區塊鏈安全——什么是雙花問題？_比特幣

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什么是雙重支出？

雙花問題是數字現金系統中的一個潛在問題，在該系統中，相同的資金同時支付給兩個接收者。如果沒有合適的機制，僅憑借協議是無法徹底解決雙花問題的，用戶無法驗證是否自己所接收的資金沒有同時在其他地方被支付。

在數字現金方面，確保特定的貨幣單元不可重復是至關重要的。如果Alice可以接收10個貨幣單元，并可以將其復制粘貼10次，然后發現自己擁有了100個貨幣單元，那么整個系統將受到破壞。同樣，如果她可以同時將相同的10個貨幣單元同時發給Bob和Carol，則這樣機制將無法正常工作。因此，為了使數字貨幣能夠正常運行，必須有合適的機制來防止這種行為的發生。

區塊鏈預覽器BlockScout發布v3.7.2版本:區塊鏈預覽器BlockScout發布v3.7.2-beta版本，該版本修復和改進了搜索方面的功能。[2021/7/29 1:22:56]

如何防止雙重支出的發生？

中心化方式

中心化方式比去中心化方案更容易實施。通常，需要安排一名監督員來管理系統并控制單位的發行和分配。大衛·肖姆的eCash就是通過中心化方式解決雙花問題的一個有效例子。

要向用戶發行類似于現金的數字資產，銀行可以使用盲簽方式-密碼學家DavidChaum在1982年的論文《不可追溯的盲簽支付方案》中對此進行了詳細說明。

在這種情況下，如果某個用戶希望在銀行賬戶中支取100美元的數字現金，則必須先通知銀行。如果他的帳戶中有余額，那么他將生成一個隨機數。假設他生成了五個隨機數，每個數字代表的價值為20美元。為了防止銀行能夠追蹤到特定的貨幣單元，Dan通過為每個隨機單位添加盲因子來混淆隨機數。

恒豐銀行用區塊鏈解決養殖抵押難題:7月23日，恒豐銀行發放首筆“好牛快貸”涉農貸款，借助區塊鏈技術孿生了同等價值的“數據牛”，160頭牛獲批200萬元的專項貸款，精準化解了農戶批量養牛的資金壓力。該業務拓寬了涉農信貸增信方式，有效破解活體資產確權難、抵押難、監管難等問題，是金融服務鄉村振興的又一創新探索，也是恒豐銀行打造一流數字化敏捷銀行的有力實踐。（齊魯網）[2021/7/24 1:13:23]

然后，他將這些數據交給銀行，該銀行從他的帳戶中扣除100美元的余額，并對消息進行簽名，證明五條信息中的每條信息都可以代表20美元。之后，Dan就可以使用銀行所發行的數字現金了。現在他去Erin的餐廳用餐花費了40美元。

Dan可以消除盲因子，以暴露與每個數字現金“賬單”相關的隨機數，該隨機數可以用作每個單元的唯一標識符。他向Erin透露了其中的兩個，Erin現在必須立即向銀行申請驗證這筆資金，以防止Dan將其支付給其他人。銀行將檢查簽名是否有效，如果一切正確，它將向Erin的帳戶中存入40美元。

聲音 | 國家發改委涂圣偉：加快區塊鏈等現代技術在農業領域的應用:國家發展改革委產業經濟與技術經濟研究所副主任涂圣偉表示，糧食生產功能區和重要農產品生產保護區（“兩區”）建設是筑牢重要農產品有效供給的“壓艙石”。推進數字鄉村試點建設，加快物聯網、大數據、區塊鏈、人工智能、第五代移動通信網絡、智慧氣象等現代信息技術在農業領域的應用。加強現代農業設施建設，增強農業綜合生產能力。（澎湃新聞）[2020/2/11]

現在，上面所有的交易記錄都已經核對無誤，如果Erin希望以同樣的方式使用她的賬戶余額，則必須在銀行賬戶上執行相同的操作。

Chaumian

去中心化方式

在沒有監督機制的生態系統中如何確保不發生“雙花”支付，是相當更具挑戰性的。具有同等能力的參與者必須按照一組規則進行協商，防止欺詐的發生，并激勵所有用戶誠信經營。

動態 | 濟南市歷下區領導干部大會：加強區塊鏈等新知識學習:2月12日下午，濟南市歷下區召開全區領導干部大會。2019年，歷下區將在學習和實踐中不斷汲取能量、提高本領。通過加強產業金融、人工智能、區塊鏈等新理論、新知識的學習，著力增強專業思維、專業素養，努力做所在領域的專家、行家、實干家，在實踐中增才干。[2019/2/14]

