Blockchain : 區塊鏈技術原理與應用台大農經碩二林品緯台大商研碩二游瑞瑄

2016/10/29

台大財金大四李宜珊台科大企管大三宋奇軒

Agenda

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區塊鏈基本介紹• 運作⽅方式• 三⼤大特⾊色

區塊鏈應⽤用• 多元化應⽤用• 商業化案例

區塊鏈隱憂與⺫⽬目前障礙• 硬體設施• 節點奪取• 與現⾏行貨幣本質的差異

結論

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• 區塊鏈是⼀一個消除中間⼈人的P2P 資訊傳遞技術。

• 區塊鏈的運作⽅方式有幾個步驟：傳出訊息、打包成塊、(挖礦)共同驗證、將區塊串接上鏈、接收訊息。

• 區塊鏈的三⼤大特⾊色：⾼高度安全、快速、去中⼼心化。

• 區塊鏈應⽤用的發展具有擴展性、低成本與主體性。

• 區塊鏈的技術雖逐漸成熟，但相關配套法規、硬體設施發展的速度尚未接上技術的發展。

備受世界經濟論壇重視的Fintech技術 -- 區塊鏈

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2016年世界經濟論壇 (⼜又稱夏季達沃斯會議)• 地點：中國天津梅江會展中⼼心• 時間：6/26 – 6/28• 會議主題：第四次⼯工業⾰革命-轉型的⼒力量• 重要發⾔言：

1. 瑞銀：2015年3⽉月啟動區塊鏈研究計劃，以區塊鏈進⾏行智能債券試驗，⾃自動處理發⾏行⼈人與購買⼈人之間的信息和資⾦金，不需要中介的參與。

2. 美銀 CTO : 如果(科技)要進⼊入⾦金融業，則應該制定統⼀一公平的法規制度。

區塊鏈基本介紹01• 運作模式• 三大特色

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區塊鏈：⼀一個消除中間⼈人的資訊傳遞技術

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經濟學⼈人稱其區塊鏈技術為 “the  trust  machine”

設想以下的情況：你跟別⼈人賭100元中國會不會殺了⾦金正恩，你們有三種交易⽅方式：

1) 如果是朋友，輸家可以直接付給贏家，但有可能死⽪皮賴臉。2) 為了防⽌止賴帳，我們可以訂個合約，但這通常費時費⼒力沒

效率。3) 各交100元給中⽴立第三⽅方，由他來撥款給贏家，但這個第

三⽅方可能捲款潛逃。

區塊鏈技術幫我們安全、快速、便宜的完成交易

區塊鏈的運作⽅方式

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啟動交易的⼀一⽅方，將想傳送的資訊加⼊入⼀一個資訊區塊（block），接著這個區塊會被網路上的幾百萬部電腦(node)  驗證。通過驗證之後的區塊會被加⼊入⼀一個網路上的鏈結 (也就是區塊鏈)，這個動作除了會建⽴立⼀一份記錄之外，還會有這份記錄的變動歷史，所有電腦會同步更新這份變動紀錄，也因此難以被竄改。 區塊鏈

區塊鏈是⼀一個系統：他讓⼀一群互聯的電腦共同維護/記錄⼀一份事件簿

區塊鏈的三⼤大特⾊色之⼀一：⾼高度安全

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關鍵技術 1: Hash  value 讓資料可追蹤且不可竄改

原始資料 Hash函數 Hash 值

Hash  值很容易被驗證，但卻很難被破解。Hash  函數的特性：• 單向性：⾮非常難從 Hash 值回推原始資料。

如果 hash 值有 n 個位元，則推出原始資料的機率就是 2n  分之 1

• 抗碰撞性：也就是獨特性，除⾮非原始資訊⼀一模⼀一樣，否則世上不會有同樣的Hash  值。Hash 值⼜又被稱為數位指紋。

每個區塊的 Header  都會“被Hash”  成⼀一串很難被回推的代碼 (Hash  value)  後，放進下⼀一個區塊中，讓每個區塊環環相扣，也因此做到所謂的紀錄可追蹤且不可竄改的特性

Example: 想像原始資料就是論⽂文，Hash 值就是論⽂文摘要

區塊鏈的三⼤大特⾊色之⼀一：⾼高度安全

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關鍵技術 2: 時間戳伺服器確保區塊按照序列

將每個區塊Hash後加上⼀一個時間戳（Timestamp），這個時間戳⽤用來證明資料在特定時間的有效性，形成⼀一個⽤用來確保區塊序列的鏈條，避免重複付款。

區塊鏈的三⼤大特⾊色之⼀一：⾼高度安全

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關鍵技術 3: 橢圓曲線數位簽章演算法，加上配對的公鑰和私鑰

