Nonce 란 무엇이며 작업 증명에 어떻게 사용됩니까?

암호화에서 Nonce의 개념을 이해합니다

NONCE는 암호화 통신에서 한 번만 사용되는 숫자입니다. 'Nonce'라는 용어는 '한 번 사용 된 숫자'에서 파생되며 데이터 무결성을 보장하고, 재생 공격을 방지하며, 블록 체인 네트워크의 보안을 유지하는 데 중요한 역할을합니다. 블록 체인 기술의 맥락에서, 특히 WARW (Proof of Work) 합의 메커니즘에서, NONCE는 광부가 네트워크 정의 난이도 대상을 충족시키는 해시 출력을 생성하기 위해 조정하는 임의의 값입니다. 이 값은 블록 헤더에 포함되며 유효한 해시가 발견 될 때까지 채굴 과정에서 반복적으로 수정됩니다. Nonce의 독창성은 나머지 블록 데이터가 변경되지 않더라도 결과 해시가 각각의 새로운 Nonce 값과 다를 수 있음을 보장합니다.

작업 채굴 증명에서 Nonce의 역할

작업 증명 에서 광부는 거래를 검증하고 블록 체인에 새로운 블록을 추가하기 위해 경쟁합니다. 그렇게하려면 계산 집중 암호화 퍼즐을 해결해야합니다. 이 퍼즐은 네트워크에서 설정 한 현재 난이도 대상 보다 수치 적으로 작거나 같은 블록 헤더의 해시를 찾는 것을 포함합니다. 블록 헤더에는 이전 블록 해시, 트랜잭션의 메르클 루트, 타임 스탬프 및 Nonce를 포함한 여러 구성 요소가 포함되어 있습니다. 다른 필드는 고정되거나 제한되어 있으므로 Nonce는 광부가 조작하는 주요 변수입니다. 비체를 증가시키고 해시를 반복적으로 재 계산함으로써, 광부들은 난이도 조건을 만족시키는 해시를 찾으려고 시도합니다. 이 과정은 전적으로 확률 론적이며 대규모 계산 능력이 필요합니다.

광부가 Nonce를 사용하여 유효한 해시를 찾는 방법

광업 과정은 보류중인 거래를 수집하고 후보 블록을 형성하는 광부로 시작합니다. 블록 헤더가 조립되면 광부는 초기 비체 값을 설정합니다. 그런 다음 SHA-256 해싱 알고리즘 (Bitcoin에 사용)를 블록 헤더에 적용합니다. 결과 해시가 난이도 요구 사항을 충족하지 않으면 (즉, 대상보다 적지 않음), 광부는 Nonce를 하나씩 증가시키고 블록 헤더를 다시 해시합니다. 이 루프는 유효한 해시가 발견 될 때까지 계속됩니다. 관련 단계는 다음과 같습니다.

• 트랜잭션 데이터 및 메타 데이터로 블록 헤더를 조립하십시오
• Nonce를 초기 값으로 설정하십시오 (예 : 0)
• SHA-256을 사용하여 블록 헤더의 해시를 계산하십시오
• 해시를 네트워크의 난이도 대상 과 비교하십시오
• 해시가 유효하지 않은 경우 Nonce를 증가시키고 해시 계산을 반복하십시오.
• 충분한 주요 0이있는 해시가 발견 될 때까지 계속하십시오.

Bitcoin의 Nonce 필드는 32 비트이므로 40 억 이상의 가능한 값 (0 ~ 2^32-1)을 허용합니다. 모든 Nonce 값이 성공하지 않고 소진되면 광부는 블록의 다른 측면 (코인베이스 트랜잭션 또는 타임 스탬프)을 수정하여 새 블록 헤더를 생성하고 Nonce 검색을 다시 시작합니다.

비체 크기 제한 및 외계 기술

NonCE 필드의 32 비트 제한은 광부가 블록 구성 당 약 43 억 개의 NOCE 값 만 테스트 할 수 있음을 의미합니다. 현대 마이닝 리그의 엄청난 해싱 파워를 감안할 때,이 범위는 몇 초 만에 소진 될 수 있습니다. 이 제한을 극복하기 위해 광부는 여분의 전략을 사용합니다. extranonce는 Coinbase Transaction에 저장된 값이며, 이는 블록의 트랜잭션 데이터의 일부입니다. 비공개를 변경함으로써 광부는 블록의 머클 루트를 효과적으로 변경하여 새로운 블록 헤더를 생성하고 Nonce 카운터를 재설정 할 수 있습니다. 이 기술은 원래 32 비트 한도를 넘어 검색 공간을 확장하여 비체 소진으로 제한되지 않고 지속적인 채굴 작업을 가능하게합니다.

