Blockchain 101 (下集) — 從區塊鏈瀏覽器一窺比特幣『公開式帳本』& UTXO 記帳模式
上集我們透過 Bob & Laura 的比特幣交易過程，讓大家對區塊鏈及比特幣都有了初步的認識。( 還沒讀過嗎？ ☞ Blockchain 101 (上集) — 最白話的區塊鏈懶人包 ) 這次要帶大家目睹『公開式帳本』究竟長什麼樣子以及他的記帳模式。
很多人說過一句話：要真正了解區塊鏈跟加密貨幣，先去買個比特幣吧！今天我們不用買幣，直接來看看別人的比特幣交易背後到底怎麼運作的。
區塊鏈瀏覽器 Blockchain Explorer
市面上有很多區塊鏈瀏覽器，基本上看到的資訊大同小異，我們來看看 Bob & Laura 交易成功後的比特幣公開帳本上，可以看到什麼資訊。
以 blockchain.com 為例：左邊可以選擇你想看到的比特幣鏈上所有區塊、交易紀錄等資訊。
區塊資訊 Block
上集有提到，所有鏈上的交易都需要礦工幫我們打包成區塊，交易被確認後礦工也從中獲取獎勵。
左圖第一行是區塊的 Hash 值，我們能透過 Hash 值唯一且準確地定義一個區塊，區塊鏈中每個區塊的 Hash 值都可以被驗算，計算出的 Hash 沒有變化也就意味著區塊中的信息沒有被篡改。
而瀏覽器上區塊的重要資訊包含：
- Number of Transactions 總交易數量：一個區塊可以乘載 1MB 的交易內容，大約每十分鐘不等的時間就會再產生一個新的區塊來記錄交易（見上圖藍框處），如同帳本寫滿就要換頁的概念。
- Height 區塊高度：第一個創始區塊以來的序號。
- Block Reward 區塊獎勵：礦工的獎勵金額。
- Timestamp 時間戳：讓區塊鏈上每一筆資料都具有時間標記，並表示這是一份完整的可驗證資料。
- Miner 負責的礦工：礦工的身份有可能是個人、公司或甚至是政府。上集也有提到，挖礦需要越大的算力來增加得到獎勵的機率，因此通常都是由大型『礦池』聚集礦工一起挖礦，礦池的算力占比大，挖到比特幣的總收益會更高。上圖綠框處是 2019 年 11 月 18 日當下抓取的區塊資料，可以看到 AntPool、F2Pool、BTC.com、SluchPool 即是世界前幾大礦池。
- Merkle Root ：這個區塊所有交易的 Hash 值。用一張圖讓大家了解區塊內的交易資料如何受到保護。
中本聰的「簡化支付驗證」（Simplified Payment Verification）概念
Merkle Root 作用：讓區塊內的交易紀錄一環接一環串在一起而難以被竄改。假設有個人偷偷的把 L2 的內容改變了，那麼 Hash (L2) 的值會跟著變動。而這個變動一路往上傳，讓頂樓的 Top Hash 也產生改變，那就會被抓包了。
如果要驗證 L2 的交易內容有沒有被竄改過，我們只需要：
- 先找到 L2 的所在區塊
- 重新算一遍 Merkle Root，看看 L2 算出來的 Merkle Root 值跟頂樓的 Top Hash 是不是相同，相同就代表 L2 的內容沒被竄改過。
交易紀錄 Transaction
區塊鏈上的資訊是公開但匿名的，我們翻開剛剛區塊內的所有交易，看得到每一筆交易比特幣的輸入 (Input) 與輸出 (Output) 的紀錄，也就是付款地址、收款地址，但並無法從地址知道轉帳對象。而比特幣的記帳方式就是透過 UTXO 帳本模型。
UTXO 帳本模型：
在比特幣的世界裡，並沒有一個紀錄所有帳戶『餘額』的帳本。在比特幣公開帳本裡，我們只看得到『交易紀錄』，餘額則是根據交易紀錄算出來的。
- Input - Fee = Output：
實際上 Input、Output 可以分別是很多的地址，可以把它想像成『錢堆』而不是帳戶。你可以把好幾堆別人給你的錢 (Input) 拆成一堆一堆再分給其他人 (Output)。我們直接來看圖中第二筆最簡單的交易：
Input： Bob 從別人給他的 18.8729 個比特幣錢堆中
Output 1：轉給了 Laura 5.2014 個比特幣
Output 2 ：錢堆裡還有 13.6708 個比特幣則挪給自己
Fee：跟銀行轉帳相同概念的是，由轉帳方扣除下面的 Fee 手續費
而 Output 在尚未轉帳出去之前都是 Unspent Output — 未花費的輸出。
→ 現在 Laura 的地址有了 Unspent Output，可以當作她未來轉錢給別人的 Input。所以這 5.2014 個比特幣並不是帳戶餘額，比較像是 Laura 的地址未來可以轉帳出去的『未花費比特幣的紀錄』。
雙花問題 Double Spending：
試想這樣的紀錄方式會出現什麼問題？ — 如果 Laura 同時將這筆 5.2014 Unspent Output 雙重花費 (Double Spending) 轉給兩個地址呢？
這時礦工就派上用場啦！礦工在打包區塊時，要驗證的就是『未花費 Output 』是不是有在其他的區塊已經被使用過。爲了防止雙花現象 (Double Spending) 的發生，前面提到的時間戳也是用來判別的工具，假設 Laura 把剛剛收到的 5.2014 個比特幣重複轉帳，兩筆交易僅有一筆會成功被驗證，因爲礦工會記錄優先接收到或是手續費更高的那筆交易，第二筆交易則不會受到驗證。當然比特幣區塊鏈中也不是絕對不可能出現雙花現象的，比如遭受『 51%算力攻擊 』的時候。這部分的細節有興趣的人可以參考：『 什麼是 51% 的攻擊？ 』
小結
比特幣的 UTXO 記帳方式與我們熟悉的『帳戶餘額』大不相同，但這樣的方式省去繁雜的餘額紀錄，讓帳本變得更輕盈。而它透過『鏈結』的方式組織所有交易的 Input & Output ，保證每筆寫入的交易都不可竄改，交易即清算且同時解決雙花問題。
當然，除了比特幣以外，以太幣採用的反而是我們熟悉的帳戶餘額模型，有機會再跟大家做介紹啦～
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