在安全性中，Nonce 是什麼？保護區塊鏈免受駭客攻擊的數字

什麼是安全中的 nonce？在密碼學通信中，nonce 是一個僅使用一次的隨機生成數字，用以防止重播攻擊。在比特幣挖礦中，礦工計算數十億個 nonce 值，尋找能產生有效區塊哈希的「金 nonce」。

理解 Nonce：不僅僅是一個隨機數

在區塊鏈之外的安全語境中，nonce 是什麼？這個詞源自中古英語，意指一次性或臨時使用的東西。在現代密碼學中，nonce 作為為單次驗證目的而生成的任意數字，確保每次通信會話的唯一性，防止舊通信被惡意重用。

日常數位互動中，非用戶未察覺地依賴 nonce。網站上常見的驗證碼（captcha）即為 nonce——雖然包含字母——用於一次性驗證人類用戶與機器人。更簡單的例子是用於驗證交易的「一次性密碼」（OTP）(one-time passwords)，它們的唯一目的是在有限時間內驗證某事，然後即失效。

其特徵在於：nonce 必須是不可預測且不重複的。如果攻擊者能預測 nonce 或重用舊的 nonce，安全機制就會崩潰。因此，正確的 nonce 生成結合了充分的隨機性與可選的時間戳，確保值在合理時間範圍內不會重複。

在金融與密碼學領域，安全系統中的 nonce 是什麼？它指的是用來驗證交易或進行安全檢查的隨機生成數字。這個簡單的概念從小型電子商務交易擴展到太空站通信，展現出在資料完整性與真實性至關重要的任何場景中的普遍適用性。

區塊鏈挖礦中的 Nonce 是什麼？

在多個工作量證明（Proof-of-Work）區塊鏈（包括比特幣）中，nonce 是一個 32 位的隨機數，礦工用來作為哈希計算的基礎。礦工彼此競爭，試圖猜測符合特定條件的有效 nonce 值，以計算出滿足挖礦難度的區塊哈希。

區塊哈希就像是區塊鏈中區塊的參考編號。這個參考號需要符合特定條件——特別是，必須以一定數量的零開頭。比特幣礦工進行大量的哈希運算，嘗試不同的 nonce 值，直到產生符合難度目標的有效輸出。

第一個找到能產生有效區塊哈希的 nonce 的礦工，便能將該區塊加入區塊鏈，並獲得獎勵。這場競爭推動比特幣的安全模型，因為攻擊網絡需要超越所有礦工的集體計算資源——這在經濟上是不可行的。

比特幣挖礦如何使用 Nonce

試錯法：每次計算都測試新的 nonce，試圖符合難度要求

超過 40 億可能性：32 位 nonce 有超過 40 億個值；「額外 nonce」擴展可能性至數百億

金 nonce：產生符合所有要求的有效區塊哈希的特定 nonce 值

難度調整：協議調整所需的前置零數量，以維持約 10 分鐘的區塊時間

工作量證明：嘗試不同 nonce 直到找到有效哈希的過程即為「工作」

礦工使用高階計算系統測試並丟棄數百萬個 nonce 可能性，試圖計算出有效的區塊哈希。猜測有效 nonce 的概率接近零，使得暴力破解成為唯一可行策略。這種計算負擔保障了網絡安全——重寫區塊鏈歷史需要重新計算所有後續區塊，每個都需找到新的金 nonce。

隨著礦工數量逐漸增加，找到 nonce 和計算有效區塊哈希的頻率也會自然上升。因此，挖礦難度每約 2,016 個區塊（大約兩週）調整一次(大約兩週)，以保持區塊時間穩定在 10 分鐘。協議會調整區塊哈希中所需的前置零數量，改變 nonce 要求，讓挖礦機器持續受到挑戰。

防止重播攻擊：驗證中的 Nonce

在區塊鏈之外的安全協議中，nonce 是什麼？驗證協議中使用 nonce 作為防止重播攻擊的方法，確保舊通信不能被重用。nonce 有助於證明收到的訊息是由預期的發送者發出，且未被攔截並重發。

重播攻擊是指威脅者攔截兩方之間的通信，並利用捕獲的訊息獲取未授權的存取。例如，當你向伺服器發送請求時，黑客可能攔截此請求並重複發送，假裝是你。沒有 nonce，伺服器無法區分合法請求與重播攻擊。

使用 nonce 可以巧妙解決此問題。每次通信都包含獨特的 nonce 值。即使攻擊者攔截訊息，也無法重用，因為伺服器會拒絕之前見過的 nonce。nonce 的隨機性，有時配合時間戳，讓應用能驗證用戶身份，也大大增加惡意者假冒合法客戶的難度。

實務中的 Nonce 應用

HTTP Digest 驗證：每次計算密碼的 MD5 摘要時使用不同的 nonce，使重播攻擊幾乎不可能

SSL/TLS 握手：客戶端與伺服器皆產生獨特的 nonce，並用私/公鑰對驗證

電子商務保護：線上零售商在每次購買中加入 nonce，防止攻擊者重複使用訂單資訊進行未授權的重複購買

數位簽章：nonce 值用於產生、比對與驗證數位簽章，配合電子簽章工具

雙重驗證：2FA 系統產生短時間有效的臨時 nonce 代碼

電子商務範例清楚展現 nonce 的用途。沒有 nonce，攻擊者可以攔截加密的訂單資訊，無需解密就能不斷向供應商重複下單，購買相同商品。nonce 使每個訊息具有獨創性，若公司收到同一人用相同 nonce 的其他訂單，即視為無效。

