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在区块链世界里，51%攻击是一种可怕的安全威胁，它指的是有人掌握了全网超过一半的算力，从而篡改交易记录、阻止交易甚至进行双花。简单来说，就是当坏人控制了“多数票”，区块链的去中心化安全机制就会失效。了解51%攻击的原理和防范方法，是每个加密货币参与者保护资产的重要一课。
导语
● 在深入了解51%攻击之前，我们有必要先仔细了解挖矿和基于区块链的系统。
● 比特币及其底层区块链技术的主要优势之一是构建和验证数据的分布式特性。节点的去中心化工作可确保遵守协议规则，并确保所有网络参与者同意区块链的当前状态。这意味着大多数节点需要定期就挖矿过程、使用的软件版本、交易的有效性等达成共识。
●比特币的共识算法(工作量证明)确保了矿工只有在网络节点一致同意其提供的区块哈希值是准确的情况下(即区块哈希值证明矿工的工作量足够并为该区块的问题找到了有效的解决方案)才能验证新的交易区块。
● 作为一个去中心化账本和分布式系统，区块链基础设施可防止任何中心化实体将网络用于自己的目的，这就是比特币网络不存在单一权威的原因。
● 由于挖矿过程(在基于PoW的系统中)涉及投入大量电力和计算资源，因此矿工的表现取决于其拥有的算力，这通常称为哈希算力或哈希率。参与挖矿活动的节点有很多，而且分布在不同的地点，这些节点会相互竞争，因为它们都想成为下一个找到有效区块哈希值的节点，并获得新生成的比特币奖励。
● 因此，挖矿能力分布在世界各地的不同节点上，这意味着哈希率不会由某个单一实体掌握。至少也不应该如此。
● 但如果哈希率分布不佳会发生什么?例如，如果某个实体或组织能够获得50%以上的哈希算力会如何?可能导致的后果之一就是我们所说的51%攻击，也称为多数攻击。
什么是51%攻击?
51%攻击是针对区块链网络的潜在攻击，指单个实体或组织能够控制大部分哈希率，从而可能扰乱网络。此时攻击者将有足够的挖矿能力来故意排除或修改交易的顺序。他们还可以在管控网络的情况下撤销已做出的交易，从而导致双花问题。
成功的多数攻击还可以让攻击者阻止部分或所有交易被确认(交易拒绝服务)，或阻止部分或所有其他矿工挖矿，导致所谓的挖矿垄断。
另一方面，多数攻击无法让攻击者撤销其他用户的交易，也无法让攻击者阻止他人创建交易以及将交易广播至网络。变更区块奖励、凭空制造代币或窃取不属于攻击者的代币也都无法实现。
51%攻击的原理
区块链是一种分布式账本，它记录了网络上发生的所有交易，并通过密码学技术将交易组织成一个个的区块，然后将区块链接成一个不可篡改的链式结构。区块链的网络由多个节点组成，每个节点都有一份区块链的副本，并通过共识机制来达成对交易和区块的一致认可。共识机制通常需要节点提供一定的计算或者验证能力，以证明自己对网络的贡献和诚意，这也被称为工作量证明(Proof of Work)或者权益证明(Proof of Stake)等。
51%攻击是指一个个人或者一个团体控制了超过网络上一半的计算或者验证能力，从而获得了对网络的主导权。这样，他们就可以干预网络上的交易和区块的生成和确认，从而实现以下几种目的：
● 阻止新交易被确认，从而使得网络上的支付停滞或者延迟。
● 回滚已经确认的交易，从而使得自己或者他人可以重复使用同样的币进行支付，这也被称为双花(Double Spending)。
●修改已经确认的交易，从而使得自己或者他人可以获得更多的收益或者避免损失。
● 分叉网络，从而使得网络上出现两条不同的区块链，这也被称为重组(Reorganization)。
51%攻击并不意味着攻击者可以随意修改历史上已经发生的交易，因为这需要改变所有相关区块的哈希值，并且重新计算所有后续区块的工作量证明或者权益证明，这在实际中是非常困难甚至不可能的。因此，51%攻击通常只能影响最近发生的交易，而且也会受到其他节点和用户的反抗和抵制。
出现51%攻击的可能性有多大?
