區塊鏈如何運作
了解區塊鏈背後運作的技術，密碼學、共識機制及節點。
介紹
在上一個章節中，你了解了區塊鏈的定義、起源及其重要性。在這個章節，你將深入認識 “區塊鏈” 究竟是如何運作的，這裏面涵蓋了密碼學、共識機制等技術。
密碼學
雖然我們說區塊鏈是公開透明、不可被篡改的，但如果有人把錯誤的交易紀錄隨意發至區塊鏈，那很明顯會造成問題，因此，加密方式就顯得尤爲重要。
鏈上的每個訊息都會由「 公鑰 」 在交易中安插一段可被鑰匙解開的「 鎖頭程式碼 」，第一步的驗證便是拿這把公開的鑰匙插進訊息中的鎖頭，以確認是否能被解開。
非對稱加密 : 公鑰和私鑰
我們先從對稱加密開始談起，對稱加密就像一般鑰匙，每個鎖頭只會有一把特定形狀的鑰匙可以解開，也就是使用同一個密鑰進行加密、解密。
那什麼是「 非對稱加密 」呢 ? 它是指我們在創建能夠存取區塊鏈紀錄的鎖頭時，會分別生成「 公鑰 」及「 私鑰 」兩串密碼。
私鑰非常重要，相當於你個人帳戶的密碼，不會被其他人知道；公鑰則公開可見，被用於解開由「 私鑰 」籤名的檔案。
你已經知道，區塊鏈是由許多個“區塊（Block）” 串連而成，每個鏈上產生的行爲都需透過密碼學生成對應的公私鑰對數據進行驗證、加密。
當你發起交易時，即會需要你使用「 私鑰 」對該數據進行籤名，而同樣在區塊鏈上的其他人，若想閱讀由「 私鑰 」籤名的這份檔案內容，就需要透過另外的鑰匙「 公鑰 」才能讀取該檔案。
共識機制及演算法
區塊鏈的數據，除了節點外還需要特定的共識機制，以驗證提交數據的合法性，也確保該區塊鏈網路中的所有參與者都能同步正確資訊且達成一致。每個共識機制又有不同的演算法，有各自的優勢。
工作量證明 PoW、權益證明 PoS 是最常見的共識機制
最常見的共識機制是 PoW 工作量證明，它要求礦工解決復雜的密碼學難題，以便將區塊添加到區塊鏈中。當前市值最大的 BTC 即是採用工作量證明機制，目前其運行超過了 16 年，安全性已獲得驗證。不過其耗能較高、無法規模化的缺點也頗受爭議。
其他較新的共識算法，例如 PoS 權益證明，被視爲是一種更高效、安全的替代方案，也越來越受歡迎，畢竟 PoW 作爲最早的共識算法，是有些跟不上時代。
生態及應用發展最蓬勃的以太坊，在 2022 年 9 月完成了 The Merge（合並），正式從 PoW 轉爲 PoS 權益證明。以質押 ETH 成爲驗證者的方式，取代耗費電腦算力的 PoW 挖礦機制，此舉將能使以太坊在兼顧安全性的同時，確保其能永續發展，並爲未來擴容方案打下基石。
區塊鏈共識機制對於確保區塊鏈網絡的安全性和完整性至關重要。 通過確保所有參與者對帳本有相同的看法，共識算法保護網絡免受惡意行爲者的侵害，並確保只有有效的符合協議規則的有效交易才會被添加到區塊鏈中。
誰在協助維護
與銀行、中央利用第三方來驗證交易不同，Bitcoin、Ethereum 等區塊鏈使用分散各地的計算機網絡來檢查交易的可靠性，我們稱之爲節點或礦工。
節點是維護區塊鏈運作的關鍵角色
節點非常重要，是記錄、驗證、處理所有數據的關鍵角色，它允許使用 BTC、ETH 等加密貨幣，進行匿名和安全的點對點支付，甚至協助 DApp 執行更復雜的交易。
節點在任何區塊鏈網絡中都起著至關重要的作用，可以將它們想像成“監護人”，不斷監控鏈上的各種行爲數據，以區分 “合法” 和 “虛假” 的交易，以避免記錄有問題的數據。
