區塊雜湊

什麼是區塊雜湊？

區塊雜湊是一種密碼學指紋，用來識別區塊鏈中的特定區塊。

在加密貨幣網路中，區塊雜湊能讓節點、錢包、區塊鏈瀏覽器、礦工、驗證者、開發者及使用者精確指稱某個區塊，不必逐一描述其中的每筆交易。

區塊雜湊通常以一串很長的十六進位字串呈現，也就是由 0 到 9 的數字以及 a 到 f 的字母組成。

區塊雜湊的主要用途是證明區塊資料未遭變更。

即使區塊中只有一小部分改變，產生的雜湊值也會完全不同，因此容易察覺資料遭到竄改。

這項特性來自密碼學雜湊函式。這類函式具備單向性、確定性，且對輸入變化極為敏感，NIST 區塊鏈技術概覽對此有所說明。

簡單來說，區塊雜湊就像區塊的數位身分證。

不過，它比一般身分識別號碼更有力，因為它是根據區塊本身的資料產生。

這表示區塊雜湊不只為區塊貼上標籤，也有助於驗證區塊是否仍符合原始內容。

區塊雜湊在區塊鏈中的運作方式

區塊鏈由依序連接的區塊組成。

每個區塊通常都包含指向前一個區塊的參照。

這個參照通常就是前一個區塊的雜湊值。

由於每個區塊都指向前一個區塊雜湊，這些區塊便形成一條由密碼學連結組成的鏈。

如果攻擊者試圖修改較早的區塊，修改後的區塊就會產生新的雜湊值。

這個新雜湊值將不再符合下一個區塊中的前一區塊雜湊參照。

因此，從遭修改的區塊開始，後續區塊之間的鏈結就會中斷。

這是區塊鏈具備竄改可偵測性的主要原因之一。

當區塊資料無法產生預期的區塊雜湊時，網路能迅速察覺。

在加密貨幣網路中，這種連結方式可保護交易歷史、餘額計算，以及所有誠實節點遵循的共享帳本。

哪些資料會用來產生區塊雜湊？

產生區塊雜湊所用的確切資料，取決於區塊鏈的設計。

在 Bitcoin 類型的工作量證明系統中，區塊雜湊是對區塊標頭進行雜湊，而不是直接對完整區塊本體進行雜湊。

根據Bitcoin 開發者參考文件，Bitcoin 區塊標頭是一種 80 位元組結構，包含版本、前一區塊標頭雜湊、Merkle 根、時間戳記、難度目標及 Nonce 等欄位。

