加密貨幣中的 nonce 是什麼？

在加密貨幣領域，nonce（一次性使用的數字）是區塊鏈網路中的核心密碼學元素。這是一組獨特且僅用一次的代碼，對於新增資料和確保網路安全至關重要。在多數區塊鏈網路中，尤其是採用工作量證明（Proof of Work，PoW）機制的 Bitcoin，nonce 用於解決複雜計算問題，促進新區塊的產生。理解 nonce，有助於掌握區塊鏈如何維持安全性及分散式網路內交易的有效性。

什麼是 nonce？

nonce 是礦工於區塊鏈網路建立區塊時產生的隨機或半隨機數。其英文全稱為「number only used once」，強調其在區塊鏈生態系統中的唯一性與不可重複性。挖礦涉及複雜數學運算及新區塊產生的嚴格要求，因此這種唯一性至關重要。

區塊鏈 nonce 是挖礦過程中的可調變數，亦為工作量證明機制的核心組成部分。它與其他資料一同納入區塊頭。礦工調整 nonce，以產生符合特定網路難度目標的雜湊值，這是 Bitcoin 及其他 PoW 加密貨幣區塊鏈運作的基石。

nonce 在挖礦中的運作原理

在加密貨幣挖礦過程中，區塊鏈 nonce 是區塊頭內的變數參數，礦工會持續調整其數值以獲取有效雜湊值。以 Bitcoin 等加密貨幣為例，礦工將 nonce 與區塊頭資料結合進行雜湊運算，產生符合網路難度目標的雜湊值。

具體來說，礦工針對包含 nonce 的區塊頭資訊進行雜湊運算，嘗試產生一個小於或等於目標難度的十六進位雜湊值。當雜湊值達標時，礦工便可將新區塊加入區塊鏈並獲得獎勵，隨即進入下一個區塊的挖礦。

nonce 數值會持續遞增，每次加一，直到產生符合條件的雜湊值。這種不斷嘗試 nonce 與其他區塊值的組合需大量運算資源，因此工作量證明本質上是計算密集型的挖礦方式。nonce 是礦工可調整的少數變數之一，是挖礦流程中不可或缺的關鍵。

nonce 如何保障區塊鏈安全？

區塊鏈 nonce 透過多重機制在維護區塊鏈安全上發揮關鍵作用。

在安全性方面，nonce 屬於工作量證明共識演算法的核心，透過設定複雜運算挑戰，保障區塊鏈網路的安全與完整性，驗證交易歷史並防止雙重支付，維護網路的可靠性。

在防篡改及防詐騙層面，nonce 的隨機性讓雜湊結果難以預測，大幅提升網路防篡改與防詐騙能力。任何區塊資料（包含 nonce）一旦變動，都將導致雜湊值完全改變。攻擊者若欲篡改區塊，必須重新計算所有後續區塊，需投入極高算力，實際上幾乎不可能達成。

在抵禦惡意攻擊方面，nonce 可有效阻擋多種攻擊，包括重播攻擊（重複利用舊交易）、偽造交易，以及女巫攻擊（Sybil attack）。由於挖礦所需高昂計算成本，nonce 顯著提升網路安全性，抑制惡意行為者偽造身份試圖掌控網路。

nonce 與 hash 有何不同？

區塊鏈 nonce 與 hash 均為區塊鏈技術的基礎，但用途和特性並不相同。

hash 如同資料的「指紋」，由雜湊函數依據輸入資料產生固定長度的輸出。不同輸入資料會產生不同雜湊值，以確保資料完整性與唯一性。hash 用於識別及驗證資料，確保資訊真實且未受竄改。

區塊鏈 nonce 則專為工作量證明機制設計，用於產生符合特定條件的雜湊值。礦工持續調整 nonce，直到產生滿足挖礦難度的雜湊值。nonce 是礦工能調整的變數，hash 則是區塊資料（含 nonce）經加密運算後產生的結果。

nonce 有哪些類型？

nonce 可根據其在區塊鏈網路中的應用情境區分不同類型。

交易 nonce 是區塊鏈網路中每筆交易專屬的唯一值，用來確保交易唯一性、防止重複。每當發起新交易時，nonce 會遞增，以避免同一筆交易被多次發送或接收。在區塊鏈中，交易 nonce 也可用於追蹤某一地址發出的交易數量。

區塊 nonce 則是在挖礦過程中加入區塊頭的變數，礦工會不斷嘗試不同的區塊 nonce，直到取得符合網路難度的有效雜湊值。這類 nonce 是 PoW 挖礦的核心，直接決定挖礦所需算力。

nonce 在密碼學、安全與管理失誤中的應用

除了區塊鏈外，nonce 在密碼學與網路安全領域亦有廣泛應用，但管理不善時易引發安全風險。

在網路安全協議中，nonce 用於每次通訊產生唯一值，以防止重播攻擊並維護資料完整性。在加密協議中，區塊鏈 nonce 能防止重播攻擊，確保雙方通訊安全。

對區塊鏈安全而言，nonce 的隨機性提升了雜湊值的不可預測性，增強對多種攻擊及詐騙的防護。這種不可預測性是區塊鏈安全的關鍵。

但若 nonce 管理不當，將導致安全漏洞。nonce 重複使用攻擊指加密過程中重複使用 nonce，危及安全協議。為防範此種攻擊，須確保每個區塊鏈 nonce 均為唯一且不可預測。預測 nonce 攻擊則是攻擊者透過預測 nonce 值來竄改加密流程，採用安全的隨機數產生器為關鍵防護措施。

健全的安全協議應能偵測並拒絕重複 nonce，確保系統整體安全，避免潛在漏洞影響整個密碼學架構。

結論

區塊鏈 nonce 是密碼學技術的核心，為 Bitcoin 等 PoW 加密貨幣網路帶來安全與可靠性。作為挖礦流程中隨機且可調整的變數，nonce 能有效抵禦入侵，維持網路參與者共識。

理解區塊鏈 nonce 在技術運作中的角色，有助於深入掌握分散式帳本的運作機制及防禦惡意攻擊的方法。從挖礦到防詐騙與防篡改，nonce 為數位系統的去中心化信任提供了優雅的解決方案。隨著區塊鏈技術不斷演進，nonce 所代表的唯一性、不可預測性與計算安全性，將持續成為分散式網路完整性的核心。

常見問題

nonce 有何作用？

nonce 可確保每筆交易加密唯一，防止重播攻擊，維護區塊鏈安全。

nonce 有什麼例子？

nonce 是加密過程中僅用一次的唯一數字，例如安全交易中的一次性密碼。

區塊鏈中的 golden nonce 是什麼？

golden nonce 指的是 Bitcoin 區塊鏈上低於目標值的雜湊值，代表一次成功挖礦，在交易驗證階段至關重要。

nonce 和 salt 一樣嗎？

兩者不同。nonce 是加密操作中僅用一次的唯一數字，salt 則是用以增強密碼雜湊安全性的隨機值。