什麼是加密隨機數以及如何使用它來防止重放攻擊？

了解區塊鏈系統中的加密隨機數

1. 加密隨機數是在特定加密通信或交易中僅使用一次的數字。它充當唯一標識符，確保數字交互中的數據完整性和真實性。在區塊鍊網絡中，隨機數經常被用來引入隨機性並防止可被惡意行為者利用的可預測模式。

2.隨機數的主要作用在於即使所有其他輸入保持不變，它也能夠改變哈希函數的輸出。這一特性使其在工作量證明共識機制中具有無價的價值，在該機制中，礦工必須找到一個隨機數來生成低於目標閾值的哈希值。發現這樣的值所需的計算工作可以阻止垃圾郵件和拒絕服務攻擊。

3. 除了挖礦之外，隨機數還出現在各種加密貨幣的交易結構中。每個交易都包含一個隨機數字段，該字段隨著給定地址的每個新操作而遞增。這種順序編號可以防止同一指令的重複處理，這對於維護分類賬上準確的帳戶餘額和狀態轉換至關重要。

4. 當用戶快速連續發起多個交易時，網絡依靠隨機數來確定執行順序。如果沒有這種機制，節點可能會不按順序處理消息或接受過時的命令，從而導致分佈式數據庫中的不一致。隨機數的確定性進展強制執行嚴格的排序，而不需要集中協調。

Nonce 如何減輕數字交易中的重放攻擊

1. 當攻擊者攔截有效的數據傳輸並在稍後惡意重傳該數據以欺騙接收者時，就會發生重放攻擊。在加密貨幣系統中，這可能意味著重新提交已簽名的交易，以將資金從同一發件人重複轉移到攻擊者的地址。

2. 通過將唯一的隨機數合併到每個交易中，系統確保任何兩個操作都不能具有相同的加密簽名，即使它們攜帶相同的有效負載。一旦具有特定隨機數的交易在區塊鏈上得到確認，任何後續廣播相同消息的嘗試都將由於隨機數重複而被拒絕。

3. 錢包軟件自動分配從零或與地址關聯的最後記錄值開始的增量隨機數。節點不僅驗證傳入交易的數字簽名正確性，還驗證隨機數的連續性。如果節點收到的事務的隨機數小於或等於已處理的隨機數，則會將該消息視為無效而丟棄。

4. 這一強制措施為每個交易結構創建了一次性使用策略。即使攻擊者通過網絡捕獲了完全簽名的傳輸，在確認後重放也不會產生任何效果，因為目標鏈已經超過了該隨機數值。因此，安全模型從僅依賴加密轉變為利用狀態驗證邏輯。

主要加密貨幣的實施示例

1. 以太坊在協議層面廣泛使用隨機數。每個外部擁有的帳戶都維護一個隨機數計數，表示從該地址發送的交易數量。智能合約部署還消耗隨機數值，確保從同一錢包創建的合約不會在其地址中發生衝突。

2. Bitcoin 不以同樣的方式使用基於賬戶的隨機數，而是通過未花費的交易輸出（UTXO）採用類似的原理。雖然沒有明確標記為隨機數，但 UTXO 模型本質上通過將已用輸入標記為在未來塊中不可用來防止重放。

3. 幣安智能鏈緊密遵循以太坊的做法，採用相同的隨機數機制來保持與現有錢包和開發者工具的兼容性。這種一致性使得去中心化應用程序無需修改即可在兩個網絡上無縫運行。

4. 一些注重隱私的代幣（例如門羅幣）實施了更複雜的混淆技術，但仍然依賴於提供與隨機數類似功能的臨時密鑰和一次性值。這些元素確保事務之間的不可鏈接性，同時保留防止重複的保護。

常見問題解答

如果跳過交易隨機數會發生什麼？跳過隨機數會導致待處理的事務停止。在所有先前的交易（按順序）被確認或失效之前，節點不會處理具有較高隨機數的交易。用戶可能需要以適當的 Gas 定價重新發送丟棄的交易以清理隊列。

兩個不同的交易可以具有來自同一地址的相同隨機數嗎？不可以。每個地址必須按順序遞增其隨機數。使用相同的隨機數提交兩筆交易會導致只有第一筆交易（通常是燃氣費較高的交易）被接受。第二個被視為無效並被網絡丟棄。

隨機數在區塊鏈上是否可見？是的。隨機數值是永久存儲在區塊鏈上的交易數據的一部分。它們是透明的，任何分析交易歷史的人都可以驗證，但它們不會洩露有關發送者的敏感信息。

硬件錢包會自動管理隨機數嗎？是的。信譽良好的硬件錢包會跟踪傳出交易計數並根據最新的網絡狀態分配正確的隨機數。它們與區塊鏈節點同步，以避免由離線活動或多設備使用引起的衝突。