Merkle 根尤其重要，因為它概括表示區塊中的交易。

如果交易有所變動，交易雜湊值也會改變。

這項變化會影響 Merkle 樹，並產生不同的 Merkle 根。

由於 Merkle 根是區塊標頭的一部分，區塊雜湊也會隨之改變。

這種設計讓區塊雜湊能以精簡方式表示區塊標頭及交易集合。

在帳戶型智能合約網路中，區塊雜湊可能根據不同結構計算，但目標仍相同。

區塊雜湊應識別單一區塊，並協助證明區塊資料符合網路接受的內容。

區塊雜湊與密碼學雜湊函式

密碼學雜湊函式會將輸入資料轉換為固定長度的輸出值。

例如，雜湊函式可將大型區塊標頭轉換成較短的雜湊值，使其更容易比較、儲存和傳輸。

良好的雜湊函式具有確定性，也就是相同輸入一定會產生相同輸出。

良好的雜湊函式也具備抗原像性，代表只憑雜湊值，實際上無法以計算方式還原原始輸入。

它也應具備抗碰撞性，也就是極難找到兩個不同輸入，卻能產生相同雜湊值。

這些特性對加密貨幣至關重要，因為節點必須在不信任中央資料庫的情況下，就相同區塊資料達成一致。

當節點各自計算出相同區塊的同一個區塊雜湊時，就能確認自己看到的資料一致。

如果計算出的雜湊值與預期區塊雜湊不符，該區塊可能無效、不完整、損毀，或不屬於相同的鏈狀態。

工作量證明挖礦中的區塊雜湊

在工作量證明挖礦中，區塊雜湊直接關係到挖礦流程。

礦工會收集交易並建立候選區塊，接著反覆變更 Nonce 等資料，直到區塊標頭產生符合網路難度目標的雜湊值。

有效雜湊值必須低於協議設定的目標值。

因此，工作量證明挖礦需要反覆進行雜湊運算並投入大量計算能力。

礦工不只是產生任意區塊雜湊，而是在尋找符合難度規則的罕見區塊雜湊。

礦工找到有效區塊雜湊後，就能將區塊廣播至網路。

其他節點不必重做礦工的所有工作。

它們只需對區塊標頭計算一次雜湊，並確認結果是否符合目前的難度目標。

這形成重要的不對稱性：找到有效區塊可能很困難，但驗證區塊可以很快。

這種不對稱性是工作量證明區塊鏈能讓許多獨立節點檢查帳本的原因之一。

權益證明網路中的區塊雜湊

在權益證明網路中，區塊雜湊仍用來識別區塊，但它並非以相同方式透過挖礦競爭產生。

驗證者會依照共識協議規則提出區塊並進行證明。

Ethereum 完成 The Merge 後，共識層會使用信標鏈資料結構和雜湊樹根；執行層則仍有可透過雜湊值識別的執行區塊。

Ethereum 權益證明共識規範說明，共識物件會使用 SSZ 和雜湊樹根進行雜湊。

這一點很重要，因為現代區塊鏈系統可能同時使用多種與雜湊相關的概念。

使用者可能會在區塊鏈瀏覽器看到執行區塊雜湊，而處理共識資料的開發者也可能會接觸信標區塊根。

這兩種概念都有助於識別和驗證區塊鏈資料，但分屬協議的不同層級。

在一般詞彙說明中，區塊雜湊通常是指用來識別所討論鏈上區塊的雜湊值。

區塊雜湊與交易雜湊的差異

區塊雜湊用來識別區塊。

交易雜湊則用來識別交易。

這項差異很簡單，但非常重要。

交易雜湊可用來查詢單筆轉帳、兌換、智能合約呼叫或其他交易操作。

區塊雜湊則可用來查詢包含多筆交易的區塊。

大多數區塊鏈瀏覽器的交易頁面會顯示寄件者、收件者、價值、手續費、確認狀態及交易被納入的區塊編號等資訊。

區塊頁面則會顯示區塊高度、時間戳記、驗證者或礦工資訊、Gas 或區塊大小資料、交易筆數及區塊雜湊等資訊。

交易雜湊可以位於某個區塊中，而區塊雜湊代表的是更大的容器。

如果交易因鏈重組而從區塊中移除，交易雜湊可能保持不變，但其確認區塊的雜湊值可能會改變。

因此，開發者和分析人員通常會同時追蹤交易雜湊和區塊雜湊。

區塊雜湊與區塊高度的差異

區塊高度是區塊在鏈上的位置。

區塊雜湊則是區塊本身的密碼學識別碼。

例如，區塊高度 1000 表示該區塊位於創世區塊之後的特定位置。

不過，發生暫時性鏈分叉時，可能有兩個不同區塊在相同高度競爭。

這些競爭區塊會有不同的區塊雜湊。

網路最終會依照共識規則，選擇該高度上的一個規範區塊。

因此，僅使用區塊高度並不一定足以支援精確的技術操作。

區塊高度適合用於導覽和排序。

區塊雜湊適合用於精確識別和驗證。

許多節點 API 允許使用者依區塊高度查找區塊，並傳回其區塊雜湊。

