區塊鏈

區塊鏈（blockchain或block chain）是藉由密碼學與共識機制等技術建立與儲存龐大交易資料串鏈的點對點網路系統。

每一個區塊包含了前一個區塊的加密雜湊、相應時間戳記以及交易資料（通常用默克爾樹（Merkle tree）演演算法計算的雜湊值表示），這樣的設計使得區塊內容具有難以篡改的特性。但如果掌握區塊鏈節點51%及以上的運算力，就能操控區塊鏈的內容。而且如果一開始寫入的內容是錯誤的內容，那麼區塊鏈技術反而會讓錯誤的內容難以被篡改。

目前區塊鏈技術最大的應用是加密貨幣，例如比特幣的發明。因為支付的本質是「將帳戶A中減少的金額增加到帳戶B中」。如果人們有一本公共帳簿，記錄了所有的帳戶至今為止的所有交易，那麼對於任何一個帳戶，人們都可以計算出它當前擁有的金額數量。而公共區塊鏈（公有鏈）恰恰是用於實現這個目的的公共帳簿。在比特幣體系中，比特幣地址相當於帳戶，比特幣數量相當於金額。

## 概述

區塊鏈是一種去中心化、分布式且通常是公共的數字分類帳，由稱為區塊的記錄組成，這些區塊用於記錄交易信息到多台電腦上，以便任何涉及的區塊都不能被追溯更改，否則會影響後續的區塊。這使得參與者能夠獨立且相對便宜地驗證和審計交易。區塊鏈資料庫使用點對點網路和分布式時間戳伺服器進行自主管理。它們是通過以集體自身利益為動力的大規模協作來驗證的。這樣的設計促進了穩健的工作流程，其中參與者關於數據安全的不確定性是微乎其微的。區塊鏈的使用消除了數字資產無限可複製的特徵。它確認每個價值單位僅轉移一次，解決了長期存在的雙重支出問題。區塊鏈被描述為一種價值交換協議。區塊鏈可以維護所有權，因為當正確設置以詳細說明交換協議時，它提供了強制要約和接受的記錄。

以比特幣的區塊鏈帳本為例。每個區塊基本由上一個區塊的散列值，若干條交易，一個調節數等元素構成，礦工通過工作量證明實現對交易整理為帳本區塊和區塊安全性的維持。一個礦工通過交易廣播渠道收集交易項目並打包，協議約定了控制區塊生成速度而產生的難度目標值，通過不斷將調節數和打包的交易數據進行散列運算而算出對應散列值，使其滿足當時相應的難度目標值，最先計算出調節數的礦工可以將之前獲得上一個區塊的散列值、交易數據、當前算出對應區塊的調節數等參數整合為一個帳本區塊並廣播到帳本發布渠道，其他礦工則可以知道新區塊已生成並知道該區塊的散列值（作為下一個區塊的「上一個區塊的散列值」），從而放棄當前待處理的區塊數據生成並投入到新一輪的區塊生成。

對於其他基於區塊鏈的應用，主要是針對所負載的數據，區塊安全性的維持方式等進行調整。

## 歷史

中本聰在2008年於《比特幣白皮書》中提出「區塊鏈」概念，並在2009年創立了比特幣網路，開發出第一個區塊，即「創世區塊」。

區塊鏈共享價值體系首先被眾多的加密貨幣效仿，並在工作量證明上和算法上進行了改進，如採用權益證明和SCrypt演算法。隨後，區塊鏈生態系統在全球不斷進化，出現了首次代幣發售ICO、智能合約區塊鏈以太坊、「輕所有權、重使用權」的資產代幣化共享經濟以及區塊鏈國家。目前人們正在利用這一共享價值體系，在各行各業開發去中心化電腦程式（Decentralized applications, Dapp），在全球各地構建去中心化自主組織和去中心化自主社區（Decentralized autonomous society, DAS）。

