區塊鏈使用多種機制來保護安全，其中包括先進的加密技術以及行爲和決策的數學模型。區塊鏈技術是大多數加密貨幣系統的底層結構，可以防止這種數字貨幣被複制或破壞。

區塊鏈技術的使用也在資料不變性和安全性非常重要的其他領域進行探索。一些例子包括記錄和追蹤慈善捐贈、醫療資料庫和供應鏈管理的行為。

然而，區塊鏈技術的安全性遠非一個簡單的話題。因此，了解確保這些創新系統得到可靠保護的基本概念和機制非常重要。


不變性和共識的概念

雖然許多功能在與區塊鏈相關的安全性中發揮著重要作用，但其中最重要的兩個是共識和不變性的概念。共識是指分散式區塊鏈網路中的節點對網路真實狀態和交易有效性達成一致的能力。通常，達成共識的過程取決於所謂的共識演算法。

另一方面，不變性是指區塊鏈防止已經確認的交易被更改的能力。雖然這些交易通常涉及加密貨幣的轉移，但它們也可以指其他不太安全形式的數位資料的記錄。

共識和不變性的結合為區塊鏈上的資料安全提供了基礎。雖然共識演算法確保遵循系統規則並且所有參與者都同意網路的當前狀態，但不變性確保了在每個新區塊被確認有效後資料和記錄交易的完整性。


密碼學在區塊鏈安全中的作用

區塊鏈嚴重依賴加密技術來確保資料安全。在這種情況下極為重要的一個加密功能是雜湊。雜湊是一個過程，其中稱為雜湊函數的演算法接受輸入（任意大小）並傳回包含固定長度值的特定輸出。

無論資料輸入的大小如何，輸出的長度始終相同。如果輸入改變，輸出將完全不同。但是，如果輸入資料不變，則無論運行雜湊函數多少次，生成的雜湊值都將始終相同。

在區塊鏈中，輸出值稱為雜湊值，它用作資料區塊的唯一識別碼。每個區塊的雜湊值是相對於前一個區塊的雜湊值產生的，這就是將它們連接在一起形成區塊鏈的原因。此外，區塊的雜湊值取決於該區塊中包含的數據，這意味著對資料的任何變更都需要更改該區塊的雜湊值。

因此，每個區塊的雜湊值是根據該區塊中包含的資料和前一個區塊的雜湊值產生的。這些哈希標識符在確保區塊鏈的安全性和不變性方面發揮著重要作用。

哈希也用於用於驗證交易的共識演算法。例如，在比特幣區塊鏈上，用於達成共識和挖掘新硬幣的工作量證明（PoW）演算法使用 SHA-256 哈希函數。顧名思義，SHA-256 接受並傳回 256 位元或 64 個字元的雜湊資料。

除了提供安全性和在分類帳上記錄交易之外，密碼學還在確保用於儲存加密貨幣單位的錢包的安全方面發揮作用。配對的公鑰和私鑰分別允許用戶接收和發送付款，是使用非對稱加密或公鑰加密技術創建的。公鑰用於產生交易的數位簽名，從而允許驗證發送的硬幣的所有權。

雖然細節超出了本文的範圍，但非對稱加密的本質阻止私鑰所有者以外的任何人訪問存儲在加密貨幣錢包中的資金，從而保證這些資金的安全，直到所有者決定花費它們（如只要私鑰沒有被共享）或沒有洩漏）。


加密經濟

除了密碼學之外，一個相對較新的概念——密碼經濟學也在維護區塊鏈網路的安全方面發揮著重要作用。這源自於一個被稱為博弈論的研究領域，該領域以數學方式模擬參與者在各種情況下根據預先確定的規則和獎勵做出的理性決策。雖然傳統的博弈論可以廣泛應用於各種情況，但加密經濟學專門建模和描述分散式區塊鏈系統中節點的行為。

簡而言之，加密經濟學是對區塊鏈協議的經濟學及其設計根據參與者的行為提供的可能結果的研究。加密經濟的安全性基於這樣的理念：區塊鏈系統為節點誠實行事提供了比惡意或錯誤行為更多的誘因。比特幣挖礦中使用的工作量證明共識演算法就是這種激勵結構的一個很好的例子。

當中本聰創建比特幣挖掘框架時，它被專門設計為一個昂貴且資源密集的過程。由於其複雜性和計算要求，PoW 挖礦需要大量的金錢和時間投入，無論挖礦節點位於何處以及如何定位。因此，這樣的結構對惡意活動具有強大的威懾力，對誠實挖礦具有重要的激勵作用。不誠實或低效的節點將很快從區塊鏈網路中刪除，而誠實且高效的礦工可以獲得可觀的區塊獎勵。

同樣，這種風險和回報的平衡也提供了對可能破壞整個共識的潛在攻擊的保護，將區塊鏈網路的大部分哈希率置於單一團體或實體手中。這種類型的攻擊也稱為 51% 攻擊，成功執行後可能具有極大的破壞性。由於工作量證明挖礦的競爭力和比特幣網路的規模，攻擊者獲得大多數節點控制權的可能性極低。

此外，實現對大型區塊鏈網路 51% 的控制所需的運算能力成本將是天文數字，這會立即抑制如此大的投資而潛在回報相對較少。這一事實促成了區塊鏈技術的特徵之一，即拜占庭容錯（BFT），它本質上是分散式系統即使某些節點受到損害或惡意行為也能繼續正常運作的能力。

只要創建大多數惡意節點的成本仍然令人望而卻步，並且對誠實活動有更好的激勵，系統就可以蓬勃發展而不會造成重大破壞。然而，值得注意的是，小型區塊鏈網路肯定容易受到大多數攻擊，因為這些系統的整體哈希率明顯低於比特幣。


結論

透過博弈論和密碼學的結合使用，區塊鏈可以為分散式系統實現高水準的安全性。然而，與大多數系統一樣，正確應用這兩個領域的知識非常重要。去中心化和安全性之間的謹慎平衡對於建立可靠且高效的加密貨幣網路至關重要。

隨著區塊鏈技術的使用不斷發展，安全系統也在變化，以滿足不同應用的需求。例如，目前為商業企業開發的私有區塊鏈更依賴透過存取控制實現的安全性，而不是大多數公共區塊鏈安全所需的博弈論機制（或加密經濟學）。