例如，Bitcoin Core getblockhash RPC 文件說明，可以根據指定區塊高度，傳回最佳區塊鏈中的區塊雜湊。

區塊雜湊為何攸關安全性

區塊雜湊讓區塊鏈紀錄難以在不被察覺的情況下竄改。

由於每個區塊都參照前一個區塊雜湊，若要變更較早的區塊，就必須同時修改該區塊及其後的所有區塊。

在工作量證明鏈上，這代表必須重新完成大量挖礦工作。

在權益證明鏈上，這代表違反共識規則，並面臨經濟罰則，或遭誠實的驗證者和節點拒絕。

區塊雜湊也能協助節點偵測來自其他節點的無效資料。

如果其他節點傳送的區塊無法產生所聲稱的區塊雜湊，接收節點就能拒絕該區塊。

這能保護網路免受資料損毀、不誠實訊息及意外傳輸錯誤影響。

區塊雜湊也支援輕量用戶端和驗證工具。

輕量用戶端可能不會儲存每個完整區塊，但能運用區塊標頭、區塊雜湊及證明來驗證特定資料。

因此，區塊雜湊對於擴大區塊鏈資訊的存取能力十分重要，不必要求每位使用者都下載整條鏈。

區塊雜湊與確認數

確認是指交易已納入某個區塊，且該區塊之後又產生了更多區塊。

交易通常在出現在有效區塊中時取得第一次確認。

每增加一個後續區塊，確認數就會再增加一次。

確認區塊的雜湊值能讓使用者精確知道交易最初被納入哪個區塊，因此相當實用。

一般而言，確認數越多，交易因鏈重組而遭移除的可能性越低。

不過，確認安全性取決於區塊鏈、共識模型、網路狀況及交易價值。

小額付款可能只需較少確認數。

對於較大額的轉帳，使用者和企業通常會等待更多確認。

每個新區塊都有自己的雜湊值並指向前一區塊雜湊，因此區塊雜湊有助於追蹤這個過程。

如此一來，就能從交易所在的區塊一路追溯到目前的鏈頂端，形成清楚的記錄。

區塊雜湊與鏈重組

鏈重組是指網路以另一段有效鏈取代近期已接受的鏈上區段。

如果兩個區塊幾乎同時產生，且網路不同部分先看到的區塊不同，就可能發生鏈重組。

重組期間，交易可能從一個區塊移至另一個區塊，也可能回到待處理交易池。

重組後，原始區塊雜湊可能不再代表規範區塊。

因此，應用程式不應只依賴交易立即納入區塊的狀態來處理高價值操作。

應用程式也應監控確認數及最終性規則。

在具備最終性的權益證明系統中，正常情況下最終確認的區塊更難被撤銷。

在工作量證明系統中，區塊越深，撤銷難度越高，因為取代這些區塊需要累積更多工作量。

追蹤區塊雜湊有助於應用程式確認交易所在區塊是否仍位於網路接受的鏈上。

智能合約中的區塊雜湊

智能合約可能會在有限範圍內使用區塊雜湊進行鏈上邏輯判斷，但開發者必須謹慎。

在 Solidity 中，blockhash 函式可傳回近期區塊的雜湊值；不過，Solidity 全域變數官方文件提醒開發者，除非完全了解相關風險，否則不要將 blockhash 或時間戳記視為安全的隨機來源。

原因是區塊產生者可能在某種程度上影響與區塊相關的數值。

如果資金、獎勵、鑄造結果、遊戲結果或彩票結果取決於區塊雜湊，攻擊者可能得以影響或利用這項設計。

當涉及的價值很高時，使用區塊雜湊產生隨機數尤其危險。

若要安全產生隨機數，開發者通常偏好更完善的方式，例如承諾揭露方案、可驗證隨機函式，或經審慎設計的預言機系統。

區塊雜湊可用於參照、證明及近期鏈上資料，但不應被視為完美的隨機資料。

256 個區塊規則與較新的歷史資料存取方式

在 Ethereum 類型的 EVM 網路中，傳統 BLOCKHASH 操作碼只能查詢近期區塊。

Solidity 文件指出，透過標準 blockhash 函式只能取得最近 256 個區塊的雜湊值。

這項限制是基於擴展性考量；若要直接儲存無限量區塊雜湊以供合約輕易存取，將增加狀態資料和用戶端需求。

Ethereum 的 Pectra 升級引進 EIP-2935，透過系統合約在狀態中儲存並提供更長範圍的歷史區塊雜湊。

EIP-2935 規範定義了包含 8191 個區塊雜湊的歷史資料提供窗口，同時維持傳統 BLOCKHASH 的資料提供窗口不變。

Ethereum Foundation 的 Pectra 主網公告訂定 Pectra 於 2025 年 5 月 7 日啟用，並將 EIP-2935 列為升級內容之一。

