區塊鏈透過各種機制實現了安全加固，這些機制包括先進的加密技術以及決策和行為的數學模型。區塊鏈技術是大多數數位貨幣系統的基礎架構，它可以防止數位貨幣被複製和破壞。

在其他對資料不可竄改且安全性要求非常高的環境中，區塊鏈技術的運用也特別重要。相關案例包括記錄和追蹤慈善捐贈、醫療資料庫和供應鏈管理。

但是，區塊鏈的安全性遠非一個簡單的議題。因此，理解這些創新系統的基本概念和機制是如何為區塊鏈提供強大的保護就相當關鍵。

不可篡改和共識的概念

雖然安全性當中的許多特徵都與區塊鏈相關聯，但最重要的兩個特徵是共識和不可篡改。共識是指分散式區塊鏈網路中的節點能夠就網路的真實狀態和交易的有效性達成一致。達成共識的過程通常取決於網路使用的共識演算法。

另一方面，不可竄改是指區塊鏈能防止已確認的交易記錄被更改。雖然這些交易通常與數位貨幣的轉換有關，但有時候，它們也指其他非貨幣形式的電子數據的記錄過程。

總的來說，共識和不可篡改為區塊鏈網路中的資料安全性提供了基礎框架。共識演算法能夠確保所有節點都遵循系統規則並且都認可網路的當前狀態，而不可篡改能夠保證每個經過有效性驗證的區塊資料和交易記錄的完整性。

密碼學在區塊鏈安全中的作用

區塊鏈主要依賴加密技術來保障資料的安全。而加密雜湊函數則是此技術的關鍵。雜湊是一種計算過程，雜湊演算法是一種可以輸入任意大小的數據，並輸出一個可預測且固定大小的雜湊的演算法(即雜湊函數)。

無論輸入資料的大小如何，輸出始終是相同的位元組。但如果輸入發生變化，輸出將完全不同。只要輸入不變，無論運行多少次雜湊函數，輸出的雜湊值將始終相同。

在區塊鏈中，這些輸出值（即雜湊）是資料區塊的唯一識別碼。每個區塊的哈希是相對於前一個區塊的哈希生成的，這就是將區塊連結在一起，形成區塊鏈的原因。此外，區塊哈希是由該區塊所包含的數據決定的，這意味著對數據所做的任何更改都會更改區塊哈希值。

因此，該區塊的數據和前一個區塊的哈希共同決定了每個區塊的哈希。這些哈希標識符在確保區塊鏈安全性和不可篡改方面發揮著重要作用。

雜湊函數也用來驗證交易的共識演算法中。例如，在比特幣區塊鏈上，工作量證明 (PoW)演算法運用了名為SHA-256的雜湊函數。顧名思義，SHA-256輸入資料並輸出長度為256位元或64個字元長的雜湊值。

除了為分散式帳本中的交易記錄提供保護之外，密碼學還能夠在儲存數位貨幣的錢包的安全性方面發揮重要作用。如成對的公鑰和私鑰分別可以讓使用者透過使用非對稱或公鑰密碼學來接收和發送數位貨幣。私鑰被用於產生交易所需要的電子簽名，從而可以驗證所發送貨幣的所有權。

雖然具體內容已超出了本文範圍，但非對稱密碼學的特性能夠防止除私鑰持有者之外的任何人訪問存儲在數位貨幣錢包中的資金，從而，能夠在資金所有者決定使用它們之前保障這些資金的安全性（只要私鑰不被共享或洩露）。

密碼經濟學

除密碼學之外，一種稱為密碼經濟學的較為新穎的概念也在維護區塊鏈網路安全性方面發揮重要作用。它與博弈論的研究領域息息相關，該理論透過數學原理模擬了具有既定規則和獎勵情境中理性行動者所做的決策。雖然傳統博弈論可以廣泛應用於一系列商業案例，但密碼經濟學也獨立建模並描述了分散式區塊鏈系統上節點的行為。

簡而言之，密碼經濟學是對區塊鏈協議中經濟學的相關研究，它們的設計原則可能基於其參與者的行為而產生不同的結果。密碼經濟學的安全性基於以下這種模型，即區塊鏈系統為節點提供了更大的激勵，使其能夠真實採取行動，而不是採用惡意或錯誤的行為。再者，比特幣挖礦中使用的工作量證明共識演算法是提供這種激勵方式的優秀案例。

當中本聰（Satoshi Nakamoto）提出比特幣挖礦的框架時，它就被有意地設計成昂貴且消耗資源巨大的工作。由於其複雜性和運算需求，PoW挖礦涉及大量的金錢和時間投入 — 與挖礦節點的位置和使用者無關。因此，這種結構能夠強而有力地防範惡意活動，並為鼓勵了誠實的挖礦行為。惡意或低效的節點很快就會區塊鏈網路淘汰，而真實和高效的礦工有可能獲得大量的區塊獎勵。

同樣，風險和收益之間的平衡也可以透過將一個區塊鏈網路的大部分哈希率放置到一個單獨的組織或實體的手中，來防止可能破壞共識的潛在攻擊的發生。就像被熟知的51%攻擊，一旦成功，便可能造成極大的破壞。而鑑於工作量證明的競爭機制和比特幣網路的規模，惡意用戶獲得對大多數節點控制權的可能性是非常小的。

此外，在一個巨大的區塊鏈網路當中，實現51％攻擊所消耗的算力將會是一個天文數字，因此，這種巨大的投資與相對較小的潛在回報差也對該攻擊的發生起到了直接的抑製作用。這也促成了區塊鏈的一個典型的特徵，即拜占庭容錯（BFT），該特徵說明了即使某些節點受到損害或發生惡意行為，分散式系統仍然可以繼續正常運作。

只要產生大量惡意節點的成本過高，且真實挖礦活動可以得到更好的激勵，該系統就能在毫無阻力的情況下地不斷壯大。然而，值得注意的是，相對較小的區塊鏈網路系統會很容易受到攻擊，因為用於這些系統的總哈希率遠低於比特幣網路的哈希率。

總結

透過博弈論和密碼學的結合運用，區塊鏈能夠像分散式系統一樣獲得更高的安全性。然而，幾乎與所有系統一樣，如何正確應用這兩個知識領域至關重要。去中心化和安全性之間的平衡對於建立可靠有效的數位貨幣網路至關重要。

隨著區塊鏈的不斷發展和推廣，其安全系統也將發生變化，以滿足不同應用的需求。例如，現在為商業企業開發的私有區塊鏈更依賴存取控制所提供的安全性，而這與大多數公共區塊鏈所使用的博弈論機制（或密碼經濟學）大不相同。