串流密碼與加密：Nonce 作為初始化向量

在加密系統中，nonce 是什麼？nonce 可用於確保串流密碼的安全。當相同密鑰用於多個訊息的加密時，不同的 nonce 確保每次加密的密鑰流不同；常用訊息編號作為 nonce。這樣可以防止攻擊者分析多個密文之間的模式，從而揭露底層密鑰。

初始化向量（IV）是另一種 nonce 的應用。IV 本質上是 nonce——通常是隨機或偽隨機，且只用一次，用於會話中。這種隨機化防止相同明文在相同密鑰下產生相同密文，避免攻擊者分析加密流量時揭露資訊。

秘密 nonce 值也用於 Lamport 簽名方案，作為簽名者端的秘密，選擇性地揭示用於與公開哈希比對的簽名資料。這展現了 nonce 不僅僅是隨機化，還能用於抵抗量子計算攻擊的高級密碼協議設計。

Nonce 的需求：隨機性與不重複性

為確保 nonce 僅用一次，應該是時間變化的(包括足夠細粒度的時間戳)或用足夠的隨機位元產生，以使重複的機率極低。一些密碼學權威將偽隨機性(或不可預測性) 視為正確 nonce 的必要條件。

挑戰在於產生真正的隨機數。電腦運作是確定性的，產生真正的隨機數較困難。密碼學應用通常使用偽隨機數生成器（PRNGs）(，並用來自物理過程（如鼠標移動、鍵盤時間或專用硬體隨機數產生器）的熵來種子。對於安全關鍵的應用，nonce 生成的隨機品質決定系統是否能抵抗攻擊。

當 nonce 包含時間戳時，時鐘同步變得重要。如果通信雙方的時鐘偏差過大，基於時間的 nonce 可能被拒絕，造成正當通信的可用性問題。因此，網路時間協議（NTP）成為 timestamp-based nonce 系統的關鍵基礎設施。

) 金 nonce：比特幣挖礦的終極獎品

在安全中，nonce 是什麼讓礦工獲得加密貨幣獎勵？在比特幣挖礦中，金 nonce 指的是一個哈希值低於目標值的特定值。這個特定 nonce 與區塊資料一起哈希，產生的輸出符合所有難度要求——即以一定數量的零開頭。

找到金 nonce 需要巨大的計算資源。現代比特幣礦業使用專門的 ASIC（應用特定集成電路）硬體，每秒計算兆萬次哈希。即使如此，找到金 nonce 仍需約 10 分鐘（全球挖礦網絡平均），彰顯比特幣難度的嚴苛。

經濟激勵推動這場計算軍備競賽。截至2025年12月，比特幣區塊獎勵為 3.125 BTC（2024年減半後）加上交易手續費，總獎勵價值數十萬美元。這樣的高額回報使得電力與硬體投資成為合理，形成一個自我維持的安全機制，因為經濟利益與網絡安全緊密相連。

為何 Nonce 重要：信任無需的安全基礎

因此，正如證據所示，nonce 位於工作量證明（Proof-of-Work）共識機制的核心。沒有正確的 nonce，就無法在區塊鏈中新增區塊。這個需求建立了無需信任的安全——參與者不必彼此信任，因為通過 nonce 發現的數學驗證取代了信任關係。

更廣泛的安全意義超越加密貨幣。安全系統中的 nonce 是什麼？它是實現安全通信的基本構件。在正確實施下，基於 nonce 的驗證能防止早期網路協議中常見的重播攻擊——攻擊者只需記錄並重放有效訊息，即可獲取未授權存取。

三個特點使加密貨幣獨特：去中心化、可擴展性與安全性。加密貨幣不依賴中央管理機構，能擴展以挑戰法幣，並採用最高等級的安全措施——密碼學加密。nonce 在此安全層中扮演關鍵角色，確保每筆交易、每個區塊與每次驗證都帶有獨一無二、無法偽造的識別碼，並能通過數學驗證證明，而非信任的權威。

( 常見問答

)# 什麼是安全中的 nonce？

nonce 是在密碼通信中僅用一次的隨機生成數字。它的全名是「Number used once」，用來防止重播攻擊，確保舊通信不能被重用，也用於驗證交易真實性，應用於驗證協議、區塊鏈挖礦與數位簽章。

(# nonce 如何防止重播攻擊？

nonce 為每次通信提供獨特識別碼。即使攻擊者攔截訊息，也無法重用，因為伺服器會拒絕帶有先前見過的 nonce 的通信。這使得捕獲的訊息對未授權存取毫無用處。

)# 比特幣挖礦中的金 nonce 是什麼？

金 nonce 是一個值，與區塊資料一起哈希後，產生的輸出符合比特幣難度要求（特定數量的前置零）。找到這個 nonce，礦工就能獲得價值數十萬美元的區塊獎勵。

比特幣中 nonce 有多少可能性？

一個 32 位的 nonce 提供超過 40 億個可能值。礦工還加入「額外 nonce」欄位，將搜索空間擴展到數百億，確保即使全球算力增加，也有足夠的搜尋空間。

為何 nonce 需要隨機？

可預測的 nonce 讓攻擊者能預測未來值，繞過安全措施。密碼學安全的隨機性確保 nonce 難以預測，使重播攻擊與預先計算攻擊變得不可能。

nonce 可以重複使用嗎？

不可以，重複使用 nonce 會破壞其安全目的。在驗證中，重複 nonce 會使重播攻擊成為可能。在加密中，重複 nonce 與相同密鑰可能洩露明文。正確的系統會通過追蹤或時間限制來確保 nonce 僅用一次。