深入比特幣2：區塊鏈如何記帳？挖礦與錢包全解析

在上一篇文章中，我們了解了比特幣是透過區塊鏈與 PoW 建立一個去中心化的信任系統。現在，讓我們更深入看看：比特幣的「挖礦」到底怎麼運作？「區塊鏈記帳」的技術細節是什麼？

區塊鏈怎麼記帳？

首先可以知道區塊鏈（帳本） = 區塊 + 鏈，那麼一個區塊會有什麼東西？我們又是如何把它「鏈」起來的呢？

記帳資料 → Hash 值

雜湊函數是一種可以把任意長度的資料，轉換成固定長度「亂數值」的工具。假設我們有一個雜湊函數叫做 h，拿一個資料 z 去丟進去，會得到一個結果 x，這個 x 就是 z 的「雜湊值」( h(z) = x )。

這種函數有幾個特性：

• 無論輸入多長，輸出長度固定。
• 單向運算：無法從結果 x 反推回原始資料 z。
• 碰撞難：極難找到兩個不同資料，卻有相同的雜湊值。
• 雪崩效應：原始資料z只要有一點點變化，結果會完全不同。

Merkle Tree：如何驗證交易內容？

礦工會把所有交易紀錄組成一棵 Merkle Tree，這是一種可以快速驗證某筆交易是否存在的資料結構。整棵樹只需記錄「Merkle Root」，就能驗證所有交易，節省大量空間與計算量。

區塊結構與鏈接方式

每個區塊會包含（未全部列出）：

• Merkle Root（交易摘要）
• 時間戳記
• Nonce 值（猜謎用的變數）
• 前一個區塊的 Hash 值（用來串接）

透過將上一個區塊的 Hash 值放入下一個區塊中，這些區塊就像一條鏈被串接起來。任何一個區塊的內容如果被修改，其後所有區塊的 Hash 都會改變，因此無法竄改過去紀錄。

挖礦：一場公平的猜謎競賽

礦工要做的事，就是不斷變動區塊中的 Nonce 數字，希望能湊出一個「開頭連續有很多個 0」的 Hash 值。

因為Hash函數的特性，猜中這個Hash值的方法只能靠大量嘗試Nonce值，因此稱為「工作量證明」（Proof of Work）。誰先猜中，誰就獲得記帳權與比特幣獎勵。

區塊廣播與驗證

找到正確解答的礦工，會將新區塊廣播給全網。其他節點會驗證：

• 區塊內交易是否有效
• 區塊的 Hash 是否正確
• 區塊是否正確接在前一個區塊之後

驗證成功後，該區塊就加入主鏈，變成最新的帳本頁面。

比特幣總數有限，挖礦獎勵會逐年減半

比特幣的總量設計為約 2100 萬顆。每當挖出 21 萬個區塊，獎勵就會減半。

從最初的 50 顆、25 顆、12.5 顆，到現在的 3.125 顆。預估在 2140 年將挖完全部比特幣。

👉下一篇，我們將介紹：

• 礦池與礦機是什麼？
• 什麼是 51% 攻擊？
• 最長鏈原則是如何形成的？

📚 本文出處：DeFintek.io

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