區塊的解剖：標頭、本體，與指向過去的那條鏈

區塊就是共用筆記本裡一頁封了印的紙

想像一本由成千上萬個陌生人共用的筆記本。每隔幾分鐘，就有人在一頁新紙上寫滿一批付款，接著用蠟印把這頁封起來，並在角落抄下「上一頁」的印記。任何人都能一頁一頁往回翻，每頁都指向前一頁，一路翻到有史以來寫下的第一頁。這種封了印、又回指前頁的紙，就是一個區塊；而整本裝訂好的筆記本就是區塊鏈——一本沒有任何單一個人擁有的分散式帳本。

打開一個區塊，你會發現裡頭恰好分成兩部分。標頭（header）是那枚小小的摘要印章——在比特幣裡它正好是 80 位元組，無論這個區塊有多繁忙都一樣。本體（body）則是真正的交易清單，可能有一百萬位元組甚至更多。被拿去做雜湊、被串成鏈、被下一個區塊引用的，是標頭；而本體則是它所擔保的內容。這篇導覽會把兩者都解剖一遍，最後再看那個把一個區塊連到上一個區塊的單一欄位。

標頭：封印整個區塊的 80 位元組摘要

區塊標頭是整個設計的核心，因為被拿去做雜湊、用來決定區塊身分的，是標頭而不是本體。一個比特幣標頭把六個欄位塞進固定的 80 位元組裡：

版本 version（4 位元組）——這個區塊遵循哪一套共識規則。
前一區塊雜湊 previous block hash（32 位元組）——父區塊標頭的雜湊。這就是那條向後的連結（第四節）。
Merkle 根 Merkle root（32 位元組）——本體裡每一筆交易的單一指紋（第三節）。
時間戳記 timestamp（4 位元組）——礦工建出這個區塊的時間，以 Unix 紀元秒數表示。
bits / 目標 target（4 位元組）——區塊雜湊必須低於的難度目標。
隨機數 nonce（4 位元組）——礦工不斷試湊、好讓雜湊滿足目標的那個一次性數字。

{
  "version":      1,
  "prevBlockHash": "0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
  "merkleRoot":   "4a5e1e4baab89f3a32518a88c31bc87f618f76673e2cc77ab2127b7afdeda33b",
  "timestamp":    1231006505,        // 2009-01-03 18:15:05 UTC
  "bits":         "0x1d00ffff",      // the difficulty target
  "nonce":        2083236893
}
// SHA-256(SHA-256(header))  ->
//   000000000019d6689c085ae165831e934ff763ae46a2a6c172b3f1b60a8ce26f

比特幣創世區塊的真實標頭。對這 80 位元組做兩次 SHA-256，就得出那枚著名的、開頭幾乎全是零的區塊雜湊。

一個區塊的身分就是它的標頭雜湊。比特幣的算法是對 80 位元組的標頭做兩次SHA-256。注意這代表什麼：本體從來不會被直接雜湊進區塊的身分裡——它只透過那 32 位元組的 Merkle 根進入。本體裡只要改一點，根就變；根（或任何其他標頭欄位）一變，整個區塊雜湊就跟著變。這一連串環環相扣的後果，正是全部安全性的核心想法，而接下來兩節就要把它追蹤出來。

本體：許多交易，一個根

本體是一份有序的交易清單。在比特幣裡，第一筆很特別——是憑空鑄出區塊獎勵的 coinbase（鑄幣）交易——後面接著礦工選入的每一筆普通付款。一個繁忙的區塊裡會有好幾千筆。本階後面的導覽會把一筆交易逐欄拆開；在這裡，我們只關心標頭如何替整份清單做摘要。

標頭裡並不會把交易一筆筆列出——它只存一個 32 位元組的 Merkle 根，一口氣替全部交易做指紋。你在上一階就親手建過這種東西：把交易雜湊兩兩配對、各自雜湊、不斷往上爬，直到頂端只剩一個雜湊。只要把任何一筆交易重新排序、新增、刪除或更動，這個根算出來就會徹底不同。於是一個永遠只有 80 位元組的固定標頭，就能忠實地對任意大小的本體做出承諾。

向後的連結：一條鏈如何誕生

現在來看那個替整個結構命名的欄位。每個標頭都帶著前一區塊雜湊——也就是它父區塊的標頭雜湊。順著這些指標走，你就一個區塊接一個區塊地往回穿越歷史。這是一個單向鏈結串列，只是那個指標並不是一個你能悄悄改指向的記憶體位址；它是一枚被烤進標頭、因而也被烤進區塊自身身分裡的密碼雜湊。