• 加密⼀一個訊息需要有配對的⼀一個私鑰和⼀一個公鑰。我們使⽤用私鑰將訊息加密簽章，再⽤用公鑰將收到的訊息解開。

• 我們可以⽤用 hash 函數從私鑰得出公鑰，私鑰之於公鑰就好⽐比原始資料之於hash 值，從公鑰難以推回私鑰。

• 相較於傳統的 RSA 加密法，相同⻑⾧長度的橢圓曲線數位簽章演算法(ECDSA)更難破解。

區塊鏈的三⼤大特⾊色之⼆二：快速

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在各區塊中，可能包含數百筆到數千筆的資訊，因此，為節省儲存空間並減少資源耗費，區塊鏈的設計原理採⽤用Merkle Tree機制，讓這些數百到數千筆的交易Hash值，經由兩兩⼀一組形成⼀一個新Hash值的⽅方式，不斷重複進⾏行，直到最後產⽣生⼀一組最終的Hash值 (Merkle Tree  Root)。Merkle Tree機制可⼤大幅減少資料傳輸量與運算資源消耗，驗證時，只需驗證這個Merkle Tree的Root值即可。

關鍵技術 : merkle tree ⼤大幅減少資料傳輸和運算資源消耗

區塊鏈的三⼤大特⾊色之三：去中⼼心化

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去中⼼心：交易不需要透過第三者如⾦金融機構的幫助，⽽而能直接以 peer-­‐to-­‐peer ⽅方式進⾏行安全的線上付款。

關鍵技術: ⼯工作量證明 PoW讓所有節點共同參與驗證，⼜又稱「挖礦」

區塊鏈的第三個步驟是驗證，但在驗證之前我們必須先進⾏行 “挖礦”。挖礦的⺫⽬目的：使待驗證的區塊成為⼀一個“可以被驗證”的區塊，才能使區塊真正開始進⾏行驗證。

⼯工作量證明是⼀一個可以讓每個參與的節點可共同參與交易驗證的⽅方式，來實現⼀一個能多⽅方共同維護的單⼀一系統，並共享同⼀一份記錄交易的帳本，以形成⼀一個基於零信任基礎，卻能實現去中⼼心化的P2P網路系統。

⼯工作量證明有點像是解數獨題⺫⽬目，任何⼀一個運算節點 (電腦) 算出⼀一組隨機值，⽽而這個隨機值使區塊能⼩小於某個難度⺫⽬目標值，即成功成為“有效的區塊”。

做這個⼯工作量證明的⼈人就稱做礦⼯工，⺫⽬目前幾乎都是在中國和俄羅斯進⾏行挖礦。

⼩小結

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• 區塊鏈是⼀一個消除中間⼈人、P2P 的資訊傳遞技術。

• 區塊鏈的運作⽅方式有幾個步驟：傳出訊息、打包成塊、(挖礦)共同驗證、將區塊串接上鏈、接收訊息。

• 區塊鏈的三⼤大特⾊色：⾼高度安全、快速、去中⼼心化。

區塊鏈的應用02

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區塊鏈所可被運用到的領域

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金 融

音 樂

物聯網

國際貿易鑽 石

公共部門

醫 療

教 育

P2P借貸

跨足金融、資安、物聯領域

區塊鏈金融支付

貨幣

物聯

資安

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分散式帳本科技的實踐者 USD  67.2M

1. 分散式帳本→減緩結算延遲2. 分散式帳本→降低交易對手風險3. 分散式帳本→在遵守重要的法規的前提下，為

客戶升級現有的服務，提高效率、速度、隱密性

資料來源：Digital Asset, Crunchbase

分散式帳本可隨時隨地存取資料變化的特性大大提升了金融服務的效率。

USD  93.6M

1. 讓銀行可以為企業客戶提供及時、按需、完全可追蹤且富數據的國際付款服務。

2. ripple使銀行得以低成本提供匯款服務，同時極大的改善客戶體驗。

即時、確定、低成本國際支付

資料來源：Ripple, Crunchbase 18

結合比特幣的強大支付工具 USD  9.85M

1. 隨時隨地將錢轉給對方，且可以轉成有支援的幣別

2. 隨時將資金轉換成任何有支援的幣別、加密貨幣、以及四種貴金屬

3. 隨時買、賣、傳送比特幣4. 支援比特幣收付款

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Colu：促進在地發展的數位貨幣提供者USD 12.1M