這項更新對開發者很重要，因為它改善了近期歷史區塊雜湊的存取方式，但沒有改變區塊雜湊的基本意義。

這也支援與無狀態執行、證明及更有效率區塊鏈驗證相關的後續工作。

如何查詢區塊雜湊

使用者可透過區塊鏈瀏覽器、節點、RPC 端點或開發者工具查詢區塊雜湊。

在區塊鏈瀏覽器中，使用者通常可以依區塊編號、交易雜湊、錢包地址或區塊雜湊搜尋。

開發者則可在節點上使用 RPC 呼叫取得區塊資料。

在 Bitcoin Core 中，getblockhash 指令會傳回最佳區塊鏈上指定高度的區塊雜湊。

Ethereum JSON-RPC 的官方文件列出多種區塊相關方法，讓應用程式能取得區塊鏈資料。

許多相容 EVM 的 API 也支援 eth_getBlockByHash 等方法，可傳回與特定雜湊值相符的區塊資訊。

這對需要精確區塊參照的錢包、分析儀表板、託管系統、稅務工具、跨鏈橋及交易基礎架構都很有用。

建置正式環境系統時，開發者也應處理查無區塊雜湊、區塊不再屬於規範鏈，或區塊屬於不同網路等情況。

區塊雜湊在加密貨幣中的常見用途

區塊雜湊可用於驗證區塊完整性。

區塊雜湊可用於將區塊連接成安全的鏈。

區塊鏈瀏覽器會使用區塊雜湊建立索引並顯示區塊資訊。

節點會使用區塊雜湊比較鏈頂端並驗證收到的區塊。

API 會使用區塊雜湊請求特定區塊資料。

分析工具會使用區塊雜湊追蹤交易納入狀態、鏈重組及網路活動。

跨鏈橋和證明系統會使用區塊雜湊參照來源鏈資料。

錢包和機構系統會使用區塊雜湊記錄交易在哪個區塊獲得確認。

區塊雜湊也有助於稽核，因為它能精確指向歷史區塊鏈狀態。

例如，稽核人員不必只記錄轉帳大約發生的時間，而可以記錄交易雜湊、區塊高度、區塊時間戳記及區塊雜湊。

如此一來，加密貨幣營運就能留下更可靠的證據軌跡。

區塊雜湊的實際範例

假設使用者送出一筆加密貨幣交易。

交易起初會等待納入區塊。

礦工或驗證者將交易納入區塊後，該區塊就會取得區塊雜湊。

接著，使用者可以開啟區塊鏈瀏覽器，查看區塊中的交易。

瀏覽器可能會顯示區塊編號、區塊雜湊、時間戳記、網路手續費及確認數。

如果交易持續留在規範鏈上，之後就會產生更多區塊。

每個後續區塊都會透過前一區塊雜湊鏈結回溯。

這讓使用者和網路能清楚驗證該交易是否屬於已接受的帳本歷史。

如果該區塊在鏈重組期間遭到取代，交易可能會出現在另一個區塊雜湊之下，或需要重新確認。

區塊雜湊為何看起來像隨機字串

區塊雜湊看起來常像隨機字串，因為密碼學雜湊函式產生的輸出不會透露輸入資料的明顯模式。

即使兩個區塊標頭幾乎相同，它們的雜湊值也應看起來完全不同。

這種現象稱為雪崩效應。

這項特性很有用，因為攻擊者無法輕易預測微小變更會如何影響最終雜湊值。

在工作量證明挖礦中，這讓挖礦成為反覆嘗試的過程。

在一般區塊鏈驗證中，這讓雜湊值成為區塊精確資料的強力指紋。

雜湊值在人眼看來可能像隨機數，但從數學角度來看，它並非隨機。

它完全由輸入資料及雜湊演算法決定。

因此，所有誠實節點使用相同的有效區塊資料計算雜湊時，應會得到相同結果。

兩個區塊可能有相同的區塊雜湊嗎？

理論上，兩個不同輸入可能產生相同雜湊值，這稱為碰撞。

實務上，現代密碼學雜湊函式的設計使得以計算方式找到這類碰撞並不可行。

對加密貨幣系統而言，抗碰撞性至關重要，因為如果兩個不同區塊具有相同區塊雜湊，將造成嚴重的安全問題。

因此，區塊鏈協議會採用經過充分研究的雜湊函式和保守的安全性假設。

使用者通常不必擔心主要區塊鏈系統中意外發生區塊雜湊碰撞。

更實際的風險包括實作錯誤、不安全的智能合約設計、不完善的金鑰管理、網路釣魚、跨鏈橋風險，或對確認深度的誤解。

區塊雜湊與資料完整性

資料完整性是指資料維持準確、完整，且未偏離已接受的內容。

區塊雜湊可讓任何人重新計算雜湊值並與預期值比較，以支援資料完整性。

如果兩個數值相符，資料很可能與已接受的區塊資料相同。

如果數值不符，就表示出現了問題。

