觀念探索 Trend
區塊鏈
撰文／歐爾克特（Mike Orcutt） 翻譯／連育德
區塊鏈是什麼？
本刊取得美國麻省理工學院Technology Review期刊圖文授權
一種儲存資料的數學架構，幾乎無法偽造數據，任何一種寶貴資料皆適用。
有些區塊鏈需要經過許可才能加入，但比特幣（Bitcoin）與以太坊（Ethereum）所使用的技術屬於「公有」區塊鏈，人人皆可參與，資料庫屬於公共資訊。
區塊鏈若建立完善，數據經過編碼後，遭到不肖份子竄改的機會微乎其微。
舊交易在正常運作的區塊鏈中無法更改，只能增加新的交易。
公有區塊鏈不會被任何實體擁有或控制。資料庫由形成網絡的眾多電腦維護與保障安全，每個參與者稱為節點（Node），各儲存一份交易資料。
比特幣是最原始的區塊鏈，屬於追蹤貨幣餘額的帳本，但所有數位資產亦適用這種基本技術。
區塊鏈從何而來？
2008年10月，謎樣的比特幣創辦人中本聰寫了一封信，寄給討論訊息加密的郵件群組表示：「本人正在研發一種新型電子現金系統，完全點對點，去除了公正第三方的必要性。」點進信中附上的連結，可以看到一篇長達9頁的白皮書，說明區塊鏈技術的道理；時至今日，已有人認為這項技術將顛覆金融體系。
2009年1月，中本聰採挖第一批比特幣，就此開啟加密貨幣元年。儘管比特幣的來源依舊沒有定論，但背後的區塊鏈技術並非憑空出現。中本聰以既有的密碼學工具為基礎，加上幾十年資工研究下的方法，創造出一個公有網絡，讓未必互相信任的參與者一而再、再而三達成共識，認定共享的帳本能夠反映現實。如此一來，同一個比特幣無法重複使用，克服了之前打造數位現金的障礙。更關鍵的一點是，有了區塊鏈技術，兌換比特幣就不需要中央機構的中介。
2011年，八卦網站Gawker登出一篇文章，揭露網路有個名為「絲路」的毒品市集，以比特幣為交易貨幣。消息傳出後，比特幣的知名度大增。隨後市場也紛紛冒出「山寨幣」（Altcoin），而且經常是使用比特幣的開放源碼。短短兩年內，比特幣的流通總額超過10億美元大關。
過了不久，科技專家意識到區塊鏈的潛力，發現它除了貨幣外，還能追蹤掌握其他資訊。2013年，19歲的布特林（Vitalik Buterin）提出以太坊的概念，希望透過這個平台不但可以記錄貨幣交易，也能記錄電腦程式的狀態，後者稱為智慧合約。於2015年推出、目前已有眾多競爭對手與仿冒者的以太坊，誓言催生出新一代的用途，外觀與用法就像當前的網路應用程式，但由去中心化的加密貨幣網絡驅動，而不依賴企業的伺服器。
區塊鏈的用途？
區塊鏈以新方法解決老問題，亦即：如何建立彼此的信任感，以和平方式交換有價值的事物？
◎執行
早期文明使用武力威脅，解決交易詐欺的問題。
◎機關
政府與銀行出現，成為有組織的中央機關，由其管理交易雙方可不可信的問題，但前提是民眾要認定這些機關具有公信力。
◎網絡
區塊鏈分散於數千台電腦，因此可將信任機械化，有機會以創新方式組織「去中心化」的企業與機構。
1、交易產生
何謂交易？
以比特幣而言，如果愛麗絲將加密貨幣轉帳給鮑伯，就是一筆交易。以太坊的交易則可分為好幾種，因為這種平台包括內建的程式語言，可用於交易自動化。愛麗絲可以將加密貨幣寄給鮑伯；或由他人成立交易，稱之為「智慧合約」（Smart Contract）的一行密碼放於區塊鏈，再由愛麗絲和鮑伯將錢寄給這個程式監控的帳戶，一旦符合合約的特定條件，便能啟動交易。智慧合約亦可將交易資訊寄給它所嵌入的區塊鏈。
2、交易經廣播傳至點對點網絡
驗證交易
假設愛麗絲想寄錢給鮑伯，就必須先在自己的電腦建立交易，且要附上過去一筆區塊鏈交易資訊作為參考，上頭記載了她收過足夠資金、控管這筆資金的私鑰（Private Key），以及鮑伯的住址。這筆交易資訊接著被寄至網絡中的其他電腦，亦即「節點」，由節點驗證交易是否符合規定，再由採礦節點（Mining Node；詳見步驟3）接受，便成為新區塊的一部分。
3、爭相打造新區塊
礦工彼此搶錢