比特幣白皮書中提出的最大創新是雙花問題的解決方案。中本聰提出了一種數據結構，盡管現在沒有這樣引用，但它現在被廣泛稱為區塊鏈。

區塊鏈實際上只是具有某些獨特屬性的數據庫。網絡上的參與者運行專門的軟件，該軟件使節點能夠將其數據庫副本與其他節點進行同步。促使整個網絡都可以從創世區塊開始，審核和追溯鏈上發生的交易。通過公開查看區塊鏈，可以很容易地檢測和防止欺詐行為活動，例如識別出進行雙花支出的交易。

聲音 | 中國科學院院士王小云：沒有哈希函數的概念就不可能有區塊鏈的概念:人民網北京12月18日電，中國科學院院士、中國密碼學家王小云今天下午做客人民網強國論壇“改革開放 巾幗力量”網絡訪談。王小云的主要研究領域是哈希函數，哈希函數是區塊鏈最為核心的密碼技術。王小云說：“沒有哈希函數的概念就不可能有區塊鏈的概念。全球計算機網絡、計算機系統電子簽名，還有眾多的密碼系統都使用哈希函數，沒有哈希函數，這些算法和系統就會產生安全問題，出現安全漏洞。”[2018/12/19]

用戶廣播交易時，不會立即將其添加到區塊鏈中，必須首先通過挖礦將其打包在區塊中。這樣，接收者在確定交易已經添加到區塊鏈之后，才可以認為該交易有效。否則，他們有失去資金的風險，因為發送方可能在其他地方支付了相同的代幣。

如果交易被區塊鏈正式確認，則代幣就不可能被重復使用，因為所有權已分配給新用戶，并且整個網絡都可以對此進行驗證。出于這個原因，許多人建議在接受有效付款之前先等待多次確認。隨后的每個區塊的驗證，都會對修改或重寫區塊鏈，增加極大的工作量。

讓我們回顧一下剛才餐廳的消費場景。Dan回到餐廳，這次在窗口上看到一個“此處接受比特幣支付”的標簽。他對上一次的用餐非常滿意，所以他再次點了同樣的套餐。花費了他0.005BTC。

Erin向他展示了一個公共地址，他必須將資金發送到該地址上。Dan支付后，廣播了該交易，這實質上是一個已簽名的消息，指出Dan擁有的0.005

但是，如前所述，該交易僅能夠在被區塊鏈確認后才能有效。如果在沒有區塊鏈確認的情況下就確認接收到該筆資金，就像接上一案例中接收40美元的eCash一樣，如果不立即通過銀行兌現，發送方可以將該筆資金又在其他地方。因此，我們建議Erin在確認Dan的付款之前至少等待6個區塊確認。

比特幣雙花問題

比特幣通過精心設計，至少現階段按預期使用協議時，可以有效防止雙重支出攻擊。也就是說，如果我們等待區塊中的交易確認，則發送者沒有簡單的方法可以撤消它。為此，他們將需要“反轉”區塊鏈，這需要非常龐大的哈希計算資源。

但是，針對某些未確認交易，可能出現少數的雙重支出攻擊。例如，對于某些價值較低的消費場景，商家可能不會等待交易被區塊鏈驗證才進行確認。忙碌的快餐店可能無法等待每筆購物交易都在區塊鏈上進行驗證。因此，如果一家企業啟用了“即時”付款，那么就可能發生雙花支出。有人可能會點一個漢堡，然后進行支付，同時他會立即將相同的資金發送到他們自己的地址。當后面這筆交易的手續費用較高時，后面的交易很可能會首先被確認，因此將使先前的交易無效。

有兩種雙花攻擊的普遍方式：

51％攻擊：單個實體或組織設法控制超過50％的哈希算力，這使他們可以刪除或修改交易的順序。這種攻擊在比特幣網絡上發生是極不可能的，但在其他區塊鏈網絡中可能發生過。競賽攻擊：使用相同的資金連續廣播兩個沖突的交易，但只有一項交易得到確認。攻擊者的目標是通過驗證對他有利的交易來使另一個支付無效。競賽攻擊一般要求接收者在交易未經確認前，就確認該筆支付已到賬。芬妮攻擊：攻擊者將一個交易預挖為一個區塊，而沒有立即將其廣播到網絡中。相反，他將相同的代幣花費在另一筆交易中，然后才廣播他之前所預挖的區塊，這可能會使支付無效。芬妮攻擊需要發生一系列相關聯的事情，并且還取決于接收者能夠接受未經確認的交易。正如我們所看到的，等待區塊確認能夠大大降低成為雙花受害者的風險。

總結

“雙花”問題可能會讓某些用戶在電子現金系統上多次使用同一筆資金，謀取不當的經濟收益。在傳統上，該領域也缺乏相對應的解決方案。

但是，好在中心化的金融方案使用了盲簽方式作為解決該問題的一種方式。后來，工作量證明機制和區塊鏈技術的創建催生了比特幣，成為一種強大的去中心化貨幣形式，這種形式能夠有效防范雙重支付的發生，這反過來又激發了成千上萬其他加密貨幣項目。

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