1、由于区块链由分布式节点网络维护，因此所有参与者都是在达成共识的过程中开展合作。这是区块链的安全性一般较高的原因之一。网络越大，防御攻击和数据损坏的能力就越强。
2、而关于工作量证明区块链，矿工拥有的哈希率越高，为下一个区块找到有效解决方案的机会就越大。这是真的，因为挖矿涉及无数次哈希尝试，而更高的计算能力意味着每秒可以尝试更多次。一些早期矿工加入了比特币网络，为其发展和安全作出了贡献。随着比特币作为一种货币的价格不断上涨，许多新矿工进入该系统，意图争夺区块奖励(目前设定的奖励为每区块12.5枚比特币)。这种竞争的存在是比特币安全的原因之一。如果不是为了诚实行事并努力获得区块奖励，矿工就不会有动力投入大量资源。
3、因此，由于比特币网络的规模较大，51%攻击不太可能发生。一旦区块链变得足够大，单人或团体获得足够计算能力来压倒所有其他参与者的可能性就会迅速下降到极低的水平。
4、此外，随着链的增长，更改之前确认的区块会变得越来越困难，因为这些区块都是通过加密证明链接起来的。出于同样的原因，一个区块所获确认越多，更改或撤销其中交易的成本就越高。因此，一次成功的攻击可能只能在短时间内修改最近几个区块的交易。
5、接下来请试想，如果一个恶意实体攻击比特币网络并非为了获得利润，而只是为了将其摧毁，并且不计代价。那么即使攻击者成功破坏了网络，比特币软件和协议也会回应其攻击，迅速进行修改和调整。这需要其他网络节点达成共识，就这些更改达成一致，但如果情况紧急，该流程可能很快就可以完成。比特币具有很强的抵御攻击的能力，被认为是现存最安全、最可靠的加密货币。
6、虽然获得比其余比特币网络更多的计算能力对攻击者而言相当困难，但如果是规模较小的加密货币，挑战性就小很多。与比特币相比，山寨币拥有的可保护其区块链的哈希算力相对较低。低到足以让51%攻击切实发生。受到过多数攻击的加密货币的几个著名例子有Monacoin、Bitcoin Gold和ZenCash。
51%攻击的危害及预防
51%攻击的后果是显而易见且极其严重的。
首先，它直接威胁到用户的经济安全。由于双花攻击的存在，用户完成一笔交易后，很可能会发现交易被取消，导致既无法获得商品或服务，已支付的数字货币也被攻击者重新掌控。这种情况不仅会造成直接的经济损失，还会让用户对区块链的信任大打折扣。
其次，51%攻击会对整个区块链网络的稳定性造成破坏。当某一方控制了大部分算力或权益时，其他矿工或节点将面临竞争上的不公平，可能因此退出网络，进一步削弱区块链的去中心化特性。这种攻击甚至可能导致区块链项目的失败。
此外，51%攻击还会引发整个行业的信任危机。区块链技术的核心价值在于其去中心化和不可篡改性，而51%攻击直接破坏了这一核心价值，使用户和机构对区块链系统的安全性产生质疑，从而降低区块链技术的普及度与接受度。
在区块链的发展历程中，已经发生了多起51%攻击事件。例如，2018年，以太坊经典(Ethereum Classic)区块链遭遇了51%攻击，导致价值超过150万美元的双花交易。同样，2019年，比特币黄金(Bitcoin Gold)也遭到了类似的攻击，攻击者通过双花交易造成了高达700万美元的经济损失。这些案例表明，即使是相对成熟的区块链项目，也难以完全避免51%攻击的威胁。
面对51%攻击的威胁，区块链项目方和开发者采取了一系列防范措施，以降低攻击的可能性。
1、提高全网算力(PoW网络)
鼓励更多矿工参与挖矿
调整挖矿难度，使攻击成本上升
2、增加质押门槛(PoS网络)
提高参与共识所需的最低质押量
增加攻击者收购超过50%权益的难度
3、采用混合共识机制
PoW + PoS 结合，如 Decred、Hybrix 等，提高攻击复杂度
4、延长交易确认时间
对于大额交易要求更多区块确认，降低双花可能
5、实时监控链重组
使用链监控工具，一旦发现长链重组，立即暂停交易处理
6、社区应急响应
在攻击发生时，协调矿池、节点快速分叉或冻结攻击者资金
小结
51%攻击是区块链去中心化安全模型的最大威胁之一，其核心原理是掌控网络多数算力或权益以篡改账本。防御的关键在于提高攻击成本和分散控制权，让任何单一方都无法轻易获得超过半数的网络控制力。
记住：区块链安全不是绝对的，尤其是算力或权益较小的链，51%攻击风险始终存在。
