區塊鏈如何防止雙重支出？

了解數字交易中的雙重支出

在傳統的數字支付系統中，當相同的數字資產不止一次時，就會出現重大挑戰。這被稱為雙人支出。與實體貨幣不同，數字令牌可以重複，使惡意演員可以將相同的資金發送給多個收件人。沒有中央權威，確保不重複使用的數字硬幣成為一個關鍵問題。區塊鏈技術通過引入一個記錄每筆交易的分散，透明和不可變的分類帳來解決這一問題。核心機制在於如何在節點的分佈式網絡中驗證交易和永久記錄。

共識機制的作用

預防雙重支出的基礎元素之一是共識機制。這些協議可以確保網絡中的所有參與者都同意交易的有效性。兩種最常見的類型是工作證明（POW）和股份證明（POS） 。在POW中，礦工競爭解決複雜的加密難題。第一個解決它的解決方案將解決網絡的解決方案，其他節點對其進行了驗證。經過驗證後，將塊添加到區塊鏈中。這個過程使其在計算上昂貴，並且實際上無法改變過去的交易。在POS中，根據其“股份”作為抵押品的加密貨幣的量選擇驗證者。如果驗證者試圖驗證欺詐性交易，他們將失去股份。這兩種機制都確保僅將合法交易添加到區塊鏈中，從而防止雙人支出。

交易驗證和阻止確認

當用戶啟動交易時，它會廣播到網絡，並將其放置在稱為Mempool的未確認交易池中。然後，礦工或驗證者從該池中選擇交易以包含在下一個塊中。包含在包含之前，對區塊鏈的歷史記錄進行檢查，以確保發件人具有足夠的餘額，並且尚未花費相同的資金。此驗證過程涉及追踪與發件人地址關聯的未零件交易輸出（UTXO） 。經過驗證後，將交易分組為一個塊。將塊添加到鏈中後，每個後續塊增加了交易的確認計數。交易的確認越多，它越安全地抵抗逆轉。

不變性和鏈完整性

一旦將塊添加到區塊鏈中，更改它就需要更改所有後續塊，這幾乎是由於鏈接每個塊的加密哈希幾乎是不可能的。每個塊都包含上一個塊的哈希，創建了按時間順序排列和篡改鏈。要倍增，攻擊者將需要控製網絡計算能力的50％以上（以POW）或股份（In POS）來重寫交易歷史記錄，這種情況被稱為51％的攻擊。即使達到了實現，也需要成本和協調使這種攻擊在經濟上不可行的大型區塊鏈上經濟上不可行。節點的分散性質可確保任何改變賬本的嘗試都會迅速檢測和拒絕。

防止比賽攻擊和芬尼攻擊

某些類型的雙支出攻擊（例如種族攻擊和Finney攻擊）利用了交易廣播和確認之間的時間差距。在比賽攻擊中，用戶幾乎同時將兩項衝突的交易發送到網絡的不同部分，希望一個人得到確認。網絡最終接受包含在塊中的第一個交易，而第二筆交易被拒絕為無效。在Finney攻擊中，一名礦工預定了一筆交易，花了相同的硬幣，然後在發布預定的塊之前公開花費它們。這需要內部訪問和精確的時機。但是，等待多次確認會減輕這些風險。大多數服務至少需要六次確認高價值交易，從而大大降低了此類攻擊成功的可能性。

實時驗證和網絡傳播

交易在整個網絡中傳播的速度在防止雙重支出方面起著至關重要的作用。節點不斷相互通信，共享有關新交易和塊的信息。當廣播交易時，節點會立即進行驗證檢查，包括數字簽名驗證和UTXO驗證。如果一個節點檢測到兩次支出嘗試（例如，兩個交易支出相同的輸入）將拒絕第二個。八卦協議確保了交易數據的快速傳播，從而最大程度地減少了可能存在衝突交易的窗口。這種實時驗證和快速傳播使攻擊者難以通過選擇性廣播欺詐性交易獲得優勢。

常見問題

可以在任何區塊鏈上發生雙重支出嗎？是的，從理論上講，如果攻擊者對網絡獲得足夠的控制，則任何區塊鏈都可能容易受到雙重支出。但是，由於其廣泛的節點網絡以及高度的計算或靜止要求，大型，分佈良好的區塊鏈（例如Bitcoin和以太坊）具有很高的抵抗力。較小的哈希速率或股份分佈的較小區塊鏈更容易受到51％的攻擊，這可能會導致雙重支出。

需要多少個確認來防止雙重支出？所需確認的數量取決於區塊鍊和交易值。對於Bitcoin ，通常接受六個確認為安全，大約需要一個小時。對於低價值交易，更少的確認可能就足夠了。交流和商人通常會根據風險容忍和網絡條件設置自己的閾值。

如果檢測到雙重支出嘗試會發生什麼？當檢測到雙重嘗試時，節點會自動拒絕無效的事務。僅在確認塊中包含的第一個交易被認為是有效的。第二筆交易被丟棄，即使廣播到其他節點也不會處理。發件人的錢包可能顯示出失敗或未經證實的交易。

離線支出容易受到雙支出的影響嗎？是的，如果在廣播之前使用相同的私鑰簽署多個交易，則無需連接到網絡（例如紙錢包或空白系統）而進行的交易將處於危險之中。連接後，僅接受第一個交易。用戶必須確保在啟動另一款之前對任何離線生成的交易進行廣播和確認。