不可篡改和共識的概念

雖然安全性當中的許多特徵都與區塊鏈相關聯，但最重要的兩個特徵則是共識和不可篡改。共識是指分散式區塊鏈網絡中的節點就網絡的真實狀態和交易的有效性能夠達成一致。達成共識的過程通常取決於網絡使用的共識算法。
另一方面，不可篡改是指區塊鏈能防止已經確認的交易記錄被更改。雖然這些交易通常與數字貨幣的轉換相關，但有時候，它們也指代其他非貨幣形式的電子數據的記錄過程。

總的來說，共識和不可篡改為區塊鏈網絡中的數據安全性提供了基礎框架。共識算法能夠確保所有節點都遵循系統規則並且都認可網絡的當前狀態，而不可篡改能夠保證每個得到有效性驗證的區塊數據和交易記錄的完整性。

密碼學在區塊鏈安全中的作用

區塊鏈主要依靠加密技術來保障數據的安全。而加密散列函數則是該技術的關鍵。哈希是一種計算過程，哈希算法是一種可以輸入任意大小的數據，並輸出一個可預測且固定大小的哈希的算法（即哈希函數）。

無論輸入數據的大小如何，輸出始終是相同的字節。但如果輸入發生變化，輸出將完全不同。只要輸入不變，無論運行多少次哈希函數，輸出的哈希值將始終相同。

在區塊鏈中，這些輸出值（即哈希）是數據塊的唯一標識符。每個區塊的哈希是相對於前一個區塊的哈希生成的，這就是將區塊鏈接在一起，形成區塊鏈的原因。此外，區塊哈希是由該區塊所包含的數據決定的，這意味著對數據所做的任何更改都會更改區塊哈希值。

因此，該區塊的數據和前一個區塊的哈希共同決定了每一個區塊的哈希。這些哈希標識符在確保區塊鏈安全性和不可篡改方面發揮著重要作用。
哈希函數也用於驗證交易的共識算法中。例如，在比特幣區塊鏈上，工作量證明（PoW）算法運用了名為SHA-256的哈希函數。顧名思義，SHA-256輸入數據並輸出長度為256位或64個字符長的哈希值。

除了為分散式賬本中的交易記錄提供保護之外，密碼學還能夠在存儲數字貨幣的錢包的安全性方面發揮重要作用。如成對的公鑰和私鑰分別可以讓用戶通過使用非對稱或公鑰密碼學來接收和發送數字貨幣。私鑰被用於產生交易所需要的電子簽名，從而可以驗證所發送貨幣的所有權。

雖然具體內容已超出了本文範圍，但非對稱密碼學的特性能夠防止除私鑰持有者之外的任何人訪問存儲在數字貨幣錢包中的資金，從而，能夠在資金所有者決定使用它們之前保障這些資金的安全性（只要私鑰不被共享或泄露）。

密碼經濟學

除密碼學之外，一種被稱為密碼經濟學的較為新穎的概念也在維護區塊鏈網絡安全性方面發揮著重要作用。它與博弈論的研究領域息息相關，該理論通過數學原理模擬了具有既定規則和獎勵情境中理性行動者所做的決策。雖然傳統博弈論可以廣泛應用於一系列商業案例，但密碼經濟學也獨立建模並描述了分散式區塊鏈系統上節點的行為。

簡而言之，密碼經濟學是對區塊鏈協議中經濟學的相關研究，它們的設計原理可能基於其參與者的行為而產生不同的結果。密碼經濟學的安全性基於如下這種模型，即區塊鏈系統為節點提供了更大的激勵，使其能夠真實地採取行動，而不是採用惡意或錯誤的行為。再者，比特幣挖礦中使用的工作量證明共識算法是提供這種激勵方式的優秀案例。

當中本聰（Satoshi Nakamoto）提出比特幣挖礦的框架時，它就被有意地設計成昂貴且消耗資源巨大的工作。由於其複雜性和計算需求，PoW挖礦涉及大量的金錢和時間投入 — 與挖礦節點的位置和使用者無關。因此，這種結構能夠強有力地防範惡意活動，並為鼓勵了誠實的挖礦行為。惡意或低效的節點很快會區塊鏈網絡淘汰，而真實和高效的礦工有可能獲得大量的區塊獎勵。

同樣，風險和收益之間的平衡也可以通過將一個區塊鏈網絡的大部分哈希率放置到一個單獨的組織或實體的手中，來防止可能破壞共識的潛在攻擊的發生。就像被熟知的51%攻擊，一旦成功，便可能造成極大的破壞。而鑒於工作量證明的競爭機制和比特幣網絡的規模，惡意用戶獲得對大多數節點控制權的可能性是非常小的。

此外，在一個巨大的區塊鏈網絡當中，實現51％攻擊所消耗的算力將會是一個天文數字，因此，這種巨大的投資與相對較小的潛在回報差也對該攻擊的發生起到了直接的抑製作用。這也促成了區塊鏈的一個典型的特徵，即拜占庭容錯（BFT），該特徵說明了即使某些節點受到損害或發生惡意行為，分散式系統仍然可以繼續正常工作。

只要產生大量惡意節點的成本過高，且真實挖礦活動可以得到更好的激勵，該系統就能在毫無阻力的情況下地不斷壯大。然而，值得注意的是，相對較小的區塊鏈網絡系統會很容易受到攻擊，因為用於這些系統的總哈希率遠低於比特幣網絡的哈希率。

總結

通過博弈論和密碼學的結合運用，區塊鏈能夠像分散式系統一樣獲得更高的安全性。然而，幾乎與所有系統一樣，如何正確應用這兩個知識領域至關重要。去中心化和安全性之間的平衡對於構建可靠有效的數字貨幣網絡至關重要。

隨著區塊鏈的不斷發展和推廣，其安全系統也將發生變化，以滿足不同應用的需求。例如，現在為商業企業開發的私有區塊鏈更多地依賴於訪問控制所提供的安全性，而這與大多數公共區塊鏈所使用的博弈論機制（或密碼經濟學）大不相同。