區塊鏈 (Blockchain)沿革

2.2.1 區塊鏈(Blockchain)沿革

關於區塊鏈（Blockchain）演進，第一先想到的不外乎是比特幣（Bitcoin），一 種採用區塊鏈技術打造出的點對點(Peer to Peer)電子貨幣系統應用，但比特幣 區塊鏈並非是一項全新的技術，而是跨領域的將過去數十年所累積的技術基礎 做結合。

區塊鏈的演變歷程相關技術如下:

 1982 年:

拜占庭將軍問題

Leslie Lamport 等人首先提出拜占庭將軍問題（Byzantine Generals

Problem），把各地軍隊的將軍如何彼此取得共識?決定是否出兵?延伸解釋

David Chaum 提出了注重隱私安全的密碼學網路支付系統(Payment)，具有 無法追蹤的特性，之後成為了比特幣區塊鏈在隱私安全面的基本雛形。

 1985 年: 橢圓曲線密碼學

Neal Koblitz 和 Victor Miller 分別提出橢圓曲線密碼學（Elliptic Curve Cryptography，ECC），首次將橢圓曲線用於密碼學，建立非對稱式公開金 鑰加密演算法。相較 RSA 演算法，採用 ECC 好處在於可用較短的金鑰，卻 可以達到相同的安全強度。(Ex:密鑰安全:ECC 160 bits =RSA 1024 bits)

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David Chaum 基於先前理論打造出不可追蹤的密碼學網路支付系統，就是 後來的 eCash，不過 eCash 並非去中心化系統。

Leslie Lamport 提出具高容錯的一致性演算法 Paxos。

 1991 年: 使用時間戳(Timestamp)確保數位文件安全

Stuart Haber 與 W. Scott Stornetta 提出用時間戳確保數位文件安全的協議，

之後此概念被比特幣區塊鏈系統採用，作為區塊鏈內資料的安全驗證。

 1992 年: 橢圓曲線數位簽章演算法

Scott Vanstone 等人提出橢圓曲線數位簽章演算法（Elliptic Curve Digital Signature Algorithm，ECDSA）

 1997 年: Adam Back 發明 Hashcash 技術

Adam Back 發明 Hashcash（雜湊現金），這是一種工作量證明演算法

（Proof of Work，POW），此演算法利用成本函數的不可逆特性，使用 Hash Function 加密(圖 2-1)，達到容易驗證，卻很難被破解的特性，亦即 很難反推回去找出未 Hash 前的資料， 最早被應用在阻擋垃圾郵件。而後 Hashcash 成為比特幣區塊鏈所採用的關鍵技術之一。

Adam Back 於 2002 年正式發表 Hashcash 論文。

 1998 年:

Wei Dai 發表匿名的分散式電子現金系統 B-money

Wei Dai 發表匿名的分散式電子現金系統 B-money，使用工作量證明機制 (POW)，強調點對點間的交易，以及不可竄改特性。不過在 B-money 中，

並未使用 Adam Back 提出的 Hashcash 演算法。但是 Wei Dai 的許多設計，

之後仍是被比特幣區塊鏈所使用。

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Nick Szabo 發表去中心化的數位貨幣系統 Bit Gold，參與者可貢獻運算能力 來解出加密的謎題。

 2005 年: 可重複使用的工作量證明機制(RPOW)

Hal Finney 提出一種可重複使用的工作量證明機制（Reusable Proofs of Work，RPOW），結合 B-money 與 Adam Back 提出的 Hashcash 演算法 來，可以創造出一個密碼學貨幣。

 2008 年: 比特幣(Bitcoin)

Satoshi Nakamoto（中本聰）於 2008/10/31 發表一篇關於比特幣的論文:A Peer-to-Peer Electronic Cash System，描述一個點對點電子現金系統，可以 在一個不具信任的基礎的環境達到支付清算，並且建立一套去中心化的電 子加密數位貨幣交易系統。

 2012 年之後:

區塊鏈可以使用在貨幣以外的數位資產轉移，例如股票、債券。比如彩色 幣(Colored Coin)便是基於比特幣區塊鏈的開源協議，可在比特幣區塊鏈上 發行多項資產，此時期屬於智慧資產、智慧契約發展期。

