾牌”
零知识证明（ZKP）允许证明者向验证者证明“某个陈述为真”，但无需透露除陈述本身外的任何信息，这一技术解决了区块链“公开透明”与“隐私保护”的矛盾，主要应用于隐私交易和可扩展性方案：
隐私交易：隐藏金额与地址
在比特币等公链中，所有交易金额和地址都是公开的，导致资金流向可被追踪，Zcash采用“zk-SNARKs”（零知识简洁非交互式知识证明），允许用户证明“交易输入合法（如拥有足够的UTXO）且输出不大于输入”，但无需透露具体金额和地址，用户可通过zk-SNARKs证明“我从地址A向地址B转了X BTC，且X≤我的UTXO总额”，而网络仅验证该证明的有效性，不泄露A、B、X的具体信息。
可扩展性方案：减少链上数据验证
以太坊等公链因需验证所有交易数据，导致性能瓶颈，ZKP可将大量计算过程压缩为简洁证明，验证者仅需检查证明即可确认交易合法性，无需重复计算，zkRollup将数千笔交易打包成一个ZKP提交至链上，链上只需验证该证明，即可确认所有交易有效，将交易吞吐量提升数十倍。
同态加密：数据“可用不可见”的技术探索
同态加密允许对密文进行特定运算（如加法、乘法），运算结果解密后与对明文进行相同运算的结果一致，这一技术有望实现区块链上的“数据隐私计算”，在医疗数据共享中，医院可将患者数据加密后存储在区块链上，第三方机构可在不解密的情况下对密文进行分析（如疾病统计），分析结果解密后得到明文结论，而原始数据始终不被泄露，同态加密已在部分联盟链场景中试点，但计算开销较大，仍是未来研究方向。
从哈希函数的数据锚定，到非对称加密的身份认证，从共识机制的信任构建，到零知识证明的隐私保护，密码技术是区块链实现“去信任化”的核心支柱，这些技术相互配合，既保障了区块链数据的不可篡改和可追溯性，又通过隐私计算、可扩展性方案等创新，推动区块链从“可信账本”向“可信计算平台”演进，随着量子计算对现有密码体系的挑战，抗量子密码学（如格密码、哈希签名）等新技术也将融入区块链生态,持续为数字世界的信任机制筑牢防线。