截至2019年中華人民共和國的相關公司佔有全球區塊鏈專利權的八成以上。在2016年公布的《十三五國家資訊化規畫》，就已將區塊鏈技術列為戰略性前沿技術。反超點在2017年當年度專利申請量超過1200件超越美國，之後一路上升，並誕生了比特大陸等以挖礦業務為切入點累積資本最終做大的企業。其官方立場是不承認比特幣的貨幣流通地位並禁止任何商家收付，但認為區塊鏈技術可以為國家所用，2019年中國人民銀行第三季消息，支付結算司副司長穆長春8月10日在金融四十人伊春論壇上介紹央行法定數字貨幣的實踐DC/EP（DC，digital currency，數字貨幣；EP，electronic payment，電子支付）時揭露央行DC/EP研究已進行五年，表明可能存在被稱為「央行數字貨幣」的制度。早在2016年有新聞顯示平安集團、招商銀行、微眾銀行等40多家金融機構共同成立首個中國深圳FinTech數字貨幣聯盟。同年10月，中共中央總書記習近平公開表示「區塊鏈技術的集成應用在新的技術革新和產業變革中起著重要作用」，對特定技術發表談話表達重視，引發相關類股上漲以及媒體議論。

## 應用項目

區塊鏈應用被定義為對以區塊鏈技術為核心組件的系統的使用和參與，由特定前因驅動並產生多樣化結果, 涵蓋對系統生成資訊的使用以及與系統本身的交互，這些行為可發生於個人、組織或社會層面。目前，區塊鏈的使用可以分為三種類型：作為數字資產的使用、作為制度機制的使用以及作為數字基礎設施的使用。

### 國家貨幣

- e-Dinar是突尼斯共和國政府用區塊鏈技術發行的數字貨幣。也是第一個國家數位貨幣。
- eCFA是塞內加爾共和國政府用區塊鏈技術發行的數位貨幣。
- 數字人民幣（E-CNY）是中華人民共和國政府用區塊鏈技術發行的數字貨幣。
- Sand Dollar是巴哈馬國政府用區塊鏈技術發行的數字貨幣。

### 社區貨幣

- 空盧（英文：Colu）公司在英國倫敦用區塊鏈發行了東倫敦社區英鎊（Local Pound, East London），主要為中小企業提供支付平台。2017年6月止，空盧在全球發行了多款社區貨幣，共有50,000使用者。

### 私有鏈、公有鏈和聯盟鏈的區別

公有鏈｜聯盟鏈｜私有鏈

參與者｜不限｜聯盟成員｜鏈的所有者

共識機制｜PoW/PoS｜分布式一致性演算法｜solo/pbft等

驗證者｜自願提供算力或質押加密貨幣者｜聯盟成員協商確定｜鏈的所有者

激勵機制｜需要｜可選｜無

去中心化程度｜較高｜偏低｜極低

如初特點｜解決雙重支付｜效率和成本優化｜安全性高、效率高

吞吐量｜7筆/秒至數千筆/秒（TPS）｜<10萬筆/秒（TPS）｜視配置決定

應用領域｜區塊鏈遊戲、非同質化代幣、去中心化金融等｜供應鏈管理、金融服務、醫療保健等｜大型組織或私人企業之業務等

代表項目｜比特幣、以太坊｜R3、Hyperledger

### 公有鏈

公有鏈可稱爲公共區塊鏈，指所有人都可以參與的區塊鏈。換言之它是公平公開，所有人可自由訪問，發送、接收、認證交易。另外公有鏈亦被認為是「完全去中心化」的區塊鏈。公有鏈的代表有BTC區塊鏈， ETH、 EOS 等，它們之間有存在不同架構。擧個例子說，以太坊（ETH）是一條公有鏈，在以太坊鏈上運作的每一項應用都會消耗這條鏈的總體資源；EOS只是一個區塊鏈的基礎架構，開發人員可以自由地在EOS上創建公鏈，每條鏈與鏈之間都不會影響彼此擁有的資源，換言之不會出現因個別應用資源消耗過多而造成網路擁擠。

