深入比特幣2:區塊鏈如何記帳?挖礦與錢包全解析

更新於 發佈於 閱讀時間約 2 分鐘

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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Aqua0x114514的碎碎念
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