네트워크에 의한 Nonce의 확인

광부가 허용 가능한 해시를 생성하는 유효한 Nonce를 발견하면 새 블록을 네트워크에 방송합니다. 그런 다음 다른 노드는 제공된 블록 헤더 및 NONCE를 사용하여 단일 해시 계산을 수행하여 블록을 확인합니다. 이 검증은 채굴 과정과 비교하여 계산적으로 사소하며, 작업 증명의 비대칭 특성, 해결하기 어렵고 확인하기 쉽습니다. 노드는 다음을 확인합니다.

• 블록 헤더의 해시는 현재 난이도 대상 보다 작습니다.
• 블록 헤더에 포함 된 Nonce가 올바르게 사용되었습니다.
• 블록의 모든 트랜잭션은 유효합니다
• 블록은 합의 규칙을 따릅니다

모든 수표가 통과되면 블록은 블록 체인에 허용되며 광부는 보상을받습니다. NONCE의 정확성은 이 일회성 해시 검증을 통해 확인되므로 작업을 확인하기 위해 네트워크가 추가 계산이 필요하지 않습니다.

실제 예 : Bitcoin 채굴의 Nonce

광부가 Bitcoin 블록을 채굴하려고하는 단순화 된 예를 고려하십시오. 블록 헤더에는 이전 블록 해시, 머클 루트, 타임 스탬프, 버전, 난이도 대상 및 비 세가 포함됩니다. 광부는 nonce = 0으로 시작하여 헤더의 이중 SHA-256 해시를 계산합니다. 결과가 다음과 같습니다.

SHA256(SHA256(block_header)) = f43a...

이 해시는 난이도 요구 사항을 충족시키지 못합니다 (예 : 주요 0이 부족합니다). 광부는 nonce를 1로 증가시키고 다시 계산합니다. 이것은 nonce = 2,147,856에서 해시가 될 때까지 계속됩니다.

0000000abc12...

이 해시는 7 개의 주요 0으로 시작하여 현재의 어려움을 충족시킵니다. 그런 다음 광부는 우승 Nonce와 함께 블록을 방송합니다. 다른 노드는 nonce = 2,147,856의 동일한 블록 헤더를 해싱하여 확인하고 결과가 필요한 임계 값과 일치합니다. 따라서 Nonce의 유효성은 단일의 빠른 검증 단계를 통해 입증됩니다.

자주 묻는 질문

동일한 비체를 다른 블록에서 재사용 할 수 있습니까? 예, 각 블록에는 고유 한 헤더가 있으므로 비스가 다른 블록에서 재사용 될 수 있습니다. 블록 헤더에는 이전 블록 해시 및 트랜잭션 데이터가 포함되므로 동일한 NonCE 값조차도 다른 블록에 적용될 때 완전히 다른 해시를 생성합니다.

Nonce가 항상 순차적으로 증가합니까? 광부는 일반적으로 0에서 시작하여 순차적으로 증가하지만 고급 마이닝 소프트웨어는 임의의 비체 값에서 시작하거나 여러 처리 장치에 NonCE 범위를 분배하여 중복 계산을 피할 수있는 최적화 된 전략을 사용할 수 있습니다.

유효한 비체가 발견되지 않으면 어떻게됩니까? 32 비트 범위 내에서 유효한 NonCE가 발견되지 않으면 광부는 새로운 머클 루트를 생성하기 위해 외부를 통해 코인베이스 트랜잭션을 변경하는 것과 같은 블록 데이터를 수정합니다. 이렇게하면 새 블록 헤더가 생성되어 Nonce 검색이 0에서 다시 시작됩니다.

블록에 여러 개의 유효한 논스가있을 수 있습니까? 예, 여러 비세 값은 난이도 대상을 충족시키는 해시를 생성 할 수 있습니다. 그러나 유효한 Nonce를 찾은 첫 번째 광부가 블록을 방송하는 블록이 보상을받습니다. 블록이 확인되면 동일한 블록에 대한 다른 유효한 비스는 관련이 없습니다.