區塊鏈兩大核心技術拆解：用一串程式碼打造出超級信賴機器

【撰文：張庭瑜 / 製圖：黃巧秀】

通常講到區塊鏈技術，光是分散式帳本、智慧合約、去中心化應用程式這些專有名詞就讓人感到頭痛。但其實只要了解一點點密碼學、一點點程式概念，區塊鏈其實沒這麼難。

核心技術 1：集結密碼學、P2P 架構的公開帳本

想了解區塊鏈，必須從第一個應用「比特幣」開始談起。它解決了數位貨幣最根本的問題：如何讓大家信任帳本上記載的數字。

首先，比特幣採用的是 P2P（peer-to-peer）網路架構，帳本是公開透明的，只要下載一個程式就能共同維護並存取這份帳本，當有新的交易紀錄，每個人的帳本都會一起更新，幫忙作證交易完成，因此不會有 A 已付錢給 B、B 卻說他沒收到的情況。

儘管大家都有帳本存取權，並不是人人都能隨意更改帳本。在比特幣中，每批交易只能有一個人負責記帳，為了獲得記帳權，共同維護帳本的人或電腦（又稱節點）必須比賽解出一個複雜的運算問題，最先解出的人就能獲得記帳權，這個過程也被稱作「挖礦」，而參與搶答的人就叫「礦工」。在記帳前，礦工會檢查這筆交易的發起人是否合法，也就是如果交易內容是從 A 帳戶轉 100 元到 B 帳戶，那必須先確認該筆交易是否由 A 發起。同時，礦工也會確認這筆資金過去是否沒被花過，避免重複花費。由於挖礦程式也是公開透明的，大家都認同並遵守這套遊戲規則，因此不會懷疑由此新增的交易資料。

在區塊鏈的架構裡，每批交易資訊都會被打包成「區塊」儲存在網路中，每個區塊會按照新增的時間順序串連起來，形成一條「鏈」。照理說，每個區塊後面只會接一個區塊，但如果一個區塊後面接了兩個區塊，就會「分叉」成兩條鏈，正常情況下，比較長的那條鏈會被保留，否則就會出現好幾種不同版本的帳本。

再談細一點，礦工挖礦時必須面對的那些運算，其實是出自密碼學的雜湊函數。教導密碼學和區塊鏈的台灣大學數學系兼任助理教授陳君明解釋，雜湊函數會把餵給它的東西打亂，很難預測結果，無論丟進去什麼內容，最後只會算出一個長度固定的雜湊值（hash）。

以比特幣為例，礦工把整包區塊內容丟進雜湊函數後，會算出 256 位元的雜湊值。其中，每個區塊有好幾個欄位，包含上個區塊的雜湊值、交易內容，唯一可以動的欄位稱作「隨機數」（nonce）。而礦工的工作就是不斷調整隨機數、放到雜湊函數中，直到算出的數字符合條件，才能把區塊接到鏈上，完成記帳。在比特幣的世界裡每十分鐘只能新增一個區塊，所以挖礦的人越多，計算難度也會越高。

不過挖礦需要耗費大量運算資源，大家為什麼願意投入？為了鼓勵更多人挖礦，比特幣結合激勵機制，成功挖到礦的人可獲得一筆固定的挖礦獎勵，和交易發起人提供的交易手續費。比特幣的挖礦獎勵每四年減半，從 2009 年的 50 顆，到現在只剩 12.5 顆，不過隨著交易量變大，礦工可獲得的交易手續費也變多。

除了挖礦，雜湊函數也被用來產生每筆交易的 ID──相當於數位指紋，而這些 ID 又會和上個區塊的雜湊值合起來成為新區塊的雜湊值。由於只要內容稍有更動，算出來的雜湊值就會截然不同，其他礦工也會發現哪筆交易被篡改，並捨棄掉該交易。可以說是雜湊函數，造就了比特幣交易不可抹滅的特性。

核心技術 2：用程式打造最有效力的契約：智慧合約

按照以太坊發明人布特林（Vitalik Buterin）的說法，智慧合約是一個可以自動控制數位資產的電腦程式，也可以把智慧合約想像成一台由程式碼編寫，而且能自動運行的自動販賣機，投下多少錢，相對應的物品就會掉出。例如，有兩個人打賭會不會下雨，如果氣象感測器偵測到下雨、並把結果傳給智慧合約，那智慧合約會自動把賭金轉給贏家。

智慧合約的好處，又或者說把合約寫在區塊鏈上的好處是：合約甲乙方可以不必以信任作為立約基礎，簡單說，就是不用在乎合約對象是否有信用，因為程式碼會強制執行合約內容。一旦合約被觸發，礦工就會開始執行合約內容，這過程是完全自動且無法干預，延續了區塊鏈的特性，因此合約內容很難被篡改、也幾乎不可能違約。

雖然貨幣是區塊鏈第一個應用，但區塊鏈能做的遠大於此，包含身分證、駕照等身分識別紀錄，以及專利、商標、著作權等無形資產，都能編碼成數位資產並在區塊鏈上登記，甚至就連汽車或房子這類的實體資產也能數位化。想像一下，把住宅鑰匙、飯店房卡、汽車鑰匙換成密碼學中的私鑰，擁有私鑰的人才能打開車門。

不過，區塊鏈和智慧合約畢竟是底層程式碼，要加上簡單明瞭的使用介面，才能成為能讓一般人使用的應用服務，像這樣基於區塊鏈打造的應用程式，就被稱作去中心化應用程式（Decentralized Application，DAPP），其中，以太坊提供一系列 DAPP 的開發模組，是區塊鏈應用百花齊放的重要推手。

《區塊鏈革命》一書指出，智慧合約就是像電腦程式的「if…then…」條件語，當預先編好的條件被觸發，智慧合約會執行相對應的合約條款。然而，過去因為「支付」這環節仍需人為介入，智慧合約一直難以實踐，因此，在比特幣這類基於區塊鏈的虛擬貨幣出現後，智慧合約的應用才向前邁進一大步。

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來源：《數位時代》 2018 年 5 月

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