第三章 區塊鏈之起源與發展
第一節 區塊鏈基本定義
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第三章 區塊鏈之起源與發展
區塊鏈，起源一位名為Satoshi Nakamoto（俗譯：中本聰）的一篇比特幣 論文（Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System 比特幣：一套點對點的電子 現金系統），作為比特幣的底層技術，本質上是一套去中心化的資料庫。是指透 過去中心化的方式集體維護一個可靠資料庫的技術方案。儘管到目前為止世界 上仍不曉得這位中本聰究竟是何人。之所以在此探討區塊鏈，無非是想透過區 塊鏈解決上章著作權於現下存在的問題。本研究在此將以較淺顯易懂的方式帶 領閱聽者剖析整個區塊鏈生態系。
第一節 區塊鏈基本定義
根據中本聰2008 年提出的雛形，區塊鏈是一種不依賴第三方、通過分散式 節點（Node）進行網路數據的存儲、驗證、傳遞和交流的一種技術方案。換個
說法，區塊鏈技術可以說是一種分散式去中心化的「網路記帳本」，無論任何人 都可以採用相同的技術方式在此記帳本裡面加入自己的信息。延伸至今，區塊 鏈可以因應各種市場需求將不同形式的信息寫入區塊鏈。
這套系統簡單來說可說是結合了分散式記帳本、共識證明、不可竄改三大 特性的一套系統。但實際上來說，上述的三種系統各自並不是因為區塊鏈出現 才被發明的，更應該說是，「區塊鏈」透過獎勵機制（或說是商業模式）將上述 三種系統完美的結合，此般的創新才導致了風潮。
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33 LESLIE LAMPORT, ROBERT SHOSTAK, and MARSHALL PEASE, The Byzantine Generals Problem, SRI International, 1-2(1980).
34 Id.
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圖 6：比特幣交易紀錄
資料來源：Blockchain.info，比特幣主鏈，區塊編號 #497180
（四）、 區塊／區塊鏈
在第（一）段中提到Hash 值，其全名為雜湊函數（Hash Function、或稱雜 湊演算法、雜湊函數）是一種將任何資料中建立成較小格式成「指紋碼」的方 法。此般方式常見的編碼有SHA-1、SHA-2、SHA-3（SHA 為 Secure Hash
Algorithm 的縮寫），MD5 等。雜湊函數將數位電子資料，壓縮成指定格式且固 定長度的編碼（又稱訊息摘要），使資料量有效變小。該些函數將資料打亂混 合，重新建立一個叫做雜湊值（hash values，hash codes）的指紋。
所有雜湊函數的演算法，都有一個基本特性：「如果兩個雜湊值是不相同 的，那麼這兩個雜湊值的原始輸入也是不相同的」。這個特性是雜湊函式具有一 定且唯一的結果，具有這種性質的雜湊函式稱為「單向雜湊函式」。
但同時，數學上，雜湊函數的輸入與輸出仍無法達到唯一對應的關係（數 學上稱1-1，one - to - one function），由於數位檔案的多元性可視為無限多種
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（函數之定義域），但固定長度之編碼卻有限（函數之對應域），也就是說，儘 管兩個數位檔案是不同的，仍有特定的機會得到的y 值可能相同，這種情況稱 為「雜湊碰撞（collision）」。但由於典型的雜湊函式都可以有非常大的定義域
（對應域則為輸出雜湊值長度的最大排列組合），比如SHA-2 系列函數中，最高 可輸入的字串長度長達264-1 位元組，但實務上仍將此認定為單射函數（每個 y 值只會被一個x 值對應到）。然而，同上所述，少量的雜湊碰撞仍然是不可避免 的（參考鴿洞原理37）。
但由於硬體計算科技的進步，部分雜湊函數已可以透過強制對應每一個值 所破解（西元1996 年 MD5 演算法已被破解、2005 年 SHA-1 被檢驗理論上的漏 洞，於2017 時實現了雜湊碰撞），然而建立此一般對應表既龐大又沒有效率，
於現今硬體科技的此時，強行進行雜湊碰撞僅被視為理論的實現。
37 Grimaldi, Ralph P. Discrete and Combinatorial Mathematics: An Applied Introduction. 4th edn.
1998. ISBN 0-201-19912-2. pp. 244–248.
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圖 7：雜湊函數示意圖
之所以要介紹雜湊函數，為了表示區塊鏈的特性之外，雜湊函數更是區塊 鏈的基本（甚至是本論文的基本）。上些段落提到的，每份資料之間要如何證明 沒有被竄改的狀況呢？這時雜湊函數便能派上用場。之所以取名叫做「區塊 鏈」（Blockchain）的意義便在於，每個「區塊（Block）」之間由特殊的方式相互
「鏈結（Chain）」在一起，如同鎖鏈一樣，抽換任何一段鐵鎖都會造成鎖鏈的 斷裂。
在區塊鏈上便是利用Hash 值的特性，一個區塊將資料全部寫入完畢後，透 過雜湊函數編碼出一個Hash 值，該 Hash 值便是該區塊的身分指紋碼，在下一 個區塊寫入時也會同時記錄這個區塊的Hash 值，如此接續下去便成為一套無法 竄改的紀錄鏈，稱為「區塊鏈」。
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圖 8：區塊鏈結示意圖
如假設若有人於事後想竄改某份區塊的資料，根據Hash 值的特性，該區塊 資料編碼出來的Hash 值便會大幅度的不同，如此一來下一個區塊所紀錄上的資 料便會對應不起來，因此便可以發現資料遭到竄改。
也因此，若竄改者想要有效的改變整份資料，便需要持續不斷竄改下一份 區塊的Hash 值，直到最新的區塊資料。不僅是成本的提高，上述同時提到，要 要證明資料的真偽須取得整體節點數量的百分之五十以上，才有竄改資料的可 能。此般的特性使得整個區塊鏈系統無法具有不可改動、竄改的存證性。
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圖 9：區塊資料遭到竄改示意圖