同一組的節點稱為礦工（Miner），將有效的交易資訊組織成列表，稱為區塊（Block），其中包括一連串近期的有效交易資訊，以及與前一個區塊相關的加密參考資料。在比特幣或以太坊的區塊鏈系統中，礦工彼此競爭打造新區塊，過程需要解決費時費力的數學難題，每個區塊的難題各有不同。最先解決難題的礦工，可獲得一些加密貨幣作為獎賞。數學難題包括隨機猜測一個稱為隨機值（Nonce）的數字；隨機值與區塊的其他數據結合，形成加密的數位足跡，稱為雜湊值（Hash）。
4、完成新區塊
沒有白吃的午餐
雜湊值必須符合一定條件，否則礦工就得嘗試另一個隨機值，重新計算雜湊值。礦工必須經過大量嘗試，才有辦法找到有效的雜湊值，過程加深了修改帳本的難度，因此能夠有效抵制駭客。有些區塊鏈使用其他系統來保護串鏈，上述的做法稱為「工作量證明」（Proof of Work），此方法已經身經百戰，效果眾所周知。
5、將新區塊加入區塊鏈
環環相扣
這是保障帳本安全的最後一個步驟。當某個採礦節點率先解答出新區塊的加密難題後，會將區塊寄至網絡的其他節點批准，獲得數位貨幣的報酬。採礦難度編碼於區塊鏈的協議中；根據比特幣與以太坊的設計原意，區塊會隨著時間愈來愈難破解。由於每個區塊還含有上一個區塊的參考資料，各區塊會依數學算法而彼此鏈節。若想竄改之前的區塊，需要針對後續所有區塊進行工作量證明。
區塊鏈商機無窮
區塊鏈技術在未來有機會顛覆各行各業。
能源
▶機會：能源交易過程錯綜複雜，到處是收取佣金的中間人，安隆（Enron）從全球能源龍頭到最後以破產收場，即是一例。如果把能源資源轉化成數位資產，在區塊鏈上交易，就能創造出新的投資機會與交易商機，讓再小的單位也能參與，例如有多餘太陽能電力的公寓大樓，或是有多餘電池容量的電動車。對規模較大的企業而言，區塊鏈可以精簡交易與記帳過程。影響所及，區塊鏈可能產生全新的資產類別，例如由石油或可再生能源為基礎的數位貨幣。
▶挑戰：近來有國家資助駭客攻擊他國電網。如何確保交易資訊安全無虞，牽涉層面複雜，將是一大挑戰。
▶相關業者：Power Ledger、Grid Singularity、Grid+、能源網路基金會（Energy Web Foundation）、Enerchain計畫（Enerchain project）。
網路廣告與社群媒體
▶機會：如果可以輕鬆掌握我們的個資，決定Facebook、Google等社群媒體能否拿個資牟利，相信每個人都會贊成吧！區塊鏈能把個資加密，儲存在去中心化的網絡，而不是放在某企業的伺服器裡。我們可以匿名上網，管理敏感個資，控制哪些網站可以取得。如此境界才是網路的真諦嘛！
▶挑戰：儘管科技大廠爆發濫用使用者個資的醜聞，刪掉臉書帳號或取消網路服務的運動尚未獲得廣大民眾響應。去中心化網路的接受度可能不高。
▶相關業者：Blockstack、Protocol Labs。
食品與農業
▶機會：我們買了草飼、無抗生素的有機肉品，但如何百分之百確定它不是籠養或飼育場的產物呢？這時就能靠區塊鏈來確認。有了這種沒有人能隨便竄改的數位帳本，不管是火雞、巧克力還是芒果，所有牲畜與作物從產地到商店、甚至到餐桌，都能全程追蹤。倘若有環節出錯，爆發食源性疾病，區塊鏈可以縮短追蹤疾病擴散的時間，及時防止疫情。
▶挑戰：目前僅測試過幾個實驗計畫。若想推動大規模系統，可能必須把數位鑰匙給農民、經銷商等參與者，讓他們能夠進入並修改區塊鏈。民眾必須對這些人有信心，認為他們不會濫用。
▶相關業者：IBM、沃爾瑪（Walmart）、雀巢（Nestlé）、聯合利華（Unilever）、 （Unilever）、嘉吉（Cargill）。
醫藥
▶機會：X光、血液檢查等私密的個人病歷不易分享，也常伴隨眾多法規、數據格式不一致等等障礙。區塊鏈可以提供諸如處方箋的重要資訊，不怕遭人竄改，病患透過智慧合約，也能精準控制病歷哪個部分、又是何時可以被哪個人取得，省略了繁文縟節。
▶挑戰：有可能需要拿到我們病歷的單位不勝枚舉，包括醫院、診所、藥局、保險公司等等，誰有權變更病歷？誰應該負責區塊鏈的電腦網絡？系統又該如何管理？