總結
區塊鏈的數據使用非對稱加密，生成公私鑰對數據進行加解密；並以共識機制驗證數據的合法性，PoW 工作量證明和 PoS 權益證明是最常見的；而區塊鏈網路的運行，則仰賴世界各地的計算機 ( 電腦 ) 作爲節點檢查這些數據，他們的動機來自於生成區塊，以獲得的加密貨幣獎勵，因此又被稱爲礦工。
至此你已經充分理解了區塊鏈運作的重要觀念：非對稱加密、共識機制、節點 ( 礦工 )。
重點回顧
不同區塊鏈有不同的共識機制，以驗證提交數據的合法性，常見的是 PoW 和 PoS。
以太坊區塊鏈在 2022 年 9 月從 PoW 轉爲 PoS 共識機制，以質押 ETH 的方式取代算力挖礦，更加高效節能，且爲未來擴容方案打下基石。
節點是維持區塊鏈系統運作的重要角色，負責記錄、驗證、處理所有數據。
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雖然我們說區塊鏈是公開透明、不可被篡改的，但如果有人把錯誤的交易紀錄隨意發至區塊鏈，那很明顯會造成問題，因此，加密方式就顯得尤爲重要。
鏈上的每個訊息都會由「 公鑰 」 在交易中安插一段可被鑰匙解開的「 鎖頭程式碼 」，第一步的驗證便是拿這把公開的鑰匙插進訊息中的鎖頭，以確認是否能被解開。
非對稱加密 : 公鑰和私鑰
我們先從對稱加密開始談起，對稱加密就像一般鑰匙，每個鎖頭只會有一把特定形狀的鑰匙可以解開，也就是使用同一個密鑰進行加密、解密。
那什麼是「 非對稱加密 」呢 ? 它是指我們在創建能夠存取區塊鏈紀錄的鎖頭時，會分別生成「 公鑰 」及「 私鑰 」兩串密碼。
私鑰非常重要，相當於你個人帳戶的密碼，不會被其他人知道；公鑰則公開可見，被用於解開由「 私鑰 」籤名的檔案。
你已經知道，區塊鏈是由許多個“區塊（Block）” 串連而成，每個鏈上產生的行爲都需透過密碼學生成對應的公私鑰對數據進行驗證、加密。
當你發起交易時，即會需要你使用「 私鑰 」對該數據進行籤名，而同樣在區塊鏈上的其他人，若想閱讀由「 私鑰 」籤名的這份檔案內容，就需要透過另外的鑰匙「 公鑰 」才能讀取該檔案。
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最常見的共識機制是 PoW 工作量證明，它要求礦工解決復雜的密碼學難題，以便將區塊添加到區塊鏈中。當前市值最大的 BTC 即是採用工作量證明機制，目前其運行超過了 16 年，安全性已獲得驗證。不過其耗能較高、無法規模化的缺點也頗受爭議。
其他較新的共識算法，例如 PoS 權益證明，被視爲是一種更高效、安全的替代方案，也越來越受歡迎，畢竟 PoW 作爲最早的共識算法，是有些跟不上時代。
生態及應用發展最蓬勃的以太坊，在 2022 年 9 月完成了 The Merge（合並），正式從 PoW 轉爲 PoS 權益證明。以質押 ETH 成爲驗證者的方式，取代耗費電腦算力的 PoW 挖礦機制，此舉將能使以太坊在兼顧安全性的同時，確保其能永續發展，並爲未來擴容方案打下基石。
區塊鏈共識機制對於確保區塊鏈網絡的安全性和完整性至關重要。 通過確保所有參與者對帳本有相同的看法，共識算法保護網絡免受惡意行爲者的侵害，並確保只有有效的符合協議規則的有效交易才會被添加到區塊鏈中。
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