什麼是加密貨幣中的 nonce？

在加密貨幣領域，nonce 是挖礦流程及區塊鏈安全不可或缺的要素。以下為這一核心概念的詳細解析。

什麼是 nonce？

Nonce 是礦工在區塊鏈建立新區塊時產生的隨機或半隨機數字。這個詞源於 “number only used once”（僅用一次的數字），意指每個 nonce 都只能使用一次。它在解決挖礦及新增區塊所需的複雜數學問題時扮演關鍵角色。

nonce 在挖礦中的運作方式

在挖掘如 Bitcoin 等加密貨幣時，nonce 會被納入區塊標頭，成為區塊資料的一部分。礦工會對區塊標頭資訊進行雜湊運算，並嘗試產生符合網路難度目標的雜湊值。如果雜湊值的十六進位數等於或小於難度目標，礦工便成功挖出新區塊並將其加入區塊鏈。

之後，礦工會開始計算下一個區塊。nonce 的數值會不斷遞增，每次增加一單位，直到找到符合條件的雜湊值為止。尋找正確的 nonce 與區塊其他資料組合需大量運算資源，因此工作量證明（PoW）機制極為消耗計算能力。

nonce 如何強化區塊鏈安全？

nonce 在區塊鏈安全層面具有多重重要功能：

1. 確保區塊鏈網路的安全性與完整性。
2. 是 PoW 共識演算法的核心元素。
3. 透過設計複雜計算挑戰，nonce 協助驗證交易歷史並防止重複消費。
4. nonce 的隨機性讓雜湊計算無法預測，提高防偽與反詐騙能力。
5. 任何區塊資料（包括 nonce）被更動都會產生新雜湊值，使竄改幾乎不可能。
6. nonce 讓重播攻擊（舊交易重用）及偽造交易難以執行。

nonce 與 hash 的差異

雜湊值可視為資料的「指紋」——藉由雜湊函數根據輸入資料產生固定長度的結果。不同的資料輸入會產生獨特的雜湊值，有助於驗證資料完整性及唯一性。

而 nonce 則是 PoW 機制中用來創造符合特定要求雜湊值的特殊數字。礦工會調整 nonce 的值，以產生符合挖礦標準（也就是難度目標）的雜湊值。

nonce 的主要類型

nonce 主要分為兩種：

1. 交易 nonce：區塊鏈網路每筆交易都具有唯一值，確保交易唯一性並防止重複。

2. 區塊 nonce：於挖礦過程加入區塊標頭的數值。礦工會不斷調整區塊 nonce，嘗試不同數值直到找到符合難度目標的有效雜湊值。

nonce 在密碼學、安全性及管理失誤的影響

除了區塊鏈外，nonce 也廣泛應用於其他密碼學及網路安全領域。在網路安全協議中，nonce 可防止重播攻擊並維護資料完整性；在密碼學協議裡，nonce 是安全通訊的關鍵要素。

然而，如果管理不當，nonce 可能引發安全漏洞，例如重複使用或可預測 nonce 攻擊。因此，需採用安全的隨機數產生器，並設置檢測及阻止重複 nonce 的機制。

結論

nonce 是密碼學不可或缺的基礎，維護 Bitcoin 等區塊鏈的安全性與可信度。作為挖礦流程中的隨機要素，nonce 有效防止入侵並維持參與者間的共識。掌握 nonce 在區塊鏈技術中的角色，有助於深入理解區塊鏈運作及其抵禦惡意攻擊的機制。

FAQ

nonce 的定義是什麼？

「Nonce」意指「number only used once」（僅用一次的數字）。在區塊鏈中，礦工利用它解決運算難題並新增安全區塊，每個 nonce 都具有唯一性。