因此，區塊雜湊的用途不只限於一般轉帳。

它也能支援證明、快照、稽核、索引系統及長期紀錄。

例如，加密貨幣會計系統可以將區塊雜湊與每日餘額快照一併儲存。

之後，團隊可將記錄的區塊雜湊與鏈上資料比較，確認快照是否取自預定區塊。

這比只記錄日期或大約時間可靠得多。

區塊雜湊與最終性

最終性是指依照網路規則，某個區塊已被視為完成結算。

不同區塊鏈對最終性的定義各不相同。

有些網路採用機率式最終性，區塊之後新增的區塊越多，就越難撤銷。

另一些網路則採用經濟或協議最終性；驗證者會最終確認檢查點，若要撤銷就必須嚴重違反規則。

區塊雜湊有助於識別達到特定結算程度的確切區塊。

不過，單靠區塊雜湊並不能得知完整的最終性狀態。

應用程式應將區塊雜湊追蹤與各鏈專屬的確認數或最終性邏輯搭配使用。

這對入金、提領、跨鏈轉帳、高價值交易及自動結算系統尤其重要。

開發者最佳做法

記錄重要鏈上事件時，開發者應同時儲存區塊高度和區塊雜湊。

經過合理的確認期間後，應檢查區塊是否仍位於規範鏈上。

避免將區塊雜湊作為金融結果唯一的隨機來源。

應使用官方節點 API，並確認各鏈如何定義區塊雜湊、區塊根、最終性及歷史資料存取方式。

依雜湊值請求區塊時，應妥善處理空值回應。

也應將交易層級邏輯與區塊層級邏輯分開。

交易雜湊可證明交易的識別資訊，而區塊雜湊則可證明納入交易的區塊識別資訊。

對跨鏈橋、索引器及分析系統而言，應將鏈重組納入設計考量，不要假設最先看到的區塊就是最終區塊。

妥善處理區塊雜湊能讓加密貨幣應用程式更可靠、更容易稽核，也更安全。

常見問題

加密貨幣領域中的區塊雜湊是什麼意思？

在加密貨幣領域，區塊雜湊是用來識別區塊鏈中特定區塊的密碼學雜湊值。

它就像區塊的數位指紋，有助於驗證區塊資料是否遭到變更。

區塊雜湊與交易雜湊相同嗎？

不同。區塊雜湊識別區塊，而交易雜湊識別單筆交易。

一個區塊可包含多筆交易，因此一個區塊雜湊可能連結到多個交易雜湊。

區塊雜湊為什麼重要？

區塊雜湊能將區塊連結起來、維持資料完整性、協助節點驗證區塊，並讓使用者精確參照區塊鏈歷史，因此十分重要。

如果沒有區塊雜湊，去中心化網路將更難偵測竄改並對同一份帳本達成一致。

區塊雜湊會改變嗎？

相同區塊資料的雜湊值不會改變，但鏈重組期間，特定高度上的規範區塊可能會改變。

因此，交易有時一開始會顯示在某個區塊雜湊之下，之後則在另一個區塊雜湊下獲得確認。

智能合約可以使用區塊雜湊產生隨機數嗎？

在某些網路上，智能合約可以讀取特定近期區塊的雜湊值，但將區塊雜湊作為隨機數來源具有風險。

區塊產生者可能影響某些區塊相關數值，因此高價值應用程式應採用更完善的隨機數設計。

如何查詢區塊雜湊？

你可以透過區塊鏈瀏覽器、節點指令或 RPC 方法查詢區塊雜湊。

許多區塊鏈瀏覽器允許使用者依區塊高度或交易雜湊搜尋，再查看相關區塊雜湊。

區塊雜湊與前一區塊雜湊有什麼不同？

區塊雜湊識別目前的區塊。

前一區塊雜湊則是目前區塊中的欄位，指向它前面的區塊。

區塊雜湊為何看起來像隨機的字母和數字？

區塊雜湊看起來像隨機字串，是因為密碼學雜湊函式會產生固定長度的輸出，而且不會顯示輸入資料的明顯模式。

這讓區塊雜湊能成為區塊鏈資料的安全指紋。

結論

區塊雜湊是加密貨幣技術的核心組成之一。

它能識別區塊、保護資料完整性、連結區塊，並協助去中心化節點對相同的帳本歷史達成一致。

在工作量證明系統中，區塊雜湊與挖礦及難度目標相關。

在權益證明系統中，儘管共識流程不同，區塊雜湊仍在識別和驗證已接受的區塊資料方面扮演重要角色。

使用者可利用區塊雜湊檢查確認狀態、查看區塊鏈瀏覽器資料，以及證明交易被納入哪個區塊。

對開發者而言，區塊雜湊對 API、索引器、稽核、跨鏈橋、智能合約及鏈重組處理都很重要。

重點很簡單：區塊雜湊不只是標籤。

它是一種密碼學指紋，有助於讓區塊鏈紀錄可供驗證、彼此連結，並能抵抗隱蔽的變更。