### 私有鏈

商業組織正在為各種應用開發分布式分類帳和其他區塊鏈啟發的軟體。由於這些軟體被中心化機構控制，不具有區塊鏈去中心化的屬性，被稱為私有鏈 （private blockchains）、區域鏈、或者聯盟鏈。私有鏈上的資料，可由建立私有鏈的機構任意操控改寫，所以連確保資料難以篡改的功能也沒有。

至2017年6月止，沒有任何私有鏈得到認可和使用，而且國際銀行界紛紛退出所參與的項目；加拿大中央銀行也在2017年5月放棄了國家私有鏈的開發，主要原因是與中央銀行體系格格不入。相反，用現有區塊鏈進行ICO眾籌，來開發新型去中心化社區的項目，如雨後春筍般地湧現，得到不同凡響的結果。以下是部分私有鏈及聯盟鏈開發項目：

- 德勤和ConsenSys2016年宣布計劃創建一個數位銀行ConsenSys計劃
- R3計劃連接42家銀行分布式分類帳，主要由以太坊，Chain.com，英特爾和IBM牽頭
- Microsoft Visual Studio正在使Ethereum Solidity語言可供應用程式開發人員使用。
- SafeShare保險提供一項區域鏈為基礎的主打共享經濟的保險，由英國保險巨頭勞合社承保。
- 一家瑞士工業聯盟，包括瑞士電信，蘇黎世州銀行和瑞士股票交易所，以櫃檯買賣為原型的資產交易，基於以太坊科技的區域鏈。
- a 2013 company developing blockchain enabled platforms
- R3區域鏈聯盟
- 美國期貨和期權交易所CME集團於2017年4月11日宣布，正在測試基於區域鏈的黃金期貨平台的正處於最後測試階段，該區塊鏈是為比特幣提供認證的對等網路。
- 臺灣林產品生產追溯系統
- 私有鏈的弊端也很明顯，Nikolai Hampton 曾在《Computerworld》中指出，「私有區塊鏈也沒有必要受到『51%』攻擊，因為私有區塊鏈（很可能）已經控制了所有區塊創建資源的 100%。如果你可以攻擊或破壞私人公司伺服器上的區塊鏈創建工具，你就可以有效地控制他們 100% 的網路，並隨心所欲地更改交易。」這在金融危機或債務危機（如2007-08 年的金融危機）期間會產生一系列特別深遠的不利影響，因為政治上有權勢的參與者可能會做出有利於某些群體而損害其他群體的決策，並且「比特幣區塊鏈受到大規模集體挖礦的保護，任何私有區塊鏈都不太可能嘗試使用千兆瓦的計算能力來保護記錄——這既耗時又昂貴。」他還表示，「在私有區塊鏈中，不存在『競爭』；沒有動機去使用更多的算力或比競爭對手更快地發現區塊。這意味著許多內部區塊鏈解決方案只不過是繁瑣的資料庫。」

### 側鏈

區塊鏈中的側鏈（sidechains）實質上不是特指某個區塊鏈，而是指遵守側鏈協議的所有區塊鏈，該名詞是相對與比特幣主鏈來說的。側鏈協議是指：可以讓比特幣安全地從比特幣主鏈轉移到其他區塊鏈，又可以從其他區塊鏈安全地返回比特幣主鏈的一種協議。

### ICO代幣

首次代幣發行（Initial Coin Offering，簡稱ICO），也稱為ICO眾籌，是用區塊鏈籌集資金，以便開發新型區塊鏈社區的項目。

### 非營利組織

- 比爾及梅琳達·蓋茨基金會《基層項目／Level One Project》旨在利用區塊鏈技術幫助世界各地20億缺乏銀行帳戶的民眾。
- 聯合國世界糧食計劃署的《區塊建設／Building Blocks》旨在使糧食計劃署越來越多的現金扶貧業務更快，更便宜，更安全。「區塊建設」於2017年1月在巴基斯坦開展了現場試點工作，將在整個春季繼續進行。2017年6月，該項目已經擴大到敘利亞等國，計劃在2030年前在全球實現零飢餓。

