สายโซ่แฮชและการเชื่อมโยงบล็อก

ห่วงโซ่แฮชเชื่อมโยงบล็อกข้อมูลเข้าด้วยกัน โดยแต่ละบล็อกจะมีแฮชของบล็อกก่อนหน้าอยู่ภายใน การแก้ไขบล็อกใดก็ตามจะทำให้แฮชของบล็อกนั้นเปลี่ยนไป และทำให้บล็อกทั้งหมดที่ตามมาใช้ไม่ได้ ห่วงโซ่นี้จึงสร้างบัญชีรายการที่ตรวจพบการแก้ไขได้และเพิ่มข้อมูลได้อย่างเดียว

แต่ละบล็อกประกอบด้วย: (1) ส่วนข้อมูล (ธุรกรรม) (2) แฮชของบล็อกก่อนหน้า (ตัวชี้ไปยังบล็อกก่อนหน้า) (3) การประทับเวลา (4) นอนซ์ (สำหรับการพิสูจน์การทำงาน) (5) รากเมอร์เคิลของธุรกรรม บล็อกแรก (บล็อกกำเนิด) มี previous_hash = "0"*64

import hashlib, json class Block: def __init__(self, data, prev_hash): self.data = data self.prev_hash = prev_hash self.hash = hashlib.sha256( json.dumps({'data':data,'prev':prev_hash}).encode() ).hexdigest()

หากผู้โจมตีแก้ไขข้อมูลของบล็อก 3 แฮชของบล็อก 3 จะเปลี่ยนไป บล็อก 4 อ้างอิงแฮชเดิมของบล็อก 3 ทำให้ห่วงโซ่ขาดที่บล็อก 4 ผู้โจมตีจึงต้องคำนวณแฮชใหม่สำหรับบล็อก 3, 4, 5, ... ไปจนถึงบล็อกปลายสุดทั้งหมด เมื่อใช้การพิสูจน์การทำงาน การคำนวณเช่นนี้ทำได้ยากเกินกว่าจะเป็นไปได้ในทางปฏิบัติ

ห่วงโซ่แฮชให้หลักฐานว่ามีการแก้ไข แต่ไม่ได้ทำให้ข้อมูลเปลี่ยนแปลงไม่ได้ด้วยตัวมันเอง หากไม่มีกลไกเพิ่มเติม เช่น การพิสูจน์การทำงาน ลายเซ็นดิจิทัล และการกระจายข้อมูล ผู้โจมตีที่ควบคุมห่วงโซ่ได้ก็สามารถเขียนห่วงโซ่ใหม่ได้ ฉันทามติแบบกระจายคือสิ่งที่ทำให้บล็อกเชนต้านทานการแก้ไขได้ในทางปฏิบัติ

กฎห่วงโซ่ที่ยาวที่สุดของบิตคอยน์: ห่วงโซ่ที่ถูกต้องซึ่งมีหลักฐานการทำงานสะสมมากที่สุดถือเป็นห่วงโซ่หลัก หากผู้โจมตีแยกห่วงโซ่ออกไป นักขุดที่ซื่อสัตย์จะต่อห่วงโซ่ที่ถูกต้องได้เร็วกว่า (สมมติฐาน 51%) ห่วงโซ่ที่ผู้โจมตีสร้างจึงสั้นกว่าและถูกทิ้ง

ไคลเอ็นต์ SPV (การตรวจสอบการชำระเงินอย่างง่าย) ของบิตคอยน์จะดาวน์โหลดเฉพาะส่วนหัวบล็อกขนาด 80 ไบต์ ซึ่งมีแฮชก่อนหน้า รากเมอร์เคิล นอนซ์ การประทับเวลา และบิต โหนดเต็มรูปแบบจะจัดเก็บธุรกรรมทั้งหมด ไคลเอ็นต์ SPV ตรวจสอบธุรกรรมด้วยหลักฐานเมอร์เคิลเทียบกับรากเมอร์เคิลในส่วนหัว

บล็อกกำเนิดของบิตคอยน์ (บล็อก 0, 3 ม.ค. 2009) มี prev_hash = 0x000...0 ซาโตชิฝังพาดหัวข่าว "เดอะไทมส์ 03/ม.ค./2009 รัฐมนตรีคลังใกล้ต้องขอความช่วยเหลือครั้งที่สองแก่ธนาคาร" ไว้ในธุรกรรมคอยน์เบสเพื่อเป็นหลักฐานยืนยันเวลา

ห่วงโซ่แฮชมีมาก่อนบล็อกเชน การใช้งาน ได้แก่ รายการเพิกถอนใบรับรอง (เชื่อมโยงด้วยแฮช) ความถูกต้องของบันทึก (ใช้แฮชของรายการบันทึกก่อนหน้า) และห่วงโซ่แห่งความไว้วางใจของ DNSSEC แนวคิดนี้ใช้ได้ทั่วไปกับโครงสร้างแบบเพิ่มข้อมูลได้อย่างเดียวทุกชนิด ซึ่งแต่ละรายการรับรองรายการก่อนหน้าทั้งหมด

เพื่อเร่งการซิงค์เริ่มต้น Bitcoin Core จะฝังแฮชของจุดตรวจสอบไว้ตายตัว ซึ่งเป็นแฮชของบล็อกที่ทราบว่าถูกต้อง ณ ความสูงบางค่า ไคลเอ็นต์ที่เริ่มซิงค์สามารถข้ามการตรวจสอบการพิสูจน์การทำงานของบล็อกก่อนจุดตรวจสอบได้ โดยเชื่อถือแฮชที่ฝังไว้ตายตัว ข้อแลกเปลี่ยนคือทำให้ลดการพึ่งพาความไว้วางใจได้น้อยลง

Git ใช้หลักการเดียวกัน โดยแต่ละคอมมิตจะระบุด้วย SHA-1/SHA-256 ของเนื้อหาและแฮชของคอมมิตแม่ การเรียกดูคอมมิตที่มีแฮชใดแฮชหนึ่งจะได้สถานะนั้นอย่างตรงกันทุกประการ ประวัติทั้งหมดของ Git จึงเป็นต้นไม้ออบเจ็กต์ที่เชื่อมโยงด้วยแฮช

เหตุใดผู้โจมตีจึงต้องคำนวณแฮชของบล็อกทั้งหมดที่ตามมาใหม่ หลังจากแก้ไขบล็อกหนึ่งบล็อก

ห่วงโซ่แฮชเชื่อมโยงบล็อกด้วยตัวชี้เชิงการเข้ารหัสลับ การแก้ไขจะส่งผลต่อบล็อกทั้งหมดที่ตามมา เมื่อใช้ร่วมกับการพิสูจน์การทำงานและฉันทามติแบบกระจาย จึงทำให้บล็อกเชนเปลี่ยนแปลงไม่ได้ในทางปฏิบัติ บทถัดไป: ต้นไม้เมอร์เคิลสำหรับตรวจสอบความถูกต้องของธุรกรรมอย่างมีประสิทธิภาพ