加密貨幣開發者最關心的問題之一就是雙重支出問題。這是指個人多次使用該加密貨幣餘額的發生率，實際上在支出記錄和可用加密貨幣金額以及其分配方式之間產生了差異。

雙重支出問題是現金所沒有的問題；如果你用一張10美元的鈔票買了一個三明治，把那張鈔票交給三明治**商，你就不能掉頭把同樣的10美元花在別的地方。然而，使用數字貨幣（如比特幣）的交易完全是以數字方式進行的。這意味著可以複製事務細節並重播它，以便同一個BTC可以被一個所有者多次使用。下麵，我們將研究加密貨幣開發人員如何確保雙重支出不會發生。

關鍵要點

• 數字貨幣概念帶來的一個技術問題是，有人能夠複製數字貨幣，同時在兩個或多個地方消費。
• 在基於區塊鏈的加密貨幣（如比特幣）中，透過使用稱為工作證明（PoW）的共識機制，可以防止這種“雙重消費”問題。
• 這個PoW由分散的“礦工”網路執行，他們不僅確保區塊鏈賬本上過去交易的真實性，而且還檢測和防止重覆支出。

理解區塊鏈

支撐比特幣等數字貨幣的區塊鏈本身無法防止雙重消費。相反，所有涉及相關加密貨幣的不同交易都會過賬到區塊鏈，在區塊鏈中，它們會被單獨驗證，並受到確認流程的保護。在比特幣和許多其他加密貨幣的情況下，以這種方式確認的交易變得不可逆轉；它們公開釋出並永久儲存。

比特幣是第一種解決雙重消費問題的主要數字貨幣。它透過實施這種確認機制和維持一個通用的分類賬系統來做到這一點。透過這種方式，比特幣區塊鏈保留了可追溯到2009年加密貨幣創立時的時間戳交易記錄。

在比特幣術語中，“塊”是永久記錄資料的檔案。所有最近的交易都被寫入塊中，很像交易所的股票交易分類賬。來自區塊的資訊每隔幾分鐘就被新增到分類賬中；網路上的所有節點都維護一份區塊鏈賬本。使用者可以瀏覽比特幣區塊鏈，並僅從數量方面審查交易。任何交易中買賣雙方身份的詳細資訊都受到高階加密的保護，這也保護了賬本不受外部來源的篡改。當區塊鏈賬本更新時，所有比特幣錢包也會更新。

應付雙重開支

假設您有1個BTC，並且您嘗試在兩個單獨的事務中使用它兩次。您可以嘗試將相同的BTC傳送到兩個不同的比特幣錢包地址。然後，這兩個事務都將進入未確認事務池。第一筆交易將透過確認機制獲得批准，然後在隨後的區塊中進行驗證。不過，第二筆交易將被確認程式認定為無效，不予核實。如果兩個交易同時從池中拉出進行確認，則確認次數最多的交易將包含在區塊鏈中，而另一個交易將被丟棄。

雖然這有效地解決了雙重支出的問題，但也不是沒有問題。例如，第二筆（失敗的）交易的預期接收者不會參與交易本身的失敗，但該人不會收到他們預期的比特幣。許多商戶至少要等待6次交易確認（這意味著在相關交易之後，隨後的6個交易區塊被新增到區塊鏈中）。此時，商家可以放心地假設交易是有效的。

此係統中還存在其他漏洞，可能導致發生雙倍開銷攻擊。例如，如果攻擊者能夠以某種方式控制網路中至少51%的使用者，他們就可以進行雙倍的開銷。如果攻擊者能夠以某種方式控制如此強大的計算能力，他們就可以逆轉交易並建立單獨的私有區塊鏈。然而，比特幣的快速增長幾乎保證了這種攻擊是不可能的。

工作證明“採礦”解釋道

現在讓我們更專業一點。使用者檢測篡改的方式，例如在實踐中試圖加倍消費，是透過雜湊，作為工作證明（PoW）的長串數字。將給定的一組資料透過雜湊函式（比特幣使用SHA-256），它將只生成一個雜湊。但是，由於“雪崩效應”，即使對原始資料的任何部分進行微小更改，也會導致完全無法識別的雜湊。無論原始資料集的大小如何，給定函式生成的雜湊值都是相同的長度。雜湊是一個單向函式：它不能用於獲取原始資料，只能檢查生成雜湊的資料是否與原始資料匹配。

對於現代計算機來說，僅僅為一組比特幣交易生成任何雜湊值都是微不足道的，因此為了將該過程轉化為“工作”，比特幣網路設定了一定程度的“難度”。調整該設定，以便“挖掘”一個新的區塊，透過生成有效雜湊值（大約每10分鐘）新增到區塊鏈中。設定難度是透過為雜湊建立一個“目標”來實現的：目標越低，有效雜湊集就越小，生成一個雜湊就越困難。實際上，這意味著一個以長的零字串開始的雜湊：例如，塊#429818的雜湊值為00000000000004dd3426129639082239efd583b5273b1bd75e8d78ff2e8d。該區塊包含2012筆交易，涉及1000多枚比特幣，以及前一區塊的標頭。如果使用者將一筆交易金額更改為0.0001比特幣，則生成的雜湊將無法識別，網路將拒絕欺詐。

既然給定的一組資料只能生成一個雜湊，那麼礦工如何確保生成的雜湊低於目標值？它們透過新增一個稱為nonce的整數（“使用一次的數字”）來改變輸入。一旦找到一個有效的雜湊，它就會被廣播到網路中，並將塊新增到區塊鏈中。

採礦是一個競爭的過程，但它更像是一種彩票而不是一場競賽。平均來說，有人會每十分鐘產生一個可接受的工作證明，但誰會是任何人的猜測。礦工們**在一起，以增加開採區塊的機會，從而產生交易費用，併在有限的時間內獎勵新創造的比特幣。

工作證明使得改變區塊鏈的任何方面都極為困難，因為這種改變需要重新挖掘所有後續區塊。這也使得一個使用者或一組使用者很難壟斷網路的計算能力，因為完成雜湊函式所需的機器和能量是昂貴的。