### 去中心化的社會網絡

- 回饋項目（Backfeed project）正在基於區塊鏈分布式自治系統，開發共識主動性創建和分配價值的社會網絡。
- 亞歷山大項目（The Alexandria project）是一個基於區塊鏈開發的去中心化圖書館網路。
- 它自主（Tezos）是一個根據它代幣（token）持有者們的投票結果，讓電腦程式自我演變，來實現區塊鏈自主的開發項目。比特幣區塊鏈是一個去中心化的加密貨幣和支付的金融自主體系。以太坊區塊鏈在前者的基礎上增加了去中心化的智能合約的法律自主體系。它自主將在前兩者的基礎上增加去中心化的電腦程式開發功能，以便建立社會管理自主權體系。

### 區塊鏈資料庫

甲骨文公司在Oracle Database 21c中，首次引入了區塊鏈資料表功能。不過，Oracle Database的區塊鏈不是去中心化。甲骨文稱，中央化的區塊鏈資料庫較去中心化更高吞吐量及更少延遲交易問題。

## 駭客事故

區塊鏈目前多用於民間自訂的各種虛擬貨幣領域，眾多駭客事件也發生在這些場景，區塊鏈本身可以確保記帳內容萬無一失但目前幾乎都是不記名設計，所以誰能奪取帳號文本就能聲稱為所有者，而民間公司保存帳號的伺服器防駭條件不一使此類「搶劫」行為提供可能性。

### 2018年

- 1月，日本數字貨幣交易所Coincheck遭黑客攻擊，約價值超過5.34億美元的NEM於平台上被非法轉移。
- 2月11日，義大利加密貨幣交易所BitGrail遭黑客攻擊，約價值1.7億美元的NANO被盜。
- 4月22日，BeautyChain智能合約出現重大漏洞，黑客通過此漏洞無限生成代幣，導致BEC的價值接近歸零。
- 4月25日，SmartMesh出現疑似重大安全漏洞，宣佈暫停所有SMT交易和轉賬直至另行通知，導致損失約1.4億美金。
- 7月10日，以色列數字貨幣交易所Bancor遭黑客攻擊，約價值超過23.5億美元的ETH，NPXS，和BNT於平台上被非法轉移。
- 7月25日，EOS Fomo 3D狼人游戲的遊戲合約遭受溢出攻擊，60686個EOS從獎勵池中被盜取，導致部分獎勵沒有按照游戲規則獎勵使用者。EOS核心仲裁論壇（ECAF）對黑客進行仲裁後，凍結黑客EOS賬戶：eosfomoplay1。
- 9月20日，日本數字貨幣交易所Zaif遭黑客攻擊，導致損失67億日元（約6000萬美元加密貨幣），其中包括5,966比特幣。根據CNN報道指出，被盜金額約4000萬美元屬客戶資金，另外2000萬則屬於交易所。
- 12月3日，EOS Dice3D黑客攻擊，損失10569個EOS。黑客將被盜的EOS轉至火幣，Dice3D官方決定自費拿出部分EOS給予玩家作補償。

### 2019年

- 2月22日，EOS42被黑客攻擊，黑客利用EOS節點沒有更新黑名單的漏洞去攻擊系統，使EOS42損失二百萬個EOS。這個安全事件發生後，EOS社群開始作防備措施，避免類似情況再出現。
- 3月30日，韓國加密貨幣交易所Bithumb遭到黑客入侵，超過300萬EOS（約1270萬美元）和2000萬XRP（約620萬美元）的資產被盜。
- 5月8日，全球最大加密貨幣交易所Binance發布公告表示，遭到駭客攻擊，共計7000枚比特幣遭竊，損失估計超過4000萬美元。
- 7月12日，日本金融廳認證的合法加密貨幣交易所幣寶（BitPoint），遭竊取上千顆比特幣，各類加密貨幣合計損失高達35億日元。而幣寶台灣分公司從7月23日開始也全面暫停服務，所有使用者不能交易加密貨幣外，連台幣帳戶都無法提領。

## 外部連接

- ledgerjournal.org, a peer-reviewed scholarly journal.