這條鏈到哪裡為止？到創世區塊——也就是第 0 號區塊——它沒有父區塊，所以它的前一區塊雜湊欄位被填成全零。比特幣的創世區塊在 2009 年 1 月 3 日被挖出，並在它的 coinbase 裡著名地嵌入了一則報紙頭條：「The Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout for banks」。世上存在的每一個區塊，最終都回指向那唯一一個硬寫死的根。

Block 100                         Block 101
+---------------------------+     +---------------------------+
| prevHash: <hash of #99>   |     | prevHash: 0xA1B2...  <-----+--+
| merkleRoot: 0x7f3c...     |     | merkleRoot: 0x9d04...     |  |
| timestamp, bits, nonce    |     | timestamp, bits, nonce    |  |
+---------------------------+     +---------------------------+  |
        hash = 0xA1B2...  --------------------------------------+
        (this block's id becomes the next block's prevHash)

第 101 區塊的 prevHash 欄位，就字面上等於第 100 區塊的雜湊。連結本身就是那枚雜湊。

為什麼動手腳一定露餡：骨牌效應

重點來了。假設有個攻擊者想悄悄竄改一筆舊交易——比方說在第 100 區塊裡，把一筆付款改到自己名下。看著骨牌一張張倒下：

改了那筆交易就改了本體，於是第 100 區塊的 Merkle 根不再吻合——重新算出來會是另一個根。
為了讓標頭一致，他們得把新的根寫進標頭——可這一改就改了標頭，於是第 100 區塊的雜湊也跟著變了。
第 101 區塊的 prevHash 欄位裡存的是第 100 區塊的舊雜湊。現在對不上了。鏈在第 101 處明擺著斷掉。
要修補這個斷點，他們得改寫第 101 區塊的 prevHash，這會改掉第 101 區塊的雜湊，又會弄斷第 102 區塊——於是傷害一路串連，直達鏈的最前端。
而且每個被改寫的標頭，它的雜湊仍然必須落在難度目標之下，所以他們得替從第 100 區塊到最前端的每一個區塊重做工作量證明——而且要比誠實的網路繼續延伸的速度還快。

這串連鎖正是人們口中區塊鏈的不可竄改性。但要說精確：光憑結構，只能讓竄改一改就露餡，而非不可能。任何重新核對雜湊的人，立刻就會看到這條鏈兜不攏。真正讓改寫變得昂貴的，是共識再加上累積的工作量——攻擊者得在算力上勝過整個誠實網路，這就是經典的 51% 攻擊，能讓他們在一次鏈重組中改寫近期的區塊。一個區塊被埋得越深，壓在它上面的工作量越多，它就越是實質上永久。這正是我們要等待「確認數」的原因。

兩個真實的標頭：比特幣 vs. 以太坊

「標頭封印本體、標頭連結父區塊」這個模式是通用的，但標頭本身各有不同。比特幣的標頭只承諾一件事：一個涵蓋區塊內所有交易的 Merkle 根。以太坊的標頭則更豐富，帶著三個根：交易根、收據根，以及狀態根。每一個都是某棵 Merkle-Patricia 字典樹的根，而且它們是用 Keccak-256 而非 SHA-256 來雜湊。

最重要的差別是狀態根（state root）。它承諾的不是區塊內的交易，而是區塊執行之後的整個全域狀態——每一個帳戶的餘額、每一位元組的合約儲存，全部摺疊進一個 32 位元組的雜湊裡。所以一個以太坊區塊不只是證明發生了哪些付款；它證明了整個系統的精確狀態，這正是讓輕用戶端與智慧合約變得可行的關鍵。

// An Ethereum header (post-Merge, abridged)
{
  "number":          17000000,
  "parentHash":      "0x...",   // the link backward — same idea as Bitcoin
  "stateRoot":       "0x...",   // root of the entire world state
  "transactionsRoot":"0x...",   // root over this block's transactions
  "receiptsRoot":    "0x...",   // root over execution receipts
  "timestamp":       1681338455,
  "difficulty":      "0",        // PoW retired at the Merge
  "nonce":           "0x0000000000000000",  // now unused
  "mixHash":         "0x..."     // now carries beacon-chain randomness (prevRandao)
}

合併（the Merge）之後的以太坊保留了舊的工作量證明欄位，卻把它們改作他用：difficulty 與 nonce 已成擺設，而 mixHash 現在回報的是共識層的隨機值。

也誠實地交代一下歷史：自 2022 年 9 月的合併之後，以太坊不再挖礦，所以它的 difficulty 與 nonce 欄位成了凍結的遺跡，而 mixHash 則被改派去傳遞來自共識層的隨機值。但最要緊的兩個想法——標頭對本體做承諾，而 parentHash 把每個區塊串到前一個——與比特幣一模一樣。正是這副共用的骨架，才是「區塊鏈」這個詞真正指的東西。