Digital cash Strong economic Local connect

Jun, 2016Jan, 2015

1. 去中心化→在地化，提升在地經濟2. 去中心化→於銀行緩慢繁瑣的地區3. 瞬間交易→實時數據4. 分散安全→從小型區域擴展至全國

從地區貨幣擴展至城市或是國家

以色列特拉維夫

跨足金融、資安、物聯領域

區塊鏈金融支付

貨幣

物聯

資安

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區塊鏈安全領域龍頭 USD  12.0M

1. 研發出業界第一款具多重簽名認證的比特幣錢包

2. 業界獨創3把金鑰加密，讓比特幣交易與應用更加安全

資料來源：Digital Asset, Crunchbase

分

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區塊鏈交易的把關者 USD    7.0M

1. 為財務機構及執法機構提供區塊鏈非法活動監控服務。

2. 財務機構 – 已為客戶監控超過20億美元的比特幣交易與協助公司法務部門辨識出非法交易。

3. 執法機構 – 已與世界各地的執法機構就軍火走私、洗錢、竊盜以及毒品犯罪等多種利用比特幣犯罪進行合作。

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Storj: 分散式雲端儲存高安全、低成本者USD 1.8M

終端加密分散架構

高可用性99.99999%

May, 2016

快速

Storj Dropbox

儲存方式 分散式 集中式

費用 $18/年.100GB $99/年.100GB數據中心人員

安全度 只有儲存人可存取

有帳密都可以存取

多餘空間 可租用 不可租用僅自己有鑰匙

出租空間

儲存 頻寬

0.015元/GB月 0.05元/GB

跨足金融、資安、物聯領域

區塊鏈金融支付

貨幣

物聯

資安

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Filament: 去中心化的工業物聯應用者USD 7.35M

Feb, 2013-Oct, 2015

• 去中心化→沒中心Server，點與點自動溝通交換訊息

• 快速地傳遞資訊與取得數據：即時監測、庫存水平、追蹤移動裝置與固定設施。

• 安全驗證→ 晶片設計藉軟硬解方，以遠程無線電形成網狀網絡

硬體：16km、20年壽命、radio、無線連結、驗證軟體：控管節點、加密、終端到終端、優化營運

區塊鏈的商用領域將拓展至更多領域

1982年-2005年

密碼學網路支付系統

拜占庭將軍問題

橢圓曲線密碼學

分散式電子現金系統

工作量證明機制

2008-2009年

比特幣與加密貨幣的概念與應用

智慧資產智慧契約

2012年 2014年

金融商用分散式帳本

資料層區塊鏈非金融概念

論文數量

非金融的大量商用

80篇/年 100-200篇/年 300-500篇/年

2015年

1000篇以上/年

技術應用

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擴展性、低成本、主動性

擴展性 低成本 主動性

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區塊鏈發展潛在問題03

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相應⽀支持區塊鏈技術發展的基礎建設

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• 區塊鏈不可更改及回溯性 è 基礎設施是否能承載⼤大量資訊傳遞資料

è 運算速度是否因資料量增加⽽而減慢

• 硬體設備安全性 è 秘鑰不能被偷

節點可達到⾼高度匿名，易形成詐欺

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1. 每⼀一條流通的資訊可以被驗證，但無法知道節點真實⾝身分

2. 無法百分之百匿名，但能透過某些⽅方式達成⾼高度匿名

• 使個⼈人信息無法識別：使⽤用⼀一次性帳⼾戶進⾏行交易

• 維持多個獨⽴立的⾝身分：每筆交易使⽤用不同帳⼾戶⽀支付

51%攻擊

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• 類似投票或控股的概念

• 當⼀一⽅方的算⼒力達到整個區塊鏈的51%且保持在此份額，將可能改寫區塊鏈、製造不實資訊和假交易，造成信⼼心破產，該區塊鏈系統就會崩解

虛擬貨幣與法定貨幣本質不同

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• 法定貨幣：發⾏行量可透過法規及政府干預，避免價值⼤大幅波動

• 虛擬貨幣：透過演算法事先決定貨幣的供給，因此無法透過⼈人為管理控制貨幣價值

Source:  Bitcoin magazine  

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硬體設施 節點奪取 貨幣本質不同

小結

結論

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• 區塊鏈是⼀一個消除中間⼈人的P2P 資訊傳遞技術。

• 區塊鏈的運作⽅方式有幾個步驟：傳出訊息、打包成塊、(挖礦)共同驗證、將區塊串接上鏈、接收訊息。

• 區塊鏈的三⼤大特⾊色：⾼高度安全、快速、去中⼼心化。

• 區塊鏈應⽤用的發展具有擴展性、低成本與主體性。

• 區塊鏈的技術雖逐漸成熟，但相關配套法規、硬體設施發展的速度尚未接上技術的發展。