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新一代互聯網技術
區塊鏈運作原理剖析與應用

新一代互聯網技術 區塊鏈運作原理剖析與應用

流行電子加密貨幣比特幣(Bitcoin)今年價格大起大落,引起不少人注意。比特幣除了價格本身極具話題性外,其使用的技術概念亦極為創新,如當中的區塊鏈(Blockchain)技術可能足以改寫今天互聯網資料儲存及傳送模式。

 

從爭議中走出來的區塊鏈

比特幣從推出至今,在全球各國及跨國金融機構間都對其存有不少爭議,不過由比特幣帶出的區塊鏈技術成為各金融機構爭相投入的金融科技(Fintech)技術卻是不容置疑的事實。比特幣所使用的區塊鏈技術最特別之處是真正去中心化的分散式系統,一改過往以中央伺服器作所有資料運算及存儲的方式。


比特幣能夠流行及得到重視,很大程度是因為區塊鏈技術讓其擁有安全而保密的機制。運作上,所有交易都不會實名登記,至於所有交易資料都會分散存放在比特幣網絡上的每一台電腦(亦即節點node)裡,而全球每一宗交易的紀錄都會存放在整個網絡公開的帳本(ledger)中,而非只存放在中央伺服器中。交易內容可以由其他系統使用者立即驗證,在保護個人隱私的同時,透明度也非常高。在沒有任何單一組織團體負責管理的情況下,任何人可以成為監督者。因此,用戶可以在任何地方進行交易,而不必擔心其交易會被銀行或政府截停、審查、凍結,所有的資產都能隨時帶走、進行交易。雖然對用戶而言十分方便,但也亦引起部分國家政府的憂慮。

雖然區塊鏈技術會因匿名及不受中央監管而帶來風險,但由於區塊鏈具安全性及低成本,不少企業都認為它有促進交易效率的潛力,只要此技術脫離比特幣,便可成為互聯網的新一代資料傳送、存儲技術。

在區塊鏈運作模式中,用戶可先在網絡上設定好交易條件,若條件符合則會自動進行交易。而且由於所有交易都受到區塊鏈網絡的保護,故無法被竄改或中止,故能避免賴賬及收取額外手續費的情況出現,讓交易安全、快捷和低成本。

 

區塊鏈如何運作?

前文提及區塊鏈其中一個特色是所有資料都只會分散儲存,且所有網絡使用者都會備存一份,而沒有中央伺服器。那實際使用上,區塊鏈是怎樣運作的呢?以下比特幣的例子可稍作說明。

比特幣透過區塊縺技術,讓網絡上所有人都保存了一份交易紀錄。

當David想轉賬5比特幣給Sandra,便要向網絡發出訊息:「在David的賬戶中扣減5 BTC,然後加到Sandra的帳戶」。整個網絡也會收到這條訊息,而這宗交易也會記錄到每個節點的帳本,並更新帳戶的餘額。當然,David要轉賬之前,必須透過其比特錢包(Bitcoin Wallet)的私鑰將轉帳訊息加密,再傳送到網絡上。而網絡上的每個節點則會透過David的公鑰將訊息解開,以確認由David本人發送。

每次交易都需要用戶驗證其數碼錢包,並使用其私鑰將資料加密。

 

在加密完成時會產生一個電子簽名,節點會用它來確認交易訊息的發送來源和真偽。電子簽名內容是一串文字,它是由交易訊息和私鑰所組成,所以不能用在其他的交易訊息上。如果更改交易訊息中任何一個字元,電子簽名也會隨之而改變,所以黑客很難更改交易訊息或得知交易金額。

要注意的是雖然每個節點都保有一份帳本,但區塊鏈系統並沒有記錄每個人的帳戶餘額,那節點是如何得知及計算個別帳戶餘額?事實上,系統只有紀錄網絡上每筆交易紀錄。為了計算帳戶餘額,必須分析和驗證所有曾經跟用戶錢包產生交易的紀錄。

 

區塊鏈與傳統電子交易之別

使用區塊鏈技術跟傳統中央伺服器方式作電子交易有兩大不同之處:

在現有的中央伺服器體系中,我們只能知道自己的交易紀錄和帳戶餘額,而在區塊鏈網絡裡,每個使用者均可以知道任何用戶的交易紀錄。

使用網上銀行作電子交易,如交易過程中出現任何錯誤,也可與銀行的客戶服務聯繫。而比特幣則是分布式系統,直接在網路上運行,如發生遺失了電子錢包密碼等錯誤,並不能尋求客服人員的幫助,建議使用正式的比特幣錢包軟體(例如Bitcoin Core),並且妥善保存你的錢包密碼或私鑰。

 

區塊鏈的日常應用

政府及企業應用

區塊鏈技術除了使用在在比特幣上外,不少政府及企業正研究技術在其他地方上的使用,例如美國德拉威州州長Jack Markell曾表示,德拉威州正在考慮使用區塊鏈科技來減少紙本作業,並盛讚區塊鏈技術有節省成本、增進交易效率的潛力。微軟則與R3結盟,研究如何「加速使用分散式帳簿科技」在投資、借貸及其他金融交易上。

除了美國,其他國家也在積極研究如何結合區塊鏈與政治或金融體系。負責發行國內公司債券的俄羅斯國家結算存營所,正在測試透過區塊鏈科技確保股東會議用的投票系統的安全性。英國政府科學辦公室也鼓勵使用區塊鏈來減少欺詐、貪腐、錯誤的出現,以及紙本集中作業程序的成本。

不同網絡應用

除了金融上的革新,區塊鏈的兩大特色:去中心化、資料無法被片面竄改,也可以應用在社交網絡、物聯網,以至其他傳統的互聯網應用,所有感應器都互通並進行紀錄,減低對中央伺服器的依賴,以及確保所有資料交易更為安全可靠,在大規模感應器環境上可以更有效率。

區塊鏈允許用戶在彈指之間完成轉換所有權,免除違約或遭中介等第三方操縱的風險,可自動化進行交易,創造一個完美可靠的數位記錄。同樣,區塊鏈技術不需要可信任的中間人(如銀行、政府等),本身可提供更完整性、稽核能力更強的監管。因區塊鏈的日常應用此,區塊鏈技術不但可以應用在各種金融交易,也可用在商務契約、稅收、投票、醫療 記錄、數位護照和數位貨幣的發行等各種公私領域,幾乎遍及日常生活的各層面。

日常消費應用

隨著消費者對產品供應商的道德要求愈來愈高,我們也可以透過區塊鏈技術,去確保生產流程上是否有經過一些不道德的過程。

對於熱門的共享經濟,例如Airbnb及Uber等依賴服務提供者信譽及服務品質的平台,區塊鏈的作用更大。當有人想租房間時,他可以登入區塊鏈的數據庫,經過篩選找到合適的房間,之後區塊更可協助雙方簽訂智能合約。智能合約會確定簽訂雙方的身份,並在交易過程中通過電子貨幣處理付款。Airbnb甚至邀請了區塊鏈專家修補信任機制漏洞,讓房東跟租客之間的評價更客觀更可信。

此外,近年相當流行的Kickstarter之類的眾籌活動,亦可以透過區塊鏈進行交易,確保支持者的金錢可於廠方交貨後才正式過戶,減低「走數」的可能性。