1. Blockchain 1.0: 為數位貨幣（Currency）應用，例如比特幣。

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2. Blockchain 2.0: 開始出現智慧資產（Smart Assets）、智慧契約（Smart Contracts）等數位貨幣之外的應用，例如彩色幣(Colored Coin)，可以在區塊 鏈上運行 Open Assets Protocol，以及可傳遞貨幣以外的數位資產，如股票、

債券等。

3. Blockchain 2.5: 包括代幣（Token）應用、分散式帳本（Distributed Ledgers）、資料層區塊鏈（Data Layers Blockchain）、結合人工智慧

（Artificial Intelligent），像是可用於金融領域聯盟制區塊鏈，如運行 1:1 的 美元、日圓、歐元等法幣數位化，以及無交易所的國際匯款網路，如企圖取 代 SWIFT 功能的 Ripple Coin，而資料層、分散式儲存則是以 Factom、

MaidSafe 等等為代表。

4. Blockchain 3.0: 指的是更複雜的智慧契約，將區塊鏈用於政府、醫療、科 學、文化與藝術等領域，例如 Ethereum，而本篇論文即是以此 Ethereum 區 塊鏈平台作智能合約開發以達成信用狀交易功能。

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抗碰撞性:如果兩個原始輸入不同，其輸出的雜湊值也是不相同的，不 會一個 Hash 值卻有 2 個不一樣的輸入值，這代表擁有極高的 獨特性，所以 Hash 值又被稱為數位指紋。

圖 2-1 Hash Funciton

資料來源：本研究整理自(梁伯嵩，2016) 關鍵技術 2: 橢圓曲線數位簽章演算法，加上配對的公鑰和私鑰

公鑰加密系統:

Alice 有一把公鑰和一把私鑰。她可以用她的私鑰產生數位簽章，而 Bob 可以用 Alice 她的公鑰來驗證這個簽名確實是用 Alice 的私鑰產生的，也 就是說，確實是 Alice 的簽名。

反之，傳輸資料的做法則是 Alice 拿 Bob 公鑰加密傳給 Bob，Bob 再拿自 己私鑰解密。

相較傳統的 RSA 演算法(公鑰加密系統)，採用 ECC(公鑰加密系統)好 處在於可用較短的金鑰，卻可以達到相同的安全強度。

(Ex:密鑰安全性:ECC 160 bits =RSA 1024 bits)

關鍵技術 3: 時間戳(Time Stamp Server)確保區塊鏈按照序列

將每個區塊頭內(Block Header)加上一個時間戳(Timestamp)，這個時間戳 用來證明資料在是某個時間產生，形成一個用來確保區塊序列的區塊。

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圖 2-2 區塊結構

資料來源：本研究整理自(梁伯嵩，2016)

圖 2-3 Time Stamp Server 資料來源：本研究參考文獻[19]

2. 區塊鏈的三大特色之二:去中心化

進行 Hash 運算時，動態調整「Nonce」 值。直到區塊頭的 Hash 函數值，

低於「困難度目標」，方為可被接受的區塊頭 Hash 值 1.設定一個「Nonce」值

2.對區塊頭進行雜湊運算

3.檢查區塊頭的雜湊函數值，是否低於「困難度目標」?

Yes : Proof-of-Work 成功 (挖礦成功) No : 設定新的 Nonce 數值，重複再進行一次

俗稱的挖礦就是這種 POW 的驗證過程,挖礦的目的就是使待驗證的區塊成為 一個"已經被驗證"的區塊，而將交易驗證並記錄到區塊鏈上，此筆交易才算 真正的成立。

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圖 2-4 Proof-of-Work

資料來源：本研究整理自(梁伯嵩，2016)

4. 區塊鏈的三大特色之三:快速驗證

在每一個區塊中，可能包含數百筆到數千筆的資料，因此,為節省儲存空間 並減少資源浪費，區塊鏈採用 Merkle Tree 機制設計，讓這些資訊的 Hash 值，經由兩兩一組形成另一個新的 Hash 值方式，不斷的重複進行，直到最 後產生一組最終的 Hash 值(Merkle Tree Root)。

而這個 Merkle Tree Root(Root Hash)也就是 Block Header 組成的一部份，例 如下圖所示(圖 2-5)Hash01= Hash(Hash0+Hash1)，而 Root Hash 則是 Hash01 與 Hash23 兩兩組成。

Merkle Tree 的設計機制，驗證時只需驗證 Merkle Tree Root 即可，可大幅減 少資料傳輸量與運算資源損耗。

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圖 2-5 Merkle Tree 資料來源：本研究參考文獻[1]