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什麼是區塊鏈?|從零開始認識區塊鏈(上)

文字版摘要

大家都知道生活中的交易是怎麼發生的嗎? 假如小明和小美信任銀行,把錢交給銀行處理,銀行會負責當中介機構的角色幫雙方記帳,在內部伺服器的帳本上修改做更新。
 
這也就是我們日常所習慣的交易模式,傳統上的價值轉移(交易)必須依賴第三方中介機構進行。
 
但是中心化的貨幣系統,仍然有些致命缺點存在:如果銀行的伺服器被駭客攻擊呢?或者如果銀行因為金融危機而倒閉呢?(這些都是確實有發生過的)。有沒有一種系統可以讓我們「不需要經過銀行」,直接把錢送到對方手上?
讓我們回到2008年的金融海嘯, 當時世人們對現有的金融體系充滿不信任……
這場金融海嘯,使人民對金融機構失去信心,金融危機的失控,導致多間大型金融機構倒閉或被政府接管,引發經濟大衰退。
 
不久後,一個名叫中本聰 (Satoshi Nalamoto) 的神秘人,創造出一種點對點的電子現金系統-比特幣,不需要第三方中間機構,也可以安全不可篡改同時又可追溯紀錄地完成交易。
 
中本聰的目的就是要創造出完全「獨立於金融體系」外的一套貨幣系統,完全靠程式碼就能自行運作,任何人都可以自由的使用比特幣。比特幣至今發展十年,確實沒有任何的單一組織可以完全掌控它。
比特幣網路之所以不受任何單位掌控,「去中心化」的順利運行,關鍵就是區塊鏈技術。
 
「區塊鏈就像是個巨大的電子記帳本,每個區塊可以說是帳本的一頁, 區塊依照先後順序連接起來就成了區塊鏈。」
 
目前的網路,像Google,、臉書這些互聯網巨頭都是使用一個伺服器集中儲存跟管理所有程式碼跟使用者的資料;而區塊鏈則是一種點對點分散式帳本網路,讓系統內的參與者都幫忙備份跟更新帳本,資料難以被竄改!
 
利用區塊鏈難以竄改數據的特性,區塊鏈的應用除了比特幣這種加密貨幣以外,其他資產如:合約、著作權,或是零售業追蹤物流等等 ,都可以利用區塊鏈來統一資訊的不一致性。
  1. 去中心化:沒有一個中央管理者可以全權掌控區塊鏈
  2. 不可篡改:資料一旦上傳到區塊鏈,就非常難更改
  3. 可追溯性:區塊鏈上的資料按時間排序,難以竄改,方便追蹤任何資產轉移的歷史紀錄
  4. 公開透明:資料經過密碼學加密,公開在網路上,任何人都可以查看
  5. 財務自主權:錢包中的「私鑰」用來保護資產擁有權,用戶只要保管好私鑰,無需銀行等中介就能自主掌控資產
  6. 24小時運作:系統全天候運轉,不同於銀行會打烊、股市會休市
  7. 即時跨國交易:區塊鏈網路是全球的,不管人在哪都可以隨時進行點對點的交易
你可以把區塊鏈想像成一個全民都可參與的電子記帳本。對比特幣來說,比特幣區塊鏈就是歷史上所有比特幣交易紀錄的流水帳;你也可以把區塊鏈想像成如同Windows、MacOS般的作業系統,而比特幣就是在比特幣區塊鏈上的一個應用程式。
 
所有區塊鏈系統裡面被創造出來的貨幣,就是大家在新聞中常常看到的加密貨幣。比特幣之後,上千種採用區塊鏈為底層技術的加密貨幣(Cryptocurrency)也陸續出現,我們稱為「Altcoin(山寨幣)」,其中最為主流的像是以太幣、萊特幣、瑞波幣等等…..
網路世界裡,Chrome, Safari這些瀏覽器是我們訪問網路的主要介面。換到區塊鏈世界,「錢包」就是我們參與區塊鏈系統的介面,具有轉帳、儲存公私鑰、查詢資產餘額等功能。
 
在此釐清一下錢包不會裝錢,加密貨幣事實上是紀錄在區塊鏈上的。錢包真正裝的是帳戶裡無限多對重要的密碼鑰匙-「私鑰與公鑰」,我們的交易要被承認並紀錄在區塊鏈上,必須要提供由私鑰所產生的數位簽章,要花費帳戶裡的資產時,也需要「數位簽章」來解鎖區塊鏈對數字貨幣的封印。
 
而公鑰則具有讓區塊鏈網路的節點利用它來驗證資產主人身份的功能,因為公鑰與私鑰是一對的。總而言之,私鑰用來簽署交易,公鑰用來驗證交易
區塊鏈從字面上解釋,區塊鏈就是由無數個「儲存資料的區塊 (block)」相連而成的鏈(chain)。想像區塊鏈是一本巨大帳本,每個區塊都代表著帳本的一頁,頁面上記錄著數百數千筆交易,礦工則負責更新區塊。
 
每一個區塊都有一個身分證字號, 叫「雜湊值」。雜湊值(Hash)是把區塊頭的資料,透過一種密碼學的數學函式壓縮成的一串字串,前一個區塊的雜湊值會塞到下一個區塊的頭部,讓鄰近區塊彼此「鏈接」了起來。如果有人竄改了某個區塊的資料,該區塊的雜湊值就會發生變化, 造成後面區塊的雜湊值全連接不上,竄改後的資料於是全部無效,區塊鏈也就「斷」了,這是區塊鏈「難以竄改」的原因之一:牽一髮而動全身。
新的交易會不斷在系統內發生,因此帳本需要不斷更新,把新的區塊上鏈。不過因為分散式帳本沒有一個中央伺服器負責記帳, 而是由「礦工」來記帳,礦工會驗證交易並競爭當下區塊的記帳權,贏者便有資格把新區塊打包上鏈, 然後獲得獎勵,這個行為就是「挖礦」。
 
那麼分散在各地的無數個礦工節點,該如何公平競爭得到「記帳權」,獲得挖礦獎勵呢?中本聰導入了「工作量證明」機制,讓礦工彼此競爭記帳權。概要的流程如下:礦工節點會先挑選過去全網未打包的新交易,集中打包到一個新創建的區塊裡,後續礦工們會開始執行「工作量證明」, 競爭新區塊的記帳權。也就是使用電腦或礦機,計算一個很難很難的數學題比誰算的快,這道題目的特性是尋找解答很難,但要驗證正確性卻相當容易。先算出解答的礦工,就可以把答案廣播給其他礦工節點驗證,節點確認後,就會把這個新區塊複製到自己的帳本上(上鏈),這名贏家礦工也收到應有的獎勵。

工作量證明(PoW, Proof of Work) ,要用一句話定義的話,工作量證明是一種基於密碼學的共識算法, 用來決定誰來記帳。多數區塊鏈都有類似「挖礦」的獎勵機制, 作為節點記帳的動機,但採用的「共識算法」 不一定是工作量證明。

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