▶相關業者：麻省理工學院（MIT）的MedRec計畫（MedRec project）、麻省總醫院（Massachusetts General Hospital）、凱瑟醫院（Kaiser Permanente）、IBM、Mediledger計畫（Mediledger Project）、SimplyVital Health。
選舉
▶機會：電子投票系統日益普及，加上選民名冊等機密資料儲存於連網資料庫，導致選舉結果有遭人影響的風險。理論上，分散式帳本技術可以讓電子投票更安全，跟實體選票沒有兩樣。
▶挑戰：衍生出的問題更多更複雜，難有解答。選票要記錄在比特幣或以太坊這樣的公有區塊鏈平台嗎？若是如此，選票如何保持匿名？如果投票過程建立在認許制（Permissioned）區塊鏈，要如何確保大家不誤用？
▶相關業者：Agora、Voatz、Democracy Earth。
區塊鏈 必備字彙
A ➡ Z
外行人可能覺得區塊鏈的觀念可能難懂或無聊，以下列出相關術語，讓讀者對區塊鏈有更清楚的了解。
山寨幣（Alt-Coin）／一種加密貨幣，運作方式類似比特幣，但經過若干修改，例如能夠更快速處理交易。
區塊鏈（Blockchain）／一種儲存數據的架構，由幾群稱為區塊（Block）的有效交易照時間順序形成串鏈，每個區塊以加密形式與上一個區塊相連。
共識協定（Consensus Protocol）／一種編碼於軟體的過程，由網絡的多台電腦（稱為節點，node）針對一組數據達成協議。
加密貨幣（Cryptocurrency，Crypto-Token）／一種由區塊鏈協議所定義的稀有數位資產，透過該區塊鏈系統交易。
去中心化（Decentralization）／網絡抵抗攻擊的能力，難以衡量，取決於掌控權分散於不同參與者的程度。
分散式帳本技術（Distributed Ledger Technology；DLT）／最常見的分散式帳本技術為區塊鏈，可以創造共享、經過加密保護的資料庫。
分叉（Fork）／區塊鏈的軟體規則對有效交易（亦即區塊）的定義出現改變。／硬分叉（Hard Fork）：網絡的所有節點必須接受規則變動，否則必須離開網絡。／軟分叉（Soft Fork）：反向相容的變動，只需大多數節點採納新規定。
雜湊函數（Hash Function）／一種加密工具，能將任何輸入數據轉變成一串字符，形成幾近無法偽造的數位足跡，稱為雜湊值。
首次加密貨幣發行（Initial Coin Offering；ICO）／區塊鏈的籌資機制，創業家鑄造新的加密貨幣，銷售給投資人。
採礦（Mining）／比特幣、以太坊等多種區塊鏈系統，使用稱為「工作量證明」的共識協定，由節點增加新區塊到個別的串鏈，創造新的加密貨幣，稱為採礦。
認許制區塊鏈（Permissioned Blockchain）／一種共享的資料庫，區塊鏈架構需要參與者取得許可，才能讀取或寫入區塊鏈。與之相對的是人人可參與的公有區塊鏈（Permissionless Blockchain）。
權益證明（Proof of Stake） ／新型的共識協定，節點可以依據現有的經濟權益，驗證與更動區塊鏈，而不必採礦。
工作量證明（Proof of Work）／比特幣等多種加密貨幣最常用的共識協定。為了增加新的區塊，礦工必須計算出雜湊值，符合特定的狹義標準。這個過程需要大量隨機猜測，因此成本高昂，有助於防止詐欺。
智慧合約（Smart Contract）／儲存於區塊鏈的電腦程式。若某交易符合編碼於軟體的條件，便會在帳戶之間自動移轉數位資產。智慧合約以數學算法為雙方建立保障。
本文作者皮奧瑞（Adam Piore） 著有《The BodyBuilders: Inside the Science of the Engineered Human（身體建築師－人類基因改造科學）》
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