【Blockchain入門】「區塊」與「鏈」的相遇

Posted By Flowchain Taiwan on 11 月 27, 2018 in 教學文, 綜論 | 0 comments

作者：Angelina H. Huang

區塊鏈是什麼？區塊裡裝的是什麼？為什麼又要用鏈接起來？它到底長什麼樣子？本文是區塊鏈入門文章，為想跟上金融科技時事、但又不是很熟的區塊鏈新手訴說一個簡單易懂又生動的故事。

區塊鏈，簡單來說是一種「新式資料庫」（Database），過去我們常使用硬碟與雲端資料庫來儲存資料，這兩者是實體與虛擬的差別，但都屬於將資料存在一個中心化、集中式的資料庫中，因此若中心伺服器當機或遭遇駭客攻擊，都會讓用戶遇到服務停擺或個資外洩的危機，而這些中心化的資料庫也有被竄改的風險，例如駭客駭進銀行資料庫，只要刪掉一個 0，客戶就損失重大了！台灣也時有行員偽造文書、盜領顧客存款的新聞，顯示若管理這個資料庫的人不具誠信，也會對於文件儲存的安全性造成風險。

透過層層加密，區塊鏈的安全性相當高（本圖片係以創用CC 姓名標示 4.0 國際授權條款授權。）

因此，區塊鏈與傳統資料庫的差別，在於「去中心化」和中心化的差別，如下面的概念圖，去中心化的差別在於沒有一個主要的頭，但與最右邊的分散式仍有些許差異。區塊鏈的資料儲存分布多處於去中心化和分散式之間，如下圖（B）所示。

資料儲存模型分為中心化、去中心化、分散式（圖片來源：Paul Baran— On Distributed Communications）

從上圖可看到許多點，這些點稱為「節點」，節點可以是一台電腦或伺服器，因此儲存在區塊鏈的資料是指存在這些分散的節點裡，而非一個集中式的中心伺服器，類似「雞蛋不要放在同一個籃子裡」分散風險的概念。而每一個節點存的資料都必須一樣，也就是資料正本只有一個，但每個參與區塊鏈的節點會有一個副本，如果有人想要修改已經存在區塊鏈中的資料，必須要經過這些節點的同意，換句話說，一個人好說話，但若要一百個人都同意，那可是非常困難的，因此區塊鏈具有「不可竄改的特性」便是從這而來。

區塊鏈裡的秘密

區塊鏈的區塊究竟裝的是什麼？前面提過，區塊鏈是種分散式的資料庫，資料庫裡存的就是交易紀錄，也可以視為一本帳本，記錄著流水帳。你可能會想流水帳為何這麼重要？還要大費周章的找一堆節點分散儲存？其實流水帳如同你的銀行明細，紀錄的是錢的支出與收入，最後算出個人帳戶裡有多少結餘，若今天一個駭客偷偷在你的銀行帳本裡加一筆匯出的紀錄，銀行就會根據這筆紀錄認定你有這筆支出，扣掉你戶頭裡的錢，這也是為什麼帳本的正確性與安全性非常重要，而區塊鏈技術會造成這麼大的轟動原因之一。

我們已經知道區塊裡裝的是交易紀錄，但區塊本身是什麼東西？其實是為了帳本的安全性，我們需要為這些帳本加裝保全，也就是使用密碼學來加密，包一層加密規則來保護記錄，最後產生的密碼值就是「區塊」。區塊也可視為一個保險箱，把珍貴的帳本放入保險箱鎖上，最後看到的就是一個保險箱的區塊。

把記有交易紀錄的帳本鎖進加密的保險箱（本圖片係以創用CC 姓名標示 4.0 國際授權條款授權。）

實際在電腦裡又是怎麼跑的呢？如：A 轉帳 1000 元給 B，但在電腦的世界裡這筆交易紀錄會被轉為二元的資料，呈現出由 0 和 1 組成的數字序列，如：10011001101111。接著經過一道加密手續（通常是使用密碼學 SHA-256 的規則來加密），整個加密過程稱為 Hash Function，產生出來就是 Hash 值（區塊）。

區塊（鎖著帳本的保險箱）= Hash 值 = 交易紀錄（帳本） + Hash Function（密碼鎖）

（本圖片係以創用CC 姓名標示 4.0 國際授權條款授權。）

那「鏈」又是指什麼呢？其實區塊鏈的鏈非彼鏈，而是指「區塊之間彼此交疊扣住的區域」，將每個區塊以這個方式串接起來。

「鏈」是指區塊之間彼此交疊扣住的區域，將每個區塊以這個方式串接起來．因此除了第一塊創世塊外，每塊的「區塊頭」都會包含前一塊的 Hash 值，再加上本身新的交易資料與後續的加密步驟（本圖片係以創用CC 姓名標示 4.0 國際授權條款授權。）

剛剛提到，區塊鏈的安全性是相當高的，在於其加密的過程非常複雜，環環相扣到牽一髮動全身的程度。Hash Function 的過程又可細分為 Nonce 和 Difficulty。簡單來說，Nonce 是一個加密的規則，例如：規定在這筆交易的二元數字序列中，每五個數字就分別按照順序插入 101011：

交易序列：1001100110101101100101010…
Nonce：每五個、101011
Hash 值：10011100110010110111001001010…

Hash Function 的過程又可細分為 Nonce 和 Difficulty（本圖片係以創用CC 姓名標示 4.0 國際授權條款授權。）

組合而成，便成了區塊鏈的第一塊區塊－創世塊：

創世塊的組成有 6 個欄位：交易資料、Nonce、Difficulty、時間戳記、Merkleroot 和 Version，為了避免讓讀者頭暈，後三個欄位在此略過不提（本圖片係以創用CC 姓名標示 4.0 國際授權條款授權。）

Nonce 的設定也不是隨便亂設的，需要符合 Difficulty 這條遊戲規則。我用 Nonce 算出的 Hash 值需要小於或等於 Difficulty，最後才算符合遊戲規則，贏得遊戲、成功「上鏈」。後面的區塊同樣需要遵守相同的遊戲規則，才可上鏈成為區塊鏈的一份子，也就是前一塊的 Hash 值加上新的 Nonce，並符合 Difficulty 的規則，產生新的 Hash 值，以此類推，區塊鏈則會越接越長。

也因為如此，每一塊區塊都用了前一塊的 Hash 值做加密的動作，所以如果我想要更改第 1001 塊的區塊的交易資料，我連前面的 1000 塊都要跟著一起改，否則很容易被其他節點識破我在偷偷幹的好事，所以一般而言，區塊鏈是越長越安全。

新 Hash 值（新區塊）

= 前 Hash 值（上一個區塊） + 新交易資料 + Nonce（加密） ≤